CC BY
32
НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 691.327:539.4
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
© 2005 г. В.А. Перфилов
Акустический метод (АЭ) в отличие от других способов дает возможность обнаруживать и контролировать процесс образования и развития дефектов структуры композиционных материалов. Преимуществом метода АЭ является определение кинетики развивающегося дефекта в условиях воздействия агрессивных факторов или затрудненного доступа к объекту исследования. При контроле параметров прочности и трещиностойкости композиционных материалов, имеющих неоднородную структуру, источниками акустических импульсов являются дефекты структуры, а также возникающие при нагружении микро- и макротрещины. Величина сигнала АЭ зависит от количества накопленной энергии при разрыве связей кристаллической решетки, и в момент наступления потери несущей способности материала (предела прочности) энергия и амплитуда акустического импульса принимают максимальные значения. Между параметрами прочности и трещиностойкости материалов и акустическим излучением существует закономерная связь.
Известен способ контроля прочности изделий из хрупких материалов, заключающийся в том, что изделие нагружают до начала поступления сигналов АЭ с последующей разгрузкой и, если сигналы при разгрузке отсутствуют, производят последующие нагру-жения до такой нагрузки, при разгрузке от которой сигналы акустической эмиссии не прекращаются, а по полученной при этом максимальной величине нагрузки судят о прочности контролируемого изделия [1]. Недостатком известного способа является малая точность и достоверность измерений ввиду того, что при испытании квазихрупких композиционных материалов в стадии пластических деформаций за счет образования и развития микро- и макротрещин поступившие сигналы акустической эмиссии после разгрузки образца не снижаются до нулевых значений задолго до наступления предела прочности материала. Это увеличивает погрешность измерений и показывает заниженный предел прочности материала.
Для повышения точности и достоверности контроля прочности и трещиностойкости квазихрупких композиционных материалов предлагается методика,
основанная на непрерывных равновесных испытаниях образцов с постоянной регистрацией сигналов АЭ. При этом нагружение осуществляют с постоянной скоростью деформирования в условиях равновесных испытаний без снижения приложенной нагрузки, по сигналам акустической эмиссии осуществляют непрерывный контроль прочности и трещиностойкости образцов и по значениям регистрируемых акустических импульсов определяют предразрушающие этапы образования и развития микро- и макротрещин, в том числе наступление предела прочности, соответствующее максимальному значению сигнала акустической эмиссии при максимальной величине нагрузки.
Нагружение образцов из квазихрупких композиционных материалов в процессе равновесных испытаний с постоянной регистрацией сигналов АЭ позволяет получить совмещенные по времени полные диаграммы изменения нагрузки и параметра АЭ в процессе разрушения образцов без дополнительных разгрузок, что повышает точность и достоверность контроля прочности и трещиностойкости материалов.
Образец, выполненный из квазихрупкого композиционного материала, например из жаростойкого бетона на фосфатном связующем, глиноземистом шлаке и керамзитовом гравии, работающего в условиях воздействия высоких температур, устанавливают на опоры или в захваты испытательной машины, например пресса ДМ-30, снабженного дополнительным элементом жесткости, выполненным в виде кольца [2, 3], позволяющего поддерживать постоянную скорость деформирования при нагружении образца. На свободную поверхность образца крепят датчик акустической эмиссии. В процессе испытания осуществляют непрерывную запись полностью равновесных диаграмм: «нагрузка Е - время t » и «суммарный счет АЭ N -время t » с последующим их совмещением по времени. В результате совмещения диаграмм по времени получают общую диаграмму, связывающую изменение приложенной нагрузки Е и параметра акустической эмиссии N от времени испытания t (рис. 1). Максимальной нагрузке Етах соответствует максимальное значение суммарного счета АЭ Мтах (рис. 1), по которым судят о прочности образца материала.
F, Н N, имп
1
1
-il 1
Uli 1 Ш 1
1J У
Jr 1 У
IF
r Avr А^лл
1 2 3 Г, мин
Рис. 1. Диаграмма: «нагрузка ^ - время г» и «суммарный счет АЭ N - время Г »
Полученная совмещенная полная диаграмма разрушения позволяет осуществлять непрерывный контроль параметров прочности и трещиностойкости композиционного материала. На диаграмме отмечают характерные участки образования и развития микро- и макротрещин: в упругой стадии деформирования (участок 1 на рисунке), сопровождающейся малой интенсивностью акустического излучения; в стадии образования и интенсивного развития микротрещин и магистральной трещины с резко возрастающим суммарным счетом АЭ (участок 2). Прочность образца
материала определяют по максимальному значению параметра АЭ, соответствующему максимальному значению разрушающей нагрузки. Применение дополнительного элемента жесткости дает возможность зафиксировать снижение параметра акустической эмиссии после наступления стадии потери несущей способности образца материала (участок 3).
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность и достоверность измерений за счет непрерывного контроля прочности и трещиностойко-сти квазихрупких композиционных материалов при равновесных испытаниях образцов, по величинам амплитуд регистрируемых акустических сигналов определять предразрушающие стадии трещинообразо-вания и по максимальному акустическому импульсу -предел прочности материала.
Литература
1. А.с. 1536251 СССР. 1990. МПК О 01 N 3/00. Способ контроля прочности изделий из хрупких материалов / С.Г. Никольский, В.О. Бормоткин, И.С. Гилев, Т.С. Степа-нянц // БИ. 1990. № 2.
2. ГОСТ 29167 - 91. Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.
3. Перфилов В.А. Рост трещин в бетонах. Волгоград, 2002.
27 июля 2004 г.
Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет
УДК 658.012.011.56.002.2
УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ © 2005 г. А.В. Кизик, В.Г. Корниенко
Анализ информации по существующим и разрабатываемым системам показывает, что в настоящее время все большее внимание уделяется концепции Комплексной Системы Автоматизации (TIA), которая включает в себя: систему, основанную на единой платформе; универсальную технологию автоматизации для всего спектра приложений автоматизации процесса; материально-техническое обеспечение производства; процесс производства и выпуск готовой продукции. Проведенные исследования показали, что технология автоматизации облегчает оптимизацию всех областей деятельности компании, включая уровни: планирования ресурсов предприятия (ERP), исполнительных производственных систем (MES), управления процессом до полевого уровня.
В этой концепции имеются стандартные компоненты аппаратного и программного обеспечения. Универсальное управление данными, универсальные средства обмена данными и возможности проектиро-
вания комплексной системы автоматизации представляют собой открытую платформу для разработки передовых, ориентированных на будущее, экономичных решений автоматизации в промышленности.
Путем установления связей уровня автоматизации с верхним уровнем управления данные процесса становятся доступными на всех уровнях компании с целью их обработки, оценки, планирования, координации и оптимизации операций производственных и коммерческих процессов.
Перспективны системы, реализованные в модульной структуре и открытой архитектуре для последовательного внедрения на основе промышленных стандартов, обладающие широкими функциональными возможностями автоматизации процессов и возможностью использования высокопроизводительного оборудования. Система должна обладать такими свойствами как: высокая производительность, надежность, простота, безопасность и удобство управления.
