Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...
Топ:
Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует...
Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь...
Комплексной системы оценки состояния охраны труда на производственном объекте (КСОТ-П): Цели и задачи Комплексной системы оценки состояния охраны труда и определению факторов рисков по охране труда...
Интересное:
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны...
Дисциплины:
2022-05-08 | 67 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Согласно ГОСТ 27655-88 акустическую эмиссию определяют как излучение материалом механических упругих волн, вызванное динамической локальной перестройкой его внутренней структуры. Кроме того, в последнее время к АЭ относят высокочастотное акустическое излучение, возникающее при истечении жидкостей и газов из отверстий в сосудах и трубопроводах. Также акустические сигналы, сопровождающие трибологическое взаимодействие твердых тел. В настоящее время общепризнанным является мнение, что АЭ - явление, сопровождающее едва ли не все физические процессы в твердых телах и на их поверхности, а возможность ее регистрации при протекании большинства процессов определяется лишь чувствительностью используемой аппаратуры. АЭ возникает как в микропроцессах, обусловленных движением мельчайших элементов структуры тел, так и в макроявлениях, связанных с разрушением агрегатов и конструкций. Поэтому регистрация АЭ предоставляет широкие возможности для исследования твердых тел, их взаимодействия между собой и с жидкими и газообразными средами, а также диагностики материалов энергонапряженных конструкций.
Явление АЭ известно с середины прошлого столетия как "крик олова", возникающий при деформировании олова и слышимый невооруженным ухом. Однако в течение многих десятилетий оно не находило практического применения. С 50-х годов нашего столетия началось систематическое изучение акустической эмиссии в конструкционных материалах. Явление АЭ и причины его порождающие оказалось более сложным, чем предполагали пионеры АЭ-исследований. Середину 70-х годов следует рассматривать как период, когда была осознана сложность проблем, возникающих при интерпретации АЭ-сигналов, разработана высокочувствительная аппаратура, накоплен определенный экспериментальный материал, достаточный для решения как исследовательских, так и технических задач. К концу 70-х голов следует отнести начало применения АЭ для диагностики узлов трения.
|
Существующие методики контроля основаны на анализе параметров АЭ-сигналов. Методы обработки сигналов и определения их информативных параметров существенным образом зависят от вида регистрируемой АЭ. Принято различать дискретную и непрерывную АЭ. Чтобы понять, чем обусловлен выбор информативных параметров при регистрации того или иного вида АЭ, рассмотрим основные условия формирования акустических сигналов в твердых телах.
В силу дискретной природы вещества дискретны и происходящие в них физические процессы. Кажущаяся непрерывность процесса отражает факт усреднения результата наблюдения большого числа отдельных элементарных событий. Элементарное событие в твердом теле приводит к деформированию последнего, но столь незначительному, что оно, как правило, не может быть зарегистрировано известными средствами. Однако большое количество элементарных событий, образующих последовательность (поток) событий, может привести к макроскопическим явлениям, вызывающим заметное изменение энергетического состояния тела. При высвобождении энергии часть ее излучается в виде упругих волн. Появление таких волн и есть акустическая эмиссия.
Проявляться АЭ может двояко. Если число элементарных событий, приводящих к возникновению упругих волн, велико, а энергия, высвобождаемая при каждом событии, мала, то АЭ-сигналы воспринимаются как слабый непрерывный шум, получивший название непрерывной АЭ. Из-за малости энергии, высвобождаемой при единичном акте, энергетическое состояние тела меняется незначительно. Вероятность осуществления следующего такого акта практически не зависит от предыдущего. Как следствие, характеристики непрерывной АЭ меняются во времени сравнительно медленно, что позволяет рассматривать этот тип эмиссии как квазистационарный процесс.
|
Если состояние тела далеко от равновесного, возможны процессы лавинного типа, при которых за малый промежуток времени в процесс вовлекается большое число элементарных событий. Энергия упругой волны при этом может на много порядков превосходить энергию упругих волн при непрерывной эмиссии. Подобная эмиссия, характеризующаяся большой амплитудой регистрируемых акустических импульсов, получила название дискретной.
Следует отметить, что разделение АЭ на непрерывную и дискретную достаточно условно, поскольку возможность раздельной регистрации АЭ-импульсов зависит лишь от характеристик используемой аппаратуры. Например, увеличивая уровень дискриминации сигналов, можно регистрировать только высокоамплитудные выбросы акустического сигнала, то есть формально перейти от регистрации непрерывной к регистрации дискретной АЭ, хотя очевидно, что сущность явления АЭ при этом не изменится.
В реальной ситуации, как правило, приходится иметь дело с эмиссией обоих типов. Например, докритическое подрастание трещин в металлах под действием внешних и внутренних факторов происходит скачкообразно. Продолжительные периоды стабильного состояния трещины, при некотором возможном возрастании пластической деформации в ее вершине, чередуются с моментами времени, когда трещина меняет свою длину с околозвуковой скоростью, переходя в новое равновесное состояние. Такой переход связан с изменением напряженного состояния (разгрузкой) материала в окрестности трещины и сопровождается излучением упругой волны, регистрируемой преобразователем как сигнал дискретной АЭ. В промежутках между скачками, при накоплении пластической деформации, наблюдается характерная для пластического деформирования непрерывная АЭ. Сходная картина имеет место и в процессе развития усталостных трещин.
Ползучесть материала на первой, нестационарной, и второй, стационарной, стадиях сопровождается непрерывной АЭ. На третьей стадии, помимо непрерывной, наблюдается также и дискретная АЭ, обусловленная образованием и развитием микротрещин. Такое же положением имеет место при коррозии под напряжением, конечная стадия которой - коррозионное растрескивание - сопровождается интенсивными акустическими вспышками дискретной АЭ.
|
Во всех указанных случаях в течение достаточно длительного времени - докритической стадии развития трещины, средняя скорость ее роста, как правило, не превышает долей миллиметра в час. Трещина еще не представляет серьезной опасности для конструкции, но возникающая при этом АЭ указывает на развитие дефекта и, следовательно, является предвестником наступления катастрофического разрушения. Для прогнозирования разрушения обычно используют дискретную составляющую АЭ из-за простоты регистрации сигналов большой амплитуды.
Дискретную АЭ используют также при контроле технологических процессов, в ходе которых возможно образование трещин (сварка; закалка; диффузионное насыщение, например наводороживание и др.), а также для исследования и контроля коррозионного растрескивания, прочности, термопрочности, усталостного разрушения, а также процессов трения и износа. Непрерывную АЭ связывают с пластической деформацией, коррозией материалов и другими физическими процессами.
Еще раз заметим, что при всех перечисленных процессах, как правило, можно наблюдать как дискретную, так и непрерывную составляющие АЭ.
Следует различать информативные параметры отдельных импульсов дискретной АЭ, потоков импульсов и параметры непрерывной АЭ. Импульсы или сигналы АЭ характеризуются амплитудой, длительностью, формой и временем появления. Поток сигналов дополнительно можно характеризовать средней частотой событий, спектральной плотностью, амплитудным, временным и амплитудно-временным распределениями, корреляционной функцией, средним значением и дисперсией. Каждая из характеристик связана с порождающим АЭ физическим процессом, содержит информацию о его развитии или же о состоянии объекта исследования.
Для дискретной АЭ вводятся следующие информативные параметры:
1. Общее число импульсов - число зарегистрированных
импульсов дискретной АЭ за интервал времени наблюдения.
|
Само определение этого параметра говорит о его пригодности для описания только потоков неперекрывающихся импульсов. Оно характеризует процессы, связанные с разрушением, и указывает на число отдельных актов зарождения и распространения дефектов в материале или конструкции.
2. Активность АЭ - общее число импульсов, отнесенное к
единице времени.
Информативность этого параметра такая же, как и предыдущего, но с большей детализацией во времени, что дает возможность наблюдать динамику процесса разрушения.
3. Суммарная АЭ - число зарегистрированных превышений (выбросов) АЭ-сигналов установленного уровня в течение заданного интервала времени.
В случае дискретной АЭ эта величина характеризует число событий с энергией, превышающей установленное пороговое значение. При регистрации дискретной АЭ теряется часть информации, связанная с импульсами, амплитуда которых меньше установленного порога - уровня дискриминации. Кроме того, возможность произвольного выбора этого уровня делает параметр неоднозначным. Если производить счет недетектированных импульсов, представляющих затухающие осциллирующие сигналы, поступающие с пьезоприемника, что практикуется довольно часто, то появляется дополнительная неоднозначность результатов, обусловленная многократной регистрацией одного и того же первичного импульса. При этом кратность воспроизведения его в счетном устройстве зависит от уровня дискриминации, коэффициента затухания колебаний в объекте и преобразователе, а также характеристик приемно-усилительного тракта.
4. Скорость счета - число зарегистрированных превышений АЭ-сигналов установленного уровня в единицу времени.
Эта характеристика является производной суммарной АЭ по времени и обладает теми же недостатками. Некоторые авторы называют этот параметр интенсивностью АЭ.
5. Плотность вероятности амплитуды импульсов w(A) характеризует АЭ уже как случайный процесс. Эта функция определяет вероятность того, что амплитуда АЭ-импульса А0 находится в интервале от А до А + dA:
Р {А < A0 < А + dA} = w{A)dA.
На практике чаще используют характеристику n(А), называемую амплитудным распределением импульсов. Эта функция указывает количество импульсов, амплитуда которых заключена в малом интервале от А до A+dA. Если общее число зарегистрированных импульсов равно N, то амплитудное распределение связано с плотностью вероятности w(A) соотношением
n(А) = N*w(A),
причем
Функции w(A) и n(А) можно оценить по экспериментальным данным, построив гистограмму распределения импульсов АЭ по амплитуде. Как известно, эта гистограмма отражает зависимость количества импульсов ni (или доли таких импульсов ni/N), амплитуда которых заключена в малом интервале от Аi до Ai + ,от величины амплитуды Аi. Нетрудно установить взаимосвязь между этими функциями:
|
Nw(Ai) = n(Ai) = ni.
Определив по экспериментальным данным с использованием этих соотношений набор значений функций w(Ai) и n(Ai), в дальнейшем, например при помощи системы распределений Пирсона, можно подобрать аналитические выражения для описания функций w(A) или n(А).
6. Распределение временных интервалов между отдельными АЭ-импульсами содержит важную информацию о физике явления и характере его развития. При взаимной независимости и одинаковой вероятности элементарных событий их последовательность (поток событий) описывается законом Пуассона. Если поток стационарен, то распределение интервалов времени между импульсами АЭ подчиняется экспоненциальному закону
причем среднее значение временного интервала между импульсами составляет величину . Справедливо и обратное утверждение - при экспоненциальном распределении интервалов между отдельными событиями, последние распределены по закону Пуассона. Такое заключение свидетельствует об отсутствии взаимосвязи отдельных событий, что само по себе служит важной информацией о характере процесса. Например, о делокализованном разрушении материала конструкции.
7. Амплитудно-временное распределение импульсов АЭ n(A;t) – функция, указывающая количество импульсов АЭ dN, зарегистрированных в промежутке времени от t до t+dt амплитуда которых заключена в интервале от А до А + dA:
dN = n(A,t)dAdt.
Если эту функцию проинтегрировать по времени от 0 до Т - времени регистрации АЭ, найдем амплитудное распределение импульсов АЭ, а проинтегрировав еще раз по амплитуде, получим общее число импульсов за время регистрации:
Другими словами, амплитудно-временное распределение отражает изменение амплитудного распределения импульсов АЭ во времени.
8. Спектральная плотность S(w) дискретной АЭ совпадает с соответствующей характеристикой случайного процесса и равна мощности процесса в единичной полосе частот.
Информативность спектральной плотности обусловлена ее связью со скоростью протекания процесса, инициирующего сигналы АЭ. Кроме спектральной плотности для анализа акустической эмиссии в ряде случаев бывает удобнее использовать корреляционную функцию. Информативное содержание этой характеристики то же, что и у спектральной плотности, поскольку между собой они связаны прямым и обратным преобразованием Фурье [46].
Для непрерывной АЭ меняется содержание некоторых из указанных характеристик. Кроме того, могут быть введены дополнительные параметры для описания процесса. Так как теряется смысл понятия амплитуды отдельного импульса, суммарная АЭ и скорость АЭ определяются числом выбросов случайного процесса над уровнем дискриминации, т.е. числом превышений регистрируемой величиной (электрическим напряжением, током) установленного уровня дискриминации за все время регистрации или за единицу времени соответственно. Вместо амплитудного распределения следует использовать плотность вероятности АЭ, определяющую долю времени наблюдения, в течение которого регистрируемая величина находится в интервале вблизи заданного значения амплитуды. Кроме того, вводятся одномерные и многомерные функции распределения указанных выше параметров.
2. Основные понятия и определения метода акустической эмиссии.
Акустико-эмиссионный метод основан на анализе параметров упругих волн акустической эмиссии (АЭ). Этот метод оперирует с потоками электрических сигналов АЭ, параметры которых (амплитуда, длительность, энергия, и т.д.) являются соответствующими параметрами метода АЭ.
Акустическая эмиссия может возникать в результате различных физико-механических процессов, основными из которых являются:
-структурные и фазовые превращения в материале;
-гидродинамические и аэродинамические явления при протекании жидкости или газа через отверстие;
-трение поверхностей твердых тел;
-процессы механической обработки твердых тел.
В данной работе рассматриваются физико-механические явления, связанные только со структурными и фазовыми превращениями в различных материалах.
Наиболее важные особенности метода АЭ, определяющие перспективность его использования при исследовании и контроле материалов и конструкций:
1. Возможность обнаружения и регистрации только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности.
2. Чувствительность метода АЭ значительно превышает чувствительность традиционных методов неразрушающего контроля, метод позволяет выявлять приращения трещины на 0,025 мм.
3. Метод является интегральным и обеспечивает контроль объекта с использованием одного и нескольких преобразователей в случае определения места нахождения дефекта.
4. Метод позволяет проводить непрерывный контроль (мониторинг) работающих объектов с целью их остановки в случае появления и развития опасных дефектов.
5. Положение и ориентация дефектов не влияют на их выявляемость.
Метод имеет значительно меньше ограничений, связанных со структурой и физико-механическими свойствами материалов, чем другие методы неразрушающего контроля.
Уровень дискриминации (ограничения) – уровень электрического напряжения, относительно которого производится обнаружение (регистрация) электрических сигналов АЭ. Наличие ограничения всегда существует в измерительной аппаратуре и обусловлено обычно собственными шумами измерительной аппаратуры. Величина уровня дискриминации определяется шумовыми характеристиками входного усилительного каскада.
Суммарный счет АЭ N[имп.] – число зарегистрированных превышении импульсами АЭ установленного уровня дискриминации (ограничения) за интервал времени наблюдения. Диапазон изменения 0…107 имп.
Скорость счета АЭ [имп./с] – отношение суммарного счета АЭ к интервалу времени наблюдения. Диапазон изменения 0…1015[имп./с].
Современная техника регистрации и обработки АЭ информации пользуется дополнительными определениями и параметрами, не представленными в списке стандартов по ГОСТ 27655-88. Однако эти понятия и параметры широко используются в специальной научной литературе отечественных и зарубежных авторов.
К таковым относятся:
Огибающая электрического сигнала АЭ - продетектированный электрический сигнал АЭ. Диапазон изменения 10-7 … 10-2 В.
Амплитудное распределение - распределение количества электрических сигналов АЭ по их максимальном амплитудам.
Длительность электрического сигнала АЭ [с] - время нахождения огибающей электрического импульса АЭ над порогом ограничения. Диапазон изменения 10-4...10-8 с.
Время нарастания [с] - промежуток времени между появлением огибающей импульса АЭ над порогом ограничения и достижением огибающей ее максимальной амплитуды.
Энергия электрического сигнала АЭ либо «MARSE» (Measured ared of the rectified signal envelope) Ec [Дж] - измеренная площадь под огибающей электрического сигнала АЭ. Диапазон изменения 10-19...10-5 Дж.
Образ источника АЭ (acoustic emission signature) - группа параметров сигнала акустической эмиссии, полученных в результате определенного вида испытаний материала (конструкции) с помощью конкретной аппаратуры АЭ и при заданных условиях испытаний.
Как было отмечено выше, в настоящее время большинство разработчиков систем регистрации и обработки АЭ информации, а также исследователей склонны работать с огибающими электрических сигналов АЭ, т.е. с НЧ составляющей АЭ информации. Подобная тенденция вызвана несколькими причинами:
1. Ввиду фильтрации ВЧ составляющей акустического сигнала АЭ в процессе его прохождения через исследуемый материал и пограничный слой между поверхностью образца и АЭ преобразователем, а также прохождения электрического сигнала по аналоговому тракту усиления, исходная информация ВЧ составляющей искажается коренным образом.
2. Понятие события в исследуемом материале соотносится с огибающей электрического сигнала АЭ и работа с НЧ составляющей имеет вполне конкретный физический смысл.
3. Большинство параметров АЭ, таких как длительность события, время нарастания, амплитудное распределение, энергия и т.д., относится к НЧ составляющей АЭ информации.
4. Одновременное использование двух понятий ВЧ и НЧ составляющих в работах по акустической эмиссии приводит к подмене понятий и путанице в интерпретации получаемой информации.
Этот метод нашел широкое применение в материаловедении при исследовании процессов разрушения.
АЭ при наводороживании определялась с помощью прибора АФ-15. В качестве параметра АЭ выбран суммарный счет импульсов за 30 секунд, который фиксировался акустическим датчиком в частотных пределах от 200 кГц до 1000 кГц.
Были исследованы зависимости суммарного счета импульсов от времени наводороживания при различных уровнях дискриминации и плотностях катодного тока.
|
|
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!