Метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций

Предложен метрологический подход к использованию метода АЭ в неразрушающем контроле материалов и конструкций, объединяющий: объект исследования, первичные измерительные преобразователи (акустические, тензометрические); методологию локации источника сигнала АЭ; систему отбора и обработки информации с...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2006
Автори:	Микитин, Г.В., Клим, Б.П., Почапский, Е.П., Дмитрив, З.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2006
Назва видання:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Теми:	Неразрушающий контроль
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97888
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций / Г.В. Микитин, Б.П. Клим, Е.П. Почапский, З.В. Дмитрив // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 2. — С. 20-25. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-97888
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-978882016-04-05T03:02:50Z Метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций Микитин, Г.В. Клим, Б.П. Почапский, Е.П. Дмитрив, З.В. Неразрушающий контроль Предложен метрологический подход к использованию метода АЭ в неразрушающем контроле материалов и конструкций, объединяющий: объект исследования, первичные измерительные преобразователи (акустические, тензометрические); методологию локации источника сигнала АЭ; систему отбора и обработки информации согласно адекватной физической модели сигнала АЭ; метрологическое обеспечение; интерпретацию результатов акустико-эмиссионного контроля согласно принятой адекватной модели трещины и взаимосвязи измеряемых параметров сигнала АЭ с характеристиками трещины. Offered metrological approach to the use of the acoustic emission method in the nondestructive testing of materials and constructions. It takes into consideration: object of investigation, initial measuring transformers (acoustic, tensometric), methodology of an acoustic emission source location, system of information extraction and processing based on an adequate physical signal model, metrological securing, interpretation of an acoustic emission control results based on an adequate crack model, correlation of measured acoustic signal parameters with crack characters. 2006 Article Метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций / Г.В. Микитин, Б.П. Клим, Е.П. Почапский, З.В. Дмитрив // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 2. — С. 20-25. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97888 621.129.16 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Неразрушающий контроль Неразрушающий контроль
spellingShingle	Неразрушающий контроль Неразрушающий контроль Микитин, Г.В. Клим, Б.П. Почапский, Е.П. Дмитрив, З.В. Метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Предложен метрологический подход к использованию метода АЭ в неразрушающем контроле материалов и конструкций, объединяющий: объект исследования, первичные измерительные преобразователи (акустические, тензометрические); методологию локации источника сигнала АЭ; систему отбора и обработки информации согласно адекватной физической модели сигнала АЭ; метрологическое обеспечение; интерпретацию результатов акустико-эмиссионного контроля согласно принятой адекватной модели трещины и взаимосвязи измеряемых параметров сигнала АЭ с характеристиками трещины.
format	Article
author	Микитин, Г.В. Клим, Б.П. Почапский, Е.П. Дмитрив, З.В.
author_facet	Микитин, Г.В. Клим, Б.П. Почапский, Е.П. Дмитрив, З.В.
author_sort	Микитин, Г.В.
title	Метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций
title_short	Метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций
title_full	Метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций
title_fullStr	Метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций
title_full_unstemmed	Метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций
title_sort	метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Неразрушающий контроль
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97888
citation_txt	Метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций / Г.В. Микитин, Б.П. Клим, Е.П. Почапский, З.В. Дмитрив // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 2. — С. 20-25. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT mikitingv metrologičeskijpodhodkispolʹzovaniûmetodaakustičeskojémissiidlânerazrušaûŝegokontrolâmaterialovikonstrukcij AT klimbp metrologičeskijpodhodkispolʹzovaniûmetodaakustičeskojémissiidlânerazrušaûŝegokontrolâmaterialovikonstrukcij AT počapskijep metrologičeskijpodhodkispolʹzovaniûmetodaakustičeskojémissiidlânerazrušaûŝegokontrolâmaterialovikonstrukcij AT dmitrivzv metrologičeskijpodhodkispolʹzovaniûmetodaakustičeskojémissiidlânerazrušaûŝegokontrolâmaterialovikonstrukcij
first_indexed	2025-07-07T05:40:51Z
last_indexed	2025-07-07T05:40:51Z
_version_	1836965536451264512
fulltext	УДУ 621.129.16 МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ МЕТОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ Г. В. МИКИТИН, Б. П. КЛИМ, Е. П. ПОЧАПСКИЙ, З. В. ДМИТРИВ Предложен метрологический подход к использованию метода АЭ в неразрушающем контроле материалов и конс- трукций, объединяющий объект исследования, первичные измерительные преобразователи (акустические, тензо- метрические); методологию локации источника сигнала АЭ; систему отбора и обработки информации согласно адекватной физической модели сигнала АЭ; метрологическое обеспечение; интерпретацию результатов акусти- ко-эмиссионного контроля согласно принятой адекватной модели трещины и взаимосвязи измеряемых параметров сигнала АЭ с характеристиками трещины. Offered metrological approach to the use of the acoustic emission method in the nondestructive testing of materials and constructions. It takes into consideration: object of investigation, initial measuring transformers (acoustic, tensometric), methodology of an acoustic emission source location, system of information extraction and processing based on an adequate physical signal model, metrological securing, interpretation of an acoustic emission control results based on an adequate crack model, correlation of measured acoustic signal parameters with crack characters. Сегодня научно-исследовательская работа нацио- нальных метрологических и прикладных инсти- тутов стран-участниц КООМЕТ и ЕВРОМЕТ ак- туализируется в одном из проблемных направлений метрологии – метрологическом обеспечении акус- тико-эмиссионных измерений в области неразру- шающего контроля (НК) материалов и конструк- ций [1]. В проблеме акустико-эмиссионных изме- рений на сегодня решаются такие задачи: методы и средства воспроизведения образцового сигнала АЭ эмиссии (САЭ); современные метрологические требования к методологии акустико-эмиссионных измерений; новые подходы, технологии, методы и средства акустико-эмиссионных измерений; ин- терпретации результатов измерений параметров САЭ в связи с параметрами физической модели разрушения объекта исследования; внедрение ме- тодов оценки неопределенности измерений. Однако решение указанных задач метрологи- ческого обеспечения акустико-эмиссионных изме- рений каждой в отдельности или в совокупности требует системного метрологического подхода к применению метода АЭ, включающего такие фун- кционально взаимосвязанные элементы: объект ис- следования и его адекватную модель; методологию локации сигнала АЭ; методологию измерения па- раметров САЭ; акустико-эмиссионную измеритель- ную систему с заданными метрологическими и тех- ническими характеристиками; образцовый (стохас- тический) сигнал АЭ и его воспроизведение; стан- дартизированная методика НК материалов; подход к интерпретации результатов контроля на осно- вании взаимосвязи параметров САЭ и параметров разрушения, установленной в процессе экспери- ментальных исследований. В данной работе предложен метрологический подход к применению метода АЭ для НК мате- риалов и конструкций. Метрологический подход к применению метода АЭ для НК материалов и конструкций. Основными метрологическими критериями, обеспечивающими точность НК (пассивный, активный) конструк- ционных материалов методом АЭ являются обос- нованный по метрологическим характеристикам выбор первичных измерительных преобразовате- лей (преобразователей АЭ (ПАЭ), тензометричес- ких преобразователей (ТП)); обоснование выбора стандартизованной методологии локации – приема и предварительной обработки определенным спо- собом сигнала АЭ эмиссии первичными преобра- зователями с целью их дальнейшей локализации; применение стандартизированных универсальных аналоговых входных усилителей; управляемых по- лосовых фильтров; аналого-цифровых преобразо- вателей (АЦП) сигнала АЭ адекватно физической модели сигнала; разработка и применение уни- версальных алгоритмов, программ анализа и циф- ровой обработки сигнала; разработка методологии измерения параметров САЭ на основании прин- ципа, метода, методики измерения согласно дейс- твующих государственных нормативных докумен- тов; разработка структуры метрологического обес- печения измерения (контроля) параметров САЭ; анализ связи стандартизированных параметров САЭ с определенными параметрами трещины адек- ватно модели трещины (линейная, нелинейная ме- ханика разрушения) исследуемого материала. Достоверность НК конструкционных материа- лов методом АЭ обусловлена информационными аспектами: наличием (отсутствием) дефектов; ло- кализацией; площадью; условными размерами; формой; ориентацией; количеством; взаимным пространственным расположением; физическими характеристики неоднородностей; интегральными значениями физико-механических характеристик © Г. В. Микитин, Б. П. Клим, Е. П. Почапский, З. В. Дмитрив, 2006 20 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 материала; пространственным распределением ха- рактеристик материала. Единство и точность измерений параметров САЭ обусловлена метрологическими аспектами, в час- тности наличием метрологического обеспечения ме- тода НК [2, 3]. С целью создания метрологического обеспечения НК материалов и конструкций мето- дом АЭ предлагается метрологический подход к применению метода, учитывающий функционально взаимосвязанные элементы: объект исследования, первичные измерительные преобразователи, лока- цию 1; акустико-эмиссионную измерительную ин- формационную систему 2; методологию измерения параметров сигнала АЭ 3; метрологическое обес- печение 4; интерпретацию результатов измерения 5 (рис. 1). Такой метрологический подход позволяет обес- печить точность отбора и обработки САЭ, обус- ловленной амплитудно-частотной характеристикой измерительных каналов системы; типом и метро- логическими характеристиками пьезоэлектрическо- го и тензометрического преобразователей, их ка- либровкой; коэффициентом преобразования, уси- ления, фильтрации измерительных каналов; по- рогом дискриминации; методологию локации (ли- нейной, плоской, на цилиндрических и сферичес- ких поверхностях) относительно задачи создания АЭ измерительных информационных систем; ме- тодологию измерения параметров САЭ согласно концепции метрологического обеспечения; интер- претацию результатов НК согласно выбранной мо- дели трещины. В структуру метрологического обеспечения из- мерения [4] входит применение прецизионных пер- вичных измерительных преобразователей. Досто- верная информация о процессах разрушения ма- териала заложена в параметрах САЭ, форме сиг- нала, частотных характеристиках АЭ системы «объект исследования—первичный измерительный преобразователь» (акустико-эмиссионный для акустического канала системы, тензометрический – для каналов раскрытия трещины и нагрузки). Точность регистрации амплитудного и частотного спектра САЭ обусловлена методологией и соот- ветственно погрешностью локации источника АЭ; метрологическими характеристиками преобразова- теля; его калибровкой, причинами, ограничиваю- щими частотный диапазон регистрируемого сиг- нала. Среди большой разновидности преобразовате- лей АЭ пьезоелектрические (резонансные, поло- совые, полосовые продольных волн, резонансные теплостойкие, полосовые теплостойкие, резонанс- ные герметические, полосовые герметические, ши- рокополосные; резонансные сдвига) имеют высо- кую степень помехоустойчивости, вибростойкости, высокую стабильность параметров при условии влияния повышенной температуры и радиации. Согласно техническим характеристикам разрабо- танной шестиканальной АЭ информационно-изме- рительной системы (ИИС) адекватно модели САЭ выбран полосовой ПАЭ – П1ЭКМ 015-06. Час- тотный диапазон такого ПАЭ в пределах значений от 0,15 до 0,6 МГц, среднее значение чувстви- тельности не меньше 2,2⋅1011 В/м. Для измерения относительной деформации ∆l/l и внутреннего напряжения в пределах постоянного значения модуля упругости E материала исполь- зуют тензорезистивные преобразователи. С дефор- мацией (например, под нагрузкой) исследуемого объекта деформируется проволочная решетка, со- ответственно меняется сопротивление преобразо- вателя вследствие тензоэфекта. Входной величиной преобразователя является деформация, выходной – изменение сопротивления. Уравнение преоб- разования тензорезистора соответственно запишет- ся через коэффициент тензочувствительности k, механическое напряжение , модуль упругости E исследуемого материала [5] Рис. 1. Метрологический подход к приме- нению метода АЭ для НК ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 21 ∆R/R = (k/E)σ, k = ∆R ⁄ R ∆l ⁄ l , σ = E(∆l/l), где ∆R/R – относительное изменение сопротив- ления преобразователя; ∆l/l – относительная де- формация проволоки. Для металлов значение относительной дефор- мации ∆l/l в пределах значения коэффициента k = 0,5… 4 обусловливает относительное изменение сопротивления преобразователя ∆R/R = = (1,25… 10)⋅10—3. Преимущественно используются электрические цепи с дифференциальным включением тензомет- рических преобразователей, в которых один тен- зорезистор R1 испытывает деформацию растяжения в диапазоне (R… R + ∆R), а второй R2 – де- формацию сжатия в диапазоне (R… R — ∆R). Па- дение напряжения ∆U, полученное при разомк- нутой диагонали моста определяется по формуле [5]: ∆U = ∆RU(R1 + R2), ∆R/(R1 + R2) = k(∆l/l) ≈ 2∆l/l, где U – напряжение питания моста; k = 2 – коэффициент тензочувствительности металлов. Для равноплечего моста падение напряжения определяется так: ∆U = ∆lU/l или ∆U = σU/E. Методологические аспекты локации источника АЭ. Технология АЭ контроля (диагностирования) согласно [6], кроме АЭ аппаратуры обязательно должна содержать развернутую схему (карту) рас- положения первичных преобразователей АЭ, яв- ляющейся основой определенного типа локации. В литературе [7—10] приведены различные под- ходы к определению значения разницы времени прихода (РВП) сигналов АЭ по N-точечным схемам принятия сигнала. В [6] приведены наиболее рас- пространенные варианты расположения ПАЭ в АЭ антеннах. Для определения координат источников АЭ различают: зонную, линейную, плоскую ло- кации. Для функционирования АЭ системы исполь- зуется методология локации плоского типа по схе- ме: четыре ПАЭ расположены в вершинах и в центре равностороннего треугольника (датчики Д1—Д4) (рис. 2) [7]. Преимуществами использу- емой четырехточечной схемы локации источников АЭ на плоскости являются: наличие трех независимых значений РВП, поз- воляющих по алгоритму однозначно определять координаты источника по сравнению с трехточеч- ной схемой размещения ПАЭ, принятой минималь- но количественной для определения координат ис- точника АЭ на поверхности материала, конс- трукции; уменьшение вероятности регистрации мнимого события АЭ при воздействии помех, соответственно повышение помехоустойчивости; гибкость расположения ПАЭ при техническом диагностировании поверхности материалов, конс- трукции сложной конфигурации. На практике для определения координат ис- точников АЭ на объектах контроля плоского типа четыре ПАЭ располагают в вершинах квадрата на плоскости (рис. 3) [6]. Базой антенны B яв- ляется расстояние между двумя «соседними» ПАЭ (точки 1, 2 или 1, 4). Координаты источников АЭ определяют в пределах зоны контроля, т. е. в пределах участка, который задают значениями Rkz1, Rkz2. Алгоритм и погрешность вычисления координат источника САЭ для четырехточечной схемы приема сигнала приведен согласно структуре блока локации в измерительной информационной системе отбора информации, представленной сиг- налами АЭ. Точность вычисления координат ис- точника АЭ определяется погрешностью измерения разности времени прихода сигнала на ПАЭ и раз- мещением элементов приемной антенны [6]. В ра- боте [7] приведена методология оценки погреш- ности определения координат в случае использо- вания четырехэлементной антенны. Плоскую локацию (четыре ПАЭ) используют для определения координат источников АЭ на ци- линдрических и сферических поверхностях [6]. Локацию на цилиндрической поверхности проводят с учетом развертки цилиндра, используя линей- но-плоскостные комбинации (например, шесть ПАЭ, расположенных в вершинах трех квадратов, имеющих общие стороны). Для сферических по- верхностей, имеющих большие радиусы кривизны, условно принятых за плоские, используют алго- ритмы определения координат по схеме четырех ПАЭ, расположенных в вершинах квадрата, на плоскости. Рис. 2. Четырехточечная антенна для определения координат источников АЭ Рис. 3. Определение координат источников АЭ по четырехто- чечной схеме приема САЭ 22 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 В работе [13] предложен способ определения координат АЭ источника с помощью пространс- твенной локации. Для реализации этого способа на сферической поверхности объекта располагают шесть ПАЭ. Три группы ПАЭ – по два в каждой размещают на поверхности объекта на трех взаимно перпендикулярных осях, пересекающихся в центре сферического объекта, по два ПАЭ на каждой оси, т. е. каждая группа ПАЭ контролирует со- ответствующую ось координат х, y, z, причем ПАЭ равноудалены один от другого (рис. 4) [13]. Для каждой группы ПАЭ определяют разницу времени прихода на соответствующие ПАЭ. Ис- пользуя разницу времени прихода сигналов на ПАЭ и скорость волны в материале объекта, определяют координаты источника АЭ. Для такой простран- ственной локации на практике использованы три модифицированные двухканальные АЭ регистра- тор (типа АФ-15) с персональным компьютером, обрабатывающие зарегистрированную информа- цию. При условии, что координаты ПАЭ известны, каждый из приборов АФ-15 регистрирует разницу времени прихода τ1, τ2 сигналов на свою пару ПАЭ. Эти значения РВП дают информацию о раз- нице расстояний от источника сигналов АЭ к со- ответствующим ПАЭ. Методология локации (плоской, пространствен- ной) источника АЭ основывается на применении принципа, метода и методики локации. Принцип локации – физическое явление приема и способ обработки сигналов АЭ преобразователями с целью их дальнейшей локализации. Локализация источника АЭ – определение местонахождения источника АЭ по совокупности зарегистрированных сигналов АЭ [6]. Метод локации основывается на алгоритме функционирования блока локации в АЭ ИИС и, соответственно, созданного алгоритмического и программного обеспечения системы. Методика ло- кации основывается на применении процедур вы- бора количества ПАЭ и схемы их размещения на исследуемом объекте (материале, конструкции); разработке алгоритма определения координат ис- точника АЭ с соответствующей точностью по уже выбранной схеме размещения ПАЭ. Методология измерения параметров сигнала АЭ и метрологическое обеспечение. Принцип, метод и методика измерения физической величины является основой методологии измерения параметров сигналов [14]. Взаимосвязь элементов методологии измерения параметров сигнала АЭ: объект исследования; прин- цип измерения; метод измерения; методика изме- рения; методология измерения; измерительная ин- формационная система, нормативные документы. Ос- новными аспектами методологии измерения пара- метров сигнала АЭ являются: изучение физических свойств объекта иссле- дования и физической природы возникновения АЭ; разработка адекватной модели сигнала АЭ; анализ параметров сигнала АЭ; выбор метода регистрации (измерения) параметров САЭ, адекватной модели сигнала, алгоритма регистрации; разработка (вы- бор) средства регистрации сигнала АЭ ИИС с целью измерения параметров сигнала АЭ, обра- ботка и интерпретация результатов; выбор метода, алгоритма измерения параметров сигналов АЭ; раз- работка алгоритма проведения натурных испыта- ний (растяжение и сжатие исследуемого образца) с целью установления связи параметров АЭ с па- раметрами разрушения материала; разработка мет- рологических основ применения метода АЭ и под- хода к метрологическому обеспечению АЭ ИИС. На основании структуры единой методологии измерения (контроля, диагностирования, прогно- зирования, распознавания параметров объекта), анализа особенностей процесса АЭ измерения при- ведена структура методологии измерения парамет- ров сигнала АЭ: объект исследования 1; источник АЭ 2; пъезоэлектрический преобразователь 3; мо- дель сигнала 4; метод измерения 5; методика из- мерения 6; модель акустического измерительного канала ИИС 7; модель погрешности измеритель- ного канала системы 8; методика оценивания мет- рологических характеристик измерительного кана- ла 9; метрологическое обеспечение 10 (рис. 5) [14]. Методология измерения параметров сигнала АЭ включает такие аспекты: метод АЭ, основой которого является явление АЭ и ПЭП, как измерительное средство, пред- назначенное для приема акустических волн и пре- образования их в электрический сигнал; методо- логия локации координат дефектов в плоских объектах, основой которого является измерение разницы времени прихода сигнала от источника АЭ на первичные измерительные преобразователи; измерительным средством является блок измерения РВП; метод измерения, сущность которого состоит в измерении самих параметров сигнала АЭ, фун- кционально-связанных с параметрами разрушения Рис. 4. Структурная схема пространственной локации источни- ков АЭ Рис. 5. Структурная схема методологии измерения параметров сигнала АЭ ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 23 материала; измерительным средством является АЦП, представляющий измеряемую непрерывную величину кодом. Используя такую методологию система отбора и обработки сигнала АЭ, регистрирует волновую картинку АЭ по заданному времени прихода и в течение определенного интервала, обусловленного возможностью оперативной памяти для ее записи, и далее обрабатывает информацию по заданной программе. Т. е. , на основании зарегистрирован- ного сигнала можно определить максимальное зна- чение амплитуды огибающей САЭ и активность – число зарегистрированных импульсов АЭ за единицу времени согласно нормативному докумен- ту [6]. Рассмотрим метрологическое обеспечение изме- рения физических величин, в частности параметров сигнала АЭ. В работе [4] представлен концепту- альный подход к созданию метрологического обес- печения измерений (контроля, диагностирования, прогнозирования, распознавания) параметров ис- следуемых объектов. Такая концепция метроло- гического обеспечения применима в области НК материалов. Соответственно в работе [9] уделено внимание особенностям метрологического обеспечения НК материалов, в частности методам и средствам. Од- ной из основных задач метрологического обеспе- чения является метрологическая аттестация средств измерительной техники (измерительных приборов, ИИС). В работе [15] рассмотрены особенности метрологической аттестации измерительных кана- лов АЭ ИИС согласно требованиям, предъявлен- ным в государственных стандартах по метроло- гическому обеспечению ИИС на основании модели измерительного канала и модели погрешности ка- нала. В работе [16] предложена методика опре- деления метрологических характеристик измери- тельных каналов АЭ системы согласно рекомен- дациям государственных и межгосударственных стандартов по метрологическому обеспечению ИИС. Связь параметров сигнала АЭ с параметрами разрушения материалов. Взаимосвязь параметров САЭ с параметрами дефекта материала зависит от самого механизма генерирования сигнала, далее от вида источника АЭ, наделенного соответству- ющими спектрами амплитуд импульса АЭ, дли- тельности сигнала, ширины частотного спектра. Такое состояние оценивания является подходом к интерпретации результатов НК. Регистрация определенных параметров САЭ, например, амплитуды и числа импульсов АЭ в техническом аспекте обусловлена чувствитель- ностью ИИС, в частности метрологическими ха- рактеристиками используемого типа ПЭП; методом локации координат источника САЭ; методом отбора САЭ, в котором заложен уровень дискриминации, амплитудный и частотный диапазоны измерения; количеством и структурой измерительных каналов системы отбора сигнала АЭ. Ниже описана связь параметров САЭ с параметрами разрушения ма- териала [17]. Коеффициент интенсивности напряжений K ............................................ N~K; N~K2/E Суммарное раскрытие трещины δ .................. δ~(1 — γ)N/ /(0,2GT) Суммарная площадь раскрытой трещины S .... S~N Длина скачка трещины ∆l ............................ ∆l~Ua Площадь микротрещины ∆SM ................................∆SM~Ua Скачкообразное увеличение площади трещины ∆S ................................................................∆S~(ΣUa) 2⋅ ⋅E/К2 Длина трещины l ........................................ L = cT. Здесь Uа – амплитуда АЭ; c – скорость распространения продольных колебаний; T – дли- тельность первой полуволны АЭ; N – число им- пульсов АЭ; g – коэффициент Пуассона; G – предел текучести. Параметры САЭ, регистрируемые ИИС, дол- жны быть четко связаны с той или иной моделью источника АЭ. Известны такие модели микротре- щины с дисклокационными скоплениями: модели образования микротрещины из дислокационных скоплений; модель роста трещины [21]. Модель образования микротрещины связана с оцениванием энергии упругих колебаний, в которой заложены параметры трещины. Так, в работе [18] энергия АЭ для любой модели определяется из соотношения WАЭ = 1 2 E 25 hl(nb) — Eb 50 hl, где h – глубина микротрещины; l – длина мик- ротрещины; n – число дислокаций, обусловли- вающих начало микротрещины; E – модуль Юнга; b – постоянная решетки материала. С моделями образования и роста микротрещины связана форма сигнала АЭ. В зависимости от типа источника одиночный сигнал АЭ может быть ре- лаксационного или акселерационного типа [20]. Связь параметров сигнала АЭ с параметрами разрушения материала раскрывается постановкой задачи исследования, моделью трещины, видом ис- следуемого образца, метрологическими характерис- тиками АЭ исследуемого ИИС. По литературным данным известны зависимости между интенсив- ностью САЭ, амплитудой импульсов АЭ и вели- чиной дефекта материала; интенсивностью и вре- менем разрушения; суммарным количеством им- пульсов и коэффициентом интенсивности; энергией САЭ и длиной трещины [21]. Установлена теоретическая и эксперименталь- ная связь между длиной трещины и амплитудой импульсов сигнала АЭ. Аналитически такое ли- нейное соотношение представлено [20]: ∑ ∆ ∼ ∑( ′) ⁄ где Ai′ = ∫Ai 0 ∆t (t)dt – амплитуда зарегистрированного электрического сигнала для двух типов образцов – стали Ст40Х, материала Д16-АТ. Суммарный счет АЭ при развитии трещины в условиях монотонной нагрузки связан с коэффи- циентом интенсивности напряжений [17, 18] 24 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 N = aKm, где а, m – параметры, зависящие от материала, его состояния, условий роста трещины для раз- личных материалов и условий испытаний, в час- тности для определенного вида материалов m при- нимает значение в диапазоне 4Ш12. Известна эмпирическая связь энергии САЭ с параметром длины трещины [17]: ∑ Ee 2 = K2∑ 2∆l ⁄ E, где K – коэффициент концентрации напряжений в вершине трещины; ∆l – прирост длины трещины; E – модуль упругости. Коэффициент интенсивности напряжения K, как общепринятый параметр разрушения связан со стандартизированным параметром сигнала АЭ числом импульсов N следующим выражением [18, 21]: N = aKm, где а, m – параметры исследуемого типа образца (материала, конструкции). Соответственно, измеряя число импульсов N сигнала АЭ (при значении m для соответствующего материала), получаем информацию о росте тре- щины через параметр l [21]. Выводы Неразрушающий контроль материалов и конструк- ций методом АЭ включает процедуру измерения параметров сигнала АЭ, несущего информацию о состоянии объекта исследования. Точность НК ма- териалов обусловлена точностью измерения пара- метров САЭ. Сам процесс измерения параметров САЭ должен иметь не только метрологическое обес- печение, обеспечивающее единство и точность из- мерения физических величин, связанных с пара- метрами разрушения, но и метрологический подход к использованию метода АЭ для НК. В данной статье предложен такой метрологический подход к использованию метода АЭ, учитывающий фи- зическую модель сигнала; методологию локации источника сигнала АЭ; методологию измерения па- раметров сигнала АЭ; первичные измерительные преобразователи; акустико-эмиссионную ИИС и алгоритм обработки результатов измерений; стан- дартизированную методологию контроля (диагнос- тирования); метрологическое обеспечение и подход к интерпретации результатов НК объекта на ос- новании моделей САЭ и трещины и взаимосвязи их параметров. 1. Патон Б. Е., Недосека А. Я. О новых подходах в оценке состояния сварных конструкций и определения их оста- точного ресурса // Техн. диагностика и неразруш. конт- роль. – 2000. – № 1. – С. 3—8. 2. Патон Б. Е., Недосека А. Я. Диагностика и прогнозиро- вание остаточного ресурса сварных соединений // Там же. – 1992. – № 1. – С. 3—17. 3. Чаусов Н. Г., Недосека С. А. Использование метода АЭ для экспресс-контроля разрушения бетонов с добавками пласти- фикаторов // Там же. – 1998. – № 3. – С. 12—16. 4. Концептуальний підхід до створення метрологічного за- безпечення вимірювань / Г. В. Микитин, О. П. Бухало, Б. П. Клим, Є. П. Почапський // Укр. метролог. журн. – 2001. – № 4. – С. 5—9. 5. Аспекти міряння параметрів сигналу акустичної емісії / О. П. Бухало, Я. П. Драган, Б. П. Клим, Г. В. Микитин, Є. П. Почапський // Комп’ютерні технології друкарс- тва. – 1999. – №3. – С. 168—183. 6. ДСТУ 4227-2003. Настанови щодо проведення акустико- емісійного діагностування об’єктів підвищеної небезпеки. – Києв: Держспоживстандарт України, 2003.– 25 с. 7. Акустическая эмиссия и ее применение для неразрушаю- щего контроля в ядерной энергетике / В. Н. Артюхов, К. Б. Вакар, В. Н. Макаров, и др. / Под. ред. К. Б. Ва- кара. – М.: Атомиздат, 1980. – 216 с. 8. Микитин Г. В. Актуальні питання теорії вимірювання. Фіз. зб. НТШ. – Т. 4. – 2001. – С. 347—353. 9. Микитин Г. В. Особливості метрологічного забезпечення неруйнівного контролю / Механіка руйнування і міцність матеріалів. Довідник. посібник / Під заг. ред. В. В. Па- насюка. – Т. 5. Неруйнівний контроль. Средства и мето- ды измерений // Под. ред. Е. Г. Шрамкова. – М.: Энергоатомиздат, 2002. – 520 с. 10. Бобренко В. М., Полесская Л. М. Определение коорди- нат источника АЭ двумя парами приемников // Дефек- тоскопия. – 1980. – № 6. – С. 36—41. 11. Холькин О. И. О локационной информативности сигналов АЭ // Там же. – 1983. – № 2. – С. 32—40. 12. Акустическая эмиссия и ее применение для неразрушаю- щего контроля в ядерной энергетике / В. И. Артюхов, К. Б. Вакар, В. И. Макаров и др. / Под. ред. К. Б. Ва- кара. – М.: Атомиздат, 1980. – 216 с. 13. Ройзман В. П., Ковтун Ю. І., Горошко А. В. Просторова локація джерел акустичної емісії // Вимірювальна та об- числювальна техніка в технологічних процесах. – 2001. – № 2. – С. 84—86. 14. Методологічні основи міряння фізичних величин / Я. Драган, Г. В. Микитин, О. П., Бухало, Б. П. Клим, Є. П. Почапський // Комп’ютерні технології друкарс- тва. – 2000. – № 5. – С. 303—309. 15. Аспекти метрологічної атестації вимірювальних каналів системи відбору і обробки сигналів акустичної емісії / О. П. Бухало, Б. П. Клим, Г. В. Микитин та ін. // Вісн. Тернопіл. держ. техн. ун-ту. – № 3. – Т. 8. – 2003. – С. 91—102. 16. Клим Б. П., Микитин Г. В., Почапський Є. П. Методика визначення метрологічних характеристик вимірювальних каналів акустико-емісійної системи // Фіз. методи та за- соби контролю середовищ, матеріалів та виробів. – 2005. – С. 90—94. 17. Бунина Н. А. Исследование пластической деформации ме- таллов методом акустической эмиссии. – Л.: Изд-во Ле- нинград. ун-та. – 1990. – 156 с. 18. Иванов В. И., Белов В. М. Акустико-эмиссионный конт- роль сварки и сварных соединений. – М.: Машинострое- ние, 1981. – 184 с. 19. Методы акустического контроля металлов / Н. П. Але- шин, В. Е. Белый, А. Х. Вопилкин и др. // Под. ред. Н. П. Алешина. – М.: Машиностроение, 1989. – 456 с. 20. Болотин А. Н., Маслов Л. А., Полунин В. И. Установле- ние корреляции между размером трещины и амплитудой импульсов АЭ // Дефектоскопия. – 1975. – № 4. – С. 119—122. 21. Основы экспериментальной механики разрушения / И. М. Керштейн, В. Д. Клюшников, Е. В. Ломакин и др. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989. – 140 с. Физ.-мех. ин-т им. Г. В. Карпенко НАН Украины, Львов Поступила в редакцию 01.07.2005 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 25

Метрологический подход к использованию метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля материалов и конструкций

Репозитарії

Схожі ресурси