Временные характеристики потока сигналов акустической эмиссии при развитии трещин в стекле при ударном нагружении
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2019-1-62-71Ключевые слова:
акустическая эмиссия, амплитуда, временные интервалы, динамическая тензометрия, ударное нагружение, релаксация напряжений, трещина, разрушениеАннотация
В настоящее время отсутствуют технические решения для реализации АЭ-контроля объектов, находящихся под действием динамических нагрузок. Расширение области применения метода, например, для мониторинга объектов в процессе ударного нагружения требует фундаментальных исследований закономерностей акустической эмиссии (АЭ) при динамических воздействиях. Целью работы является определение временных параметров АЭ, возникающей в объекте в результате ударного нагружения, для обнаружения развивающихся трещин и разрушений хрупкого типа. В экспериментах плоские образцы из силикатного стекла нагружались ударами стальными бойками, свободно падающими с высоты 500 мм. Развитие трещины контролировалось с использованием быстродействующей тензометрической системы, АЭ-аппаратуры и видеокамеры. Ударное воздействие возбуждало в объекте упругие затухающие колебания, которые фиксировались и акустико-эмиссионной, и тензометрической системами. Характерная частота сигнала тензосистемы составляла 1,6 кГц, АЭ-системы - 110 кГц. Продолжительность времени затухания колебаний в сигнале тензосистемы не превышала 4 мс, непрерывный сигнал в АЭ-системе снижался ниже порогового уровня (5 мкВ) за время 30 мс. При нагружении образцов с трещиной наблюдалось смещение кромок по типу продольного сдвига на 0,1 мм с характерным временем перехода в первоначальное состояние 0,4 с. Тензодатчики, установленные перпендикулярно направлению развития трещины, регистрировали процесс релаксации деформаций трещины в течение 400 с. Зависимость количества зарегистрированных сигналов от времени удовлетворительно описывалась логарифмическим законом. После затухания непрерывных АЭ-сигналов, вызванных ударом, наблюдались два потока дискретных сигналов АЭ. Сигналы первого потока, связанные со смещением кромок трещины, регистрировались в интервале 0,03…0,35 с. Распределение временных интервалов между сигналами первого потока описывается экспоненциальной функцией. Сигналы второго потока регистрировались в интервале 0,35…400 с только при увеличении длины трещины. Временные интервалы между сигналами второго потока распределены по логарифмическому закону, что соответствует временной зависимости деформаций. Потоки сигналов являются нестационарными и связаны с разрушением кромок трещины после перераспределения напряжений, вызванных увеличением ее длины. Зарегистрированные сигналы АЭ могут быть использованы для обнаружения развивающихся трещины при ударном нагружении. Оптимальным способом их идентификации являются методы временной селекции в диапазоне 0,03…0,35 с для обнаружения развитой трещины и 0,35…400 с для обнаружения процессов роста трещины.Библиографические ссылки
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.
