Временные характеристики потока сигналов акустической эмиссии при развитии трещин в стекле при ударном нагружении

S A Bekher; A A Popkov

doi:10.22213/2413-1172-2019-1-62-71

Authors

S. A. Bekher Siberian State University of Railways
A. A. Popkov Siberian State University of Railways

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2019-1-62-71

Keywords:

acoustic emission, amplitude, time intervals, dynamic tensometry, shock loading, stress relaxation, crack, fracture

Abstract

Currently, there are no technical solutions for the implementation of AE-control of objects under dynamic loads. Expanding the scope of the application of the method, for example, to monitor objects in the process of shock loading requires fundamental research into the laws of AE caused by dynamic effects. The aim of the work is to determine the temporal parameters of acoustic emission arising in an object as a result of impact, in order to detect developing cracks and fractures of a fragile nature. During the experiment, flat samples of silicate glass were loaded with blows from steel strikers, freely falling from a height of 500 mm. Crack development was monitored using a high-speed strain gauge system, AE instrumentation and a video camera. The shock effect excited in the object elastic damped oscillations, which were also recorded by acoustic emission and strain gauge systems. The characteristic frequency of the tensor signal was 1.6 kHz, and the AE system was 110 kHz. The duration of the decay time of oscillations in the signal of the strain system did not exceed 4 ms, the continuous signal in the AE system decreased below the threshold level (5 μV) during 30 ms. When a specimen was loaded with a crack, a shift of edges along the type of longitudinal shear by 0.1 mm was observed with a characteristic transition time to the initial state of 0.4 s. Strain gauges mounted perpendicular to the direction of crack development recorded the process of crack deformation relaxation for 400 s. The dependence of the number of recorded signals on time was satisfactorily described by a logarithmic law. After the attenuation of continuous AE signals caused by the impact, two consecutive streams of discrete AE signals were observed. The signals of the first flow were recorded in the interval from 0.03 to 0.35 s and are associated with the displacement of the edges of the crack. The distribution of time intervals between the signals of the first stream is described by the exponential function. The signals of the second flow were recorded in the interval from 0.35 s to 400 s only with an increase in the crack length. The time intervals between the signals of the second stream are distributed according to a logarithmic law, which corresponds to the time dependence of the deformations. The signal flows are non-stationary and are associated with fracture of the edges of the crack, after the redistribution of stresses caused by the increase in its length. Registered AE signals can be used to detect developing cracks under shock loading. The best way to identify them is the methods of time selection in the range from 0.03 to 0.35 s for detecting a developed crack and from 0.35 to 400 s for detecting the processes of crack growth.

Author Biographies

S. A. Bekher, Siberian State University of Railways

DSc in Engineering, Associate Professor

A. A. Popkov, Siberian State University of Railways

References

Акустико-эмиссионная диагностика конструкций / А. Н. Серьезнов, Л. Н. Степанова, В. В. Муравьев, К. Л. Комаров, С. И. Кабанов, Е. Ю. Лебедев, В. Л. Кожемякин, А. Ф. Паньков ; под ред. Л. Н. Степановой. М. : Радио и связь, 2000, 280 с.

Муравьев В. В., Степанова Л. Н., Кареев А. Е. Оценка степени опасности усталостных трещин при акустико-эмиссионном контроле литых деталей тележки грузового вагона // Дефектоскопия. 2003. № 1. С. 63-68.

Петерсен Т. Б. Акустическая эмиссия при соударении твердых тел. Ч. 1 // Контроль. Диагностика. 2010. № 2. С. 18-24.

Щербаков И. П., Куксенко В. С., Чмель А. Е. Накопительная стадия сигналов акустической эмиссии при компрессионном и ударном разрушении гранита // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2002. № 4. С. 78-82.

Особенности инициации ударного разрушения в керамике SiO2 / Р. И. Мамалимов, А. Б. Синани, А. Е. Чмель, И. П. Щербаков // Журнал технической физики. 2013. Т. 83, №1 0. С. 61-67.

Степанова Л. Н., Серьезнов А. Н., Муравьев В. В., Бобров А. Л., Чаплыгин В. Н., Лебедев Е. Ю., Кабанов С. И., КатарушкинС. А., Кожемякин В. Л. Связь спектра сигналов АЭ с процессом усталостного развития трещин в металлических образцах // Контроль. Диагностика. 1999. № 2. С. 5-8.

Степанова Л. Н., Чернова В. В. Анализ структурных коэффициентов сигналов акустической эмиссии при статическом нагружении образцов из углепластика с ударными повреждениями // Контроль. Диагностика. 2017. № 6. С. 34-41.

Бехер С. А., Попков А. А. Применение ударного нагружения для обнаружения трещин в стекле акустико-эмиссионным методом // Дефектоскопия. 2018. № 11. С. 3-8.

Быстродействующая диагностическая акустико-эмиссионная система / А. Н. Серьезнов, В. В. Муравьев, Л. Н. Степанова, С. И. Кабанов, В. Л. Кожемякин, А. Е. Ельцов, Е. Ю. Лебедев // Дефектоскопия. 1998. № 7. С. 8-14.

Локализация сигналов акустической эмиссии в металлических конструкциях / А. Н. Серьезнов, В. В. Муравьев, Л. Н. Степанова, С. Б. Барабанова, В. Л. Кожемякин, С. И. Кабанов // Дефектоскопия. 1997. № 10. С. 79-84.

Муравьев В. В., Муравьева О. В. Оценка роста усталостных трещин в боковых рамах тележек грузовых вагонов акустико-эмиссионным методом // Деформация и разрушение материалов. 2016. № 9. С. 24-29.

Исследование основных параметров сигналов акустической эмиссии при статических и циклических испытаниях образцов из стали 20ГЛ / Л. Н. Степанова, А. Л. Бобров, К. В. Канифадин, В. В. Чернова // Деформация и разрушение материалов. 2014. № 6. С. 41-45.

Муравьев В. В. Автоматизированные диагностические стенды для продления срока службы литых деталей вагонов // Вестник ИжГТУ. 2013. № 4 (60). С. 98-102.

Муравьев В. В. Анализ работы акустико-эмиссионных стендов для контроля литых деталей тележек грузовых вагонов // Железнодорожный транспорт. 2014. № 12. С. 58-60.

Муравьев В. В. Сравнительная достоверность акустико-эмиссионного контроля боковых рам и надрессорных балок тележек грузовых вагонов // В мире неразрушающего контроля. 2014. № 3. С. 30-33.

Муравьев В. В. Анализ результатов работы по продлению срока службы литых деталей тележек с использованием метода акустической эмиссии // Вагоны и вагонное хозяйство. 2014. № 4. С. 32-35.

Смирнов А. Н., Данилов В. И., Ожиганов Е. А., Горбатенко В. В., МуравьевВ. В. Зависимость локальных деформаций и полей внутренних напряжений от способа сварки конструкционной стали ВСт3сп. Влияние способа сварки на механические характеристики и параметры акустической эмиссии стали ВСт3сп // Дефектоскопия. 2015. № 11. С. 59-67.

Муравьев В. В., Муравьева О. В. Физические основы и технологии акустико-эмиссионного контроля металлоконструкций на железнодорожном транспорте : учеб. пособие. Ижевск : Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2014. 392 с.

Бобров А. Л., Попков A. A. Восстановление измеряемых характеристик источников акустической эмиссии при контроле металлоконструкций в машиностроении // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2018. Т. 21, № 3. С. 31-37.

Муравьев В. В. Анализ результатов эксплуатации акустико-эмиссионных стендов для контроля литых деталей тележек железнодорожных грузовых вагонов // Интеллектуальные системы в производстве. 2013. № 1 (21). С. 136-143.