Оценка возможностей использования фрактальной размерности и информационной энтропии упругих волн для оценки поврежденности стали 20 при малоцикловой усталости - Хлыбов, Александр Анатольевич; Кабалдин, Юрий Георгиевич; Аносов, Максим Сергеевич; Рябов, Дмитрий Александрович; Шатагин, Дмитрий Александрович; Киселев, Андрей Викторович (Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, 2021)
Приводятся результаты экспериментальных исследований образцов из стали 20 на малоцикловую усталость (консольный изгиб). Получена кривая усталости для исследуемого материала в диапазоне амплитуд напряжений 210…380 МПа. В логарифмических координатах данная зависимость имеет линейный характер. По результатам исследований показано, что одной из структурно-чувствительных характеристик является форма импульса упругой волны, прошедшего в исследуемой среде. Для анализа формы импульса упругой волны предложен алгоритм оценки поврежденности материалов, использующий значения фрактальной размерности аттрактора и информационную энтропию в процессе усталостного нагружения. Установлено, что по полученным зависимостям процесс накопления усталостных повреждений условно можно разделить на 2 фазы. В первой фазе энтропия ультразвукового сигнала практически не изменяется и сохраняется в пределах 0,05…0,1 нат., фрактальная размерность аттрактора ультразвукового сигнала возрастает с 1,5 до 1,8. При переходе во вторую фазу наблюдается максимальные значения фрактальной размерности аттрактора ультразвукового сигнала, значения которого уменьшаются во второй фазе до 1,4 перед разрушением образца. Значения информационной энтропии во второй фазе монотонно возрастают до 0,55 нат. Исследования показали, что полученные зависимости практически не изменяются с изменением амплитуды напряжений. Результаты исследований при различных амплитудах напряжений показали, что характеристики фрактальной размерности аттрактора и информационной энтропии импульсов упругой волны, прошедшие в металле через зоны накопленных повреждений, расширяют и дополняют возможности акустических методов в задачах оценки работоспособности материалов при малоцикловой усталости и позволяют выявить стадию разрушения стали 20.