📄Работа №200814
Тема: Методологические аспекты акустико-эмиссионного контроля литых деталей сложной формы
Характеристики работы
Тип работы
Диссертация
Предмет
Материаловедение
Объем:
370 листов
Год:
2017
Просмотров:
70
700
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение 6
Глава 1 Анализ используемых методик акустико-эмиссионных исследований металлических материалов и изделий и возможности их внедрения в системы определения ресурса 15
1.1 Изменения потоковых параметров акустической эмиссии развивающихся дефектов при механическом нагружении 16
1.2 Исследования поведения основных параметров сигналов акустической эмиссии при деформировании металлов 22
1.3 Методики локации источников сигналов акустической эмиссии.. 30
1.4 Методики идентификации источников акустической эмиссии.... 34
1.5 Возможности оценки ресурса металлических изделий с использованием метода акустической эмиссии 41
Вывод по первой главе 51
Глава 2 Исследование дефектности литых деталей тележек вагонов и
факторов, снижающих их надежность 54
2.1 Исследование напряжений в литых деталях, возникающих в процессе эксплуатации 55
2.2 Анализ дефектности боковых рам и надрессорных балок тележек
грузовых вагонов 67
2.3 Исследования причин разрушения литых деталей тележки грузовых вагонов 86
Выводы по второй главе 93
Глава 3 Моделирование параметров акустической эмиссии в деформируемых изделиях 96
3.1 Постановка задачи совершенствования системы контроля литых
деталей за счет внедрения АЭ метода 96
3.2 Моделирование актов акустической эмиссии деформируемого
материала и их параметров 104
3.3 Некоторые аспекты изменений параметров акустической эмиссии при деформировании реального металлического объекта .... 119
Вывод по третьей главе 127
Глава 4 Исследование поведения основных характеристик
акустической эмиссии развивающихся дефектов в образцах из низкоуглеродистой и низколегированной стали 129
4.1 Исследования параметров сигналов акустической эмиссии в
образцах без концентраторов 129
4.2 Экспериментальные исследования акустической эмиссии в
образцах из низкоуглеродистых сталей с концентраторами при статическом растяжении 138
4.2.1. Анализ потоковых характеристик акустической эмиссии
при статическом растяжении образцов с концентратором 141
4.2.2. Экспериментальное исследование изменения
индивидуальных параметров сигналов при деформировании образцов с концентраторами 149
4.3 Исследование параметров акустической эмиссии при
циклическом нагружении образцов с концентраторами 158
4.4 Влияние комплексного исследования с использованием
циклического и статического нагружения на параметры сигналов
акустической эмиссии 163
Выводы по четвертой главе 176
Глава 5 Методические аспекты выбора основных параметров акустико-эмиссионного контроля литых деталей 179
5.1 Анализ погрешностей определения координат источников
сигналов акустической эмиссии в литых деталях 180
5.2 Методика выбора способа определения координат источников
дискретных сигналов акустической эмиссии 187
5.3 Анализ погрешностей определения координат источников при комбинированном способе обработки акустико-эмиссионный
информации 194
5.4 Оценка чувствительности каналов акустико-эмиссионного
контроля литых деталей тележек вагонов 205
5.5 Разработка методики акустико-эмиссионного контроля литых
деталей с повышенной чувствительностью в отдельных участках 213
Выводы по пятой главе 222
Глава 6 Анализ результатов акустико-эмиссионного контроля литых деталей с различной дефектностью 224
6.1 Основные параметры акустико-эмиссионного контроля литых
деталей тележек грузовых вагонов 224
6.2 Анализ критериев оценки технического состояния литых деталей
для акустико-эмиссионного метода 234
6.2.1. Анализ потоковых параметров от активных источников.... 237
6.2.2. Анализ поведения коэффициента корреляции у различных
источников акустической эмиссии в литых деталях 242
6.2.3. Исследование изменения суммарной энергии сигналов
акустической эмиссии активных источников 245
6.3 Методика идентификации источников акустической эмиссии на
литейных дефектах в литых деталях 248
6.4 Исследование поведения параметров сигналов акустической
эмиссии, излучаемой из участков, отремонтированных сваркой и наплавкой 257
6.5 Экспериментальные исследования поведения параметров
акустической эмиссии при повторных испытаниях литых деталей 272
Выводы по шестой главе 284
Глава 7 Применение акустико-эмиссионного метода для
прогнозирования поведения литых деталей при их эксплуатации 287
7.1 Разработка модифицированной интегральной методики оценки состояния литых деталей 288
7.1.1 Использование акустико-эмиссионного контроля для
определения последующего срока эксплуатации литых деталей 288
7.1.2 Применение тензометрии совместно с акустикоэмиссионным методом при оценке ресурса деталей 300
7.2 Разработка вероятностной модели оценки ресурса с
использованием распределения Вейбулла 303
7.3 Экспериментальные исследования характеристик сигналов
акустической эмиссии как элементов вероятностной модели оценки параметров ресурса объектов контроля 312
7.4 Анализ применения вероятностного способа оценки ресурса для
литых деталей тележек грузовых вагонов 323
Выводы по седьмой главе 330
Заключение 332
Библиографический список 336
Приложение 370
Глава 1 Анализ используемых методик акустико-эмиссионных исследований металлических материалов и изделий и возможности их внедрения в системы определения ресурса 15
1.1 Изменения потоковых параметров акустической эмиссии развивающихся дефектов при механическом нагружении 16
1.2 Исследования поведения основных параметров сигналов акустической эмиссии при деформировании металлов 22
1.3 Методики локации источников сигналов акустической эмиссии.. 30
1.4 Методики идентификации источников акустической эмиссии.... 34
1.5 Возможности оценки ресурса металлических изделий с использованием метода акустической эмиссии 41
Вывод по первой главе 51
Глава 2 Исследование дефектности литых деталей тележек вагонов и
факторов, снижающих их надежность 54
2.1 Исследование напряжений в литых деталях, возникающих в процессе эксплуатации 55
2.2 Анализ дефектности боковых рам и надрессорных балок тележек
грузовых вагонов 67
2.3 Исследования причин разрушения литых деталей тележки грузовых вагонов 86
Выводы по второй главе 93
Глава 3 Моделирование параметров акустической эмиссии в деформируемых изделиях 96
3.1 Постановка задачи совершенствования системы контроля литых
деталей за счет внедрения АЭ метода 96
3.2 Моделирование актов акустической эмиссии деформируемого
материала и их параметров 104
3.3 Некоторые аспекты изменений параметров акустической эмиссии при деформировании реального металлического объекта .... 119
Вывод по третьей главе 127
Глава 4 Исследование поведения основных характеристик
акустической эмиссии развивающихся дефектов в образцах из низкоуглеродистой и низколегированной стали 129
4.1 Исследования параметров сигналов акустической эмиссии в
образцах без концентраторов 129
4.2 Экспериментальные исследования акустической эмиссии в
образцах из низкоуглеродистых сталей с концентраторами при статическом растяжении 138
4.2.1. Анализ потоковых характеристик акустической эмиссии
при статическом растяжении образцов с концентратором 141
4.2.2. Экспериментальное исследование изменения
индивидуальных параметров сигналов при деформировании образцов с концентраторами 149
4.3 Исследование параметров акустической эмиссии при
циклическом нагружении образцов с концентраторами 158
4.4 Влияние комплексного исследования с использованием
циклического и статического нагружения на параметры сигналов
акустической эмиссии 163
Выводы по четвертой главе 176
Глава 5 Методические аспекты выбора основных параметров акустико-эмиссионного контроля литых деталей 179
5.1 Анализ погрешностей определения координат источников
сигналов акустической эмиссии в литых деталях 180
5.2 Методика выбора способа определения координат источников
дискретных сигналов акустической эмиссии 187
5.3 Анализ погрешностей определения координат источников при комбинированном способе обработки акустико-эмиссионный
информации 194
5.4 Оценка чувствительности каналов акустико-эмиссионного
контроля литых деталей тележек вагонов 205
5.5 Разработка методики акустико-эмиссионного контроля литых
деталей с повышенной чувствительностью в отдельных участках 213
Выводы по пятой главе 222
Глава 6 Анализ результатов акустико-эмиссионного контроля литых деталей с различной дефектностью 224
6.1 Основные параметры акустико-эмиссионного контроля литых
деталей тележек грузовых вагонов 224
6.2 Анализ критериев оценки технического состояния литых деталей
для акустико-эмиссионного метода 234
6.2.1. Анализ потоковых параметров от активных источников.... 237
6.2.2. Анализ поведения коэффициента корреляции у различных
источников акустической эмиссии в литых деталях 242
6.2.3. Исследование изменения суммарной энергии сигналов
акустической эмиссии активных источников 245
6.3 Методика идентификации источников акустической эмиссии на
литейных дефектах в литых деталях 248
6.4 Исследование поведения параметров сигналов акустической
эмиссии, излучаемой из участков, отремонтированных сваркой и наплавкой 257
6.5 Экспериментальные исследования поведения параметров
акустической эмиссии при повторных испытаниях литых деталей 272
Выводы по шестой главе 284
Глава 7 Применение акустико-эмиссионного метода для
прогнозирования поведения литых деталей при их эксплуатации 287
7.1 Разработка модифицированной интегральной методики оценки состояния литых деталей 288
7.1.1 Использование акустико-эмиссионного контроля для
определения последующего срока эксплуатации литых деталей 288
7.1.2 Применение тензометрии совместно с акустикоэмиссионным методом при оценке ресурса деталей 300
7.2 Разработка вероятностной модели оценки ресурса с
использованием распределения Вейбулла 303
7.3 Экспериментальные исследования характеристик сигналов
акустической эмиссии как элементов вероятностной модели оценки параметров ресурса объектов контроля 312
7.4 Анализ применения вероятностного способа оценки ресурса для
литых деталей тележек грузовых вагонов 323
Выводы по седьмой главе 330
Заключение 332
Библиографический список 336
Приложение 370
📖 Аннотация
В данной диссертационной работе разрабатываются и исследуются методологические основы применения акустико-эмиссионного (АЭ) контроля для оценки состояния и остаточного ресурса литых металлических деталей сложной геометрической формы, характеризующихся низкой контролепригодностью. Актуальность исследования обусловлена острой необходимостью в надежных методах диагностики ответственных литых изделий, таких как элементы тележек грузовых вагонов, которые имеют неоднородную структуру, внутренние допустимые дефекты и испытывают сложное неравномерное напряженное состояние, что ограничивает эффективность традиционных методов неразрушающего контроля. Основными результатами работы являются: разработка универсальной методики оценки достоверности АЭ-контроля, позволяющей количественно определять долю перебраковки и недобраковки; подтверждение расчетов напряженного состояния данных деталей посредством статистического анализа их разрушений; а также установление особенностей формирования АЭ-сигналов от источников различной природы в условиях сложной геометрии объекта. Научная значимость заключается в развитии теоретических представлений о распространении и регистрации АЭ-волн в неоднородных объектах сложной формы, в то время как практическая ценность состоит во внедрении разработанной методики для повышения надежности диагностики, оптимизации ремонта и эксплуатации литых деталей в транспортном машиностроении. Теоретической базой исследования послужили фундаментальные труды по АЭ-диагностике конструкций (Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н.), исследования АЭ в материаловедении (Семашко Н.А.), работы по АЭ-контролю усталостных трещин (Дробот Ю.Б.) и обобщающие справочные издания по неразрушающему контролю под редакцией Клюева В.В.
📖 Введение
Актуальность темы исследования. Контроль состояния различных технических объектов и, в частности, деталей на разных стадиях производства, эксплуатации и ремонта требует изучения процессов формирования дефектов и динамики изменения их параметров для обеспечения наиболее эффективного функционирования этих объектов с минимальными экономическими затратами. Использование любого метода неразрушающего контроля (НК) предполагает проведение глубоких теоретических и экспериментальных исследований при встраивании этого метода в систему технического контроля. Кроме того, важное значение имеет задача оценки остаточного ресурса с использованием тех же средств и методов НК, что позволяет добиться эффекта как с технической, так и с экономической точки зрения.
Современные методы НК позволяют решать диагностические задачи с высокой надежностью для объектов достаточно простой формы, имеющих однородную структуру и свойства. Вместе с тем существует ряд объектов контроля конструктивно сложных, неоднородных по структуре и имеющих внутренние допустимые дефекты - литые металлические изделия для транспорта, тяжелого машиностроения. Наличие сложной формы и, как следствие, сильной неравномерности напряженного состояния в процессе эксплуатации, различные типы литейных дефектов для большинства методов НК не позволяют с необходимой достоверностью оценивать текущее состояние и тем более остаточный ресурс таких объектов. Кроме того, подобного рода объекты (сложная форма, неоднородность структуры, неравномерное по времени изменение напряженно-деформированного состояния в разных локальных участках объекта, изменение геометрических размеров в процессе эксплуатации вследствие износов) являются наиболее обобщенным случаем в практике НК и оценки ресурса и в этой связи представляют научный интерес при решении задачи диагностирования объектов сложной формы, переменой толщины и неоднородной структуры.
В мире существует большой объем научных знаний о физическом состоянии различных материалов, их физических свойствах и динамике изменения структуры и свойств в процессе статического и динамического нагружения, а также накопления повреждений. Одним из наиболее перспективных и динамически развивающихся методов в этом направлении является метод акустической эмиссии (АЭ). Исследования возможностей АЭ метода с использованием современной быстродействующей аппаратуры позволяют приступить к разработке методологических подходов функционирования систем технической диагностики, направленных на контроль технического состояния деталей в процессе их жизни, а также проводить оценку остаточного ресурса или срока службы деталей, конструкций узлов и механизмов. В свою очередь, современные знания в области приборостроения и создания аппаратуры для НК позволяют решать задачи практического моделирования, создания и использования таких систем.
Разработка подходов к контролю состояния объектов литейного производства в течение всего цикла их эксплуатации требует большого объема теоретических, экспериментальных и прикладных исследований на примере распространенных типов литых объектов массового производства, позволяющих обобщить результаты исследований.
Степень разработанности темы исследования
Исследования в области применимости АЭ метода для НК технических объектов на разных стадиях их жизненного цикла проводятся давно. В нашей стране и за рубежом решением этого вопроса занимаются достаточно большое число ученых. Несколько крупных научных школ проводят активные исследования физических процессов формирования АЭ и методов ее регистрации в металлических объектах. К российским исследователям и специалистам ближнего зарубежья, внесшим наибольший вклад в знания о явлении АЭ, относятся такие ученые, как А. Е. Андрейкив, В. М. Баранов, Г. А. Бигус, С .И. Буйло, С. П. Быков, И. Э. Власов, В. А. Грешников, В. А. Гуменюк, Ю. Б. Дробот, В. И. Иванов, В. Н. Куранов, Д. Л. Мерсон, В. В. Муравьев, А. Я. Недосека, В. В. Носов, С.В. Панин, Г. А. Сарычев, Н. А. Семашко,
A. Н. Серьезнов, Л. Н. Степанова, В. А. Стрижайло, А. С. Трипалин,
B. М. Шихман, А. А. Юдин и многие другие. Активно занимались исследованиями метода АЭ такие зарубежные ученые, как H. L. Dunegan, D. O. Harris, M. A. Hamstad, K. Ono, C. B. Scruby, H. N. G. Wadley и другие.
В настоящее время метод АЭ активно используется для контроля состояния сосудов, трубопроводов и аппаратов, работающих под давлением. Многие исследователи проводят совершенствование методик контроля деталей и конструкций более сложной формы. Безусловно, в процессе работы с такими изделиями и конструкциями исследователи сталкиваются с рядом проблем, основными из которых для методов НК являются:
- различная контролепригодность разных методов НК применительно к конкретным объектам диагностики и ее неравномерность по объему сложного изделия;
- низкая эффективность большинства методов контроля в связи с необходимостью сканирования объекта, в том числе по труднодоступным участкам;
- сложности в регистрации, обработке и интерпретации полученных данных ввиду косвенной связи измеряемых параметров с характеристиками, влияющими на надежность технического объекта;
- низкая сопоставимость результатов контроля различными методами НК.
Кроме того, есть объекты, оценка технического состояния которых, в том числе АЭ методом, затруднена дополнительными, снижающими контролепригодность факторами. Таким фактором является, в частности, неоднородность механических и физических свойств, которые присущи литым деталям. Для деталей сложной формы применение любого акустического метода дополнительно осложнено изменением направления и параметров акустического тракта от источников до приемников.
Применение метода АЭ для определения необратимых процессов в металлических объектах сложной формы является одним из самых перспективных в контексте обозначенных проблем. Постоянное развитие современной микропроцессорной техники приводит к появлению новой АЭ аппаратуры с большими возможностями, использование которой и наиболее адекватный выбор параметров контроля для нее должны быть теоретически и экспериментально обоснованными.
Цель работы: разработка методологических принципов АЭ контроля и критериев оценки состояния литых деталей сложной формы, с низкой контролепригодностью.
Для достижения этой цели в работе поставлены следующие основные задачи:
- анализ характеристик технического состояния литых стальных деталей сложной формы и их изменения в процессе эксплуатации, определение основных факторов развития опасных дефектов и методов их распознавания;
- выделение параметров АЭ, позволяющих определять тип развивающегося источника;
- исследование связи стадии развития активных источников в литых деталях с характеристиками сигналов АЭ при механическом нагружении;
- определение оптимальных параметров АЭ контроля и разработка методов получения и обработки АЭ данных, способных повысить достоверность контроля стальных объектов с низкой контролепригодностью и большим количеством акустических помех;
- разработка автоматизированной методики, позволяющей использовать наиболее точный способ определения координат источников в деталях сложной формы с неоднородной структурой;
- экспериментальные исследования АЭ параметров, описывающих состояние потенциальных источников разрушения литых деталей подвижного состава и определение достоверности выбранных значимых критериев, связанных с техническим состоянием ОК;
- разработка методических принципов продления срока службы и определения ресурса литых деталей сложной формы с использованием метода АЭ.
Научная новизна исследований.
В качестве параметра АЭ введен теоретически и экспериментально обоснованный коэффициент взаимной корреляции сигналов от источника. Установлено, что коэффициент взаимной корреляции сигналов от источника при начальном и стационарном росте трещины превышает значение 0,5, а при ускоренном росте трещины снижается. При этом источники не связанные с ростом трещин имеют коэффициент взаимной корреляции сигналов ниже 0,25.
Обосновано применение методики вероятностной оценки точности локации источников АЭ, основанной на выборе способа определения времени прихода в зависимости от максимальной амплитуды и времени нарастания для каждого сигнала. Установлено что для сигналов с большой амплитудой и малым временем нарастания более точно определяет координаты пороговый способ, а для сигналов с малой амплитудой и большим временем нарастания - двухинтервальный.
Предложена методика и аппаратура регистрации дискретной и непрерывной АЭ, которая в сочетании с обязательной установкой приемников в наиболее нагруженных местах с неравномерно распределенными непряжениями изделий позволяет повысить информативность и чувствительность АЭ контроля.
Установлена эмпирическая зависимость между характеристиками сигналов АЭ при статическом и циклическом нагружении изделия из литой низколегированной стали и параметрами развивающегося дефекта, что позволяет идентифицировать развивающиеся трещины размером от 10 мм2 и более, составляющих от 0,1 % площади сечения в литых деталях сложной конструкции.
Установлено, что разные типы источников (упругие и пластические деформации, трещины на разных стадиях развития, дефектные структуры металла) имеют различные значения среднего коэффициента взаимной корреляции сигналов принимаемых одним приемником, коэффициента взаимной корреляции максимальной амплитуды сигналов принимаемых разными приемниками и отношение высокоамплитудных сигналов к общему числу сигналов от источника, что позволяет использовать эти параметры для идентификации различных источников.
Обосновано применение способа определения технического состояния литых деталей сложной формы на основе модифицированного интегрального метода оценки источника с использованием энергии сигналов от источника, коэффициента взаимной корреляции между сигналами и с учетом нагруженного состояния зоны источника.
Обоснована модель вероятностного метода оценки остаточного ресурса изделия на основе распределения Вейбулла, экспериментальные исследования позволили использовать такие параметры АЭ как суммарный коэффициент корреляции между сигналами, энергия и напряжения в области источника в качестве критериев оценки состояния деталей, имеющих сложное и неравномерное нагруженное состояние.
Теоретическая и практическая значимость.
Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что коэффициент взаимной корреляции сигналов АЭ от источника, принятых в разный моменты времени и коэффициент корреляции амплитудных параметров сигналов принятых разными приемниками можно эффективно использовать для идентификации источников.
Предложена методика и аппаратура регистрации дискретной и непрерывной АЭ, которая в сочетании с обязательной установкой приемников в наиболее нагруженных местах неравномерно нагруженных изделий позволяет повысить информативность и чувствительность АЭ контроля.
Разработана статистическая модель оценки параметров ресурса АЭ методом для деталей сложной формы на основе распределения Вейбулла с заданной вероятностью безотказной работы.
Разработаны принципы использования статистических данных для контроля технических объектов с использованием параметров сигналов АЭ, получаемых в результате контроля с учетом неравномерно нагруженного состояния литых деталей сложной формы.
В работе использован обширный экспериментальный и статистический материал для определения дефектности технических объектов сложной формы на примере литых деталей подвижного состава. Приведены результаты экспериментов, доказывающие эффективность применения дополнительных параметров для оценки АЭ методом состояния объектов из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, а также методики контроля литых деталей сложной формы.
Экспериментально доказано, что испытания с использованием повторных нагружений объектов (до 10 циклов), дают более достоверные данные о состоянии источников АЭ.
Методология и методы исследования.
При выполнении диссертационного исследования использованы теоретические и экспериментальные методы, включая моделирование физических процессов, методы статистического анализа, эмпирические данные физических экспериментов на образцах и реальных технических изделиях. Подавляющее большинство экспериментальных данных получено в ходе физического эксперимента на объектах с применением разрушающих и неразрушающих методов контроля. Обработка данных проведена с помощью математического статистического аппарата, в том числе с использованием специализированных программ.
Положения, выносимые на защиту.
1. Предложена методика распознавания источников АЭ с использованием количественной оценки коэффициента взаимной корреляции волновых пакетов сигналов от источника, коэффициента взаимной корреляции амплитуд сигналов принятых разными приемниками и доли локализованных сигналов от источника.
2. Разработана методика выбора метода определения времени прихода сигналов АЭ в зависимости от собственных параметров сигнала, таких как максимальная амплитуда и время нарастания, с использованием формулы Байеса.
3. Для неравномерно нагружаемых объектов предложен способ регистрации и параллельной записи непрерывной и дискретной АЭ в наиболее нагруженных участках контроля, повышающий чувствительность к дефектам на начальной стадии их развития.
4. Методика проведения испытаний, повышающая информативность АЭ контроля и достоверность оценки состояния литых деталей использующая регулируемую скорость нагружения для минимизации потерь сигналов АЭ и повторные нагружения до 10 циклов для повышения точности определения величины развивающихся трещин.
5. Модифицированный интегральный критерий определения технического состояния литых деталей сложной формы с использованием энергии и корреляционного параметра сигналов АЭ с учетом величины нагрузки.
6. Вероятностная методика оценки остаточного ресурса стальных литых деталей сложной формы на основе энергетических и корреляционных параметров сигналов АЭ с учетом их неравномерного напряженного состояния.
Личный вклад. Все основные теоретические исследования и выводы диссертации получены соискателем самостоятельно. Экспериментальные данные получены в группе при непосредственном участии соискателя.
Степень достоверности и апробация результатов
Достоверность полученных результатов обеспечена открытой публикацией научных работ, на основании которых она написана, публичным обсуждением теоретических и экспериментальных результатов на конференциях, семинарах, рецензированием большинства статей, опубликованных в научных изданиях. Кроме того, достоверность подтверждается использованием утвержденных методик выполнения измерений и контроля, использованием поверенного оборудования, применением при теоретических исследованиях методов и законов, признанных научным и техническим сообществом, а также достаточным объемом экспериментальных исследований и удовлетворительной сходимостью теоретических выкладок и экспериментов. В процессе расчетов и анализа математических зависимостей применялись стандартные пакеты программ, позволяющие обрабатывать информацию (MathCad, Cosmos и др.).
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на XVI российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (г. Санкт-Петербург, сентябрь 2002 г.); XVII российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (г. Екатеринбург, 5-11 сентября 2005 г.); VI Всероссийской научно-технической конференции «Политранспортные системы» (г. Новосибирск, 21-22 апреля 2009 г.); Международной научно-практической конференции «Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе» (г. Новосибирск, ноябрь 2012 г.); VIII Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты» (г. Санкт-Петербург, 3-7 июля 2013 г.); Международной научно-практической конференции «Эксплуатационная надежность подвижного состава» (ОАО «НИИТКД», г. Омск, 18 октября 2013 г.), VIII Всероссийской научно-технической конференции «Политранспортные системы» (г. Новосибирск, 21-22 ноября 2014 г.); III Всероссийской с международным участием научно-практической конференция по инновациям в неразрушающем контроле «SibTest» (г. Томск, 27-31 июля 2015 г.), IX Российской научно-технической конференции «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций» (г. Екатеринбург, 12-14 декабря 2015 г.), XXI Всероссийской конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике (г. Москва, 28 февраля-2 марта 2017 г.), IV Международной конференции по инновациям в неразрушающем контроле «SibTest» (г. Новосибирск, 27-30 июня 2017 г.) и других конференциях.
Публикации. В процессе выполнения диссертационной работы опубликовано 48 научных трудов, в том числе: две монографии, 18 статей в ведущих рецензируемых периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК, 18 статей и докладов, десять тезисов докладов в других научных изданиях; получено четыре патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из, введения, семи глав, заключения, библиографического списка, включающего 299 источников. Диссертация изложена на 335 страницах, содержит 120 рисунков, 34 таблицы.
Современные методы НК позволяют решать диагностические задачи с высокой надежностью для объектов достаточно простой формы, имеющих однородную структуру и свойства. Вместе с тем существует ряд объектов контроля конструктивно сложных, неоднородных по структуре и имеющих внутренние допустимые дефекты - литые металлические изделия для транспорта, тяжелого машиностроения. Наличие сложной формы и, как следствие, сильной неравномерности напряженного состояния в процессе эксплуатации, различные типы литейных дефектов для большинства методов НК не позволяют с необходимой достоверностью оценивать текущее состояние и тем более остаточный ресурс таких объектов. Кроме того, подобного рода объекты (сложная форма, неоднородность структуры, неравномерное по времени изменение напряженно-деформированного состояния в разных локальных участках объекта, изменение геометрических размеров в процессе эксплуатации вследствие износов) являются наиболее обобщенным случаем в практике НК и оценки ресурса и в этой связи представляют научный интерес при решении задачи диагностирования объектов сложной формы, переменой толщины и неоднородной структуры.
В мире существует большой объем научных знаний о физическом состоянии различных материалов, их физических свойствах и динамике изменения структуры и свойств в процессе статического и динамического нагружения, а также накопления повреждений. Одним из наиболее перспективных и динамически развивающихся методов в этом направлении является метод акустической эмиссии (АЭ). Исследования возможностей АЭ метода с использованием современной быстродействующей аппаратуры позволяют приступить к разработке методологических подходов функционирования систем технической диагностики, направленных на контроль технического состояния деталей в процессе их жизни, а также проводить оценку остаточного ресурса или срока службы деталей, конструкций узлов и механизмов. В свою очередь, современные знания в области приборостроения и создания аппаратуры для НК позволяют решать задачи практического моделирования, создания и использования таких систем.
Разработка подходов к контролю состояния объектов литейного производства в течение всего цикла их эксплуатации требует большого объема теоретических, экспериментальных и прикладных исследований на примере распространенных типов литых объектов массового производства, позволяющих обобщить результаты исследований.
Степень разработанности темы исследования
Исследования в области применимости АЭ метода для НК технических объектов на разных стадиях их жизненного цикла проводятся давно. В нашей стране и за рубежом решением этого вопроса занимаются достаточно большое число ученых. Несколько крупных научных школ проводят активные исследования физических процессов формирования АЭ и методов ее регистрации в металлических объектах. К российским исследователям и специалистам ближнего зарубежья, внесшим наибольший вклад в знания о явлении АЭ, относятся такие ученые, как А. Е. Андрейкив, В. М. Баранов, Г. А. Бигус, С .И. Буйло, С. П. Быков, И. Э. Власов, В. А. Грешников, В. А. Гуменюк, Ю. Б. Дробот, В. И. Иванов, В. Н. Куранов, Д. Л. Мерсон, В. В. Муравьев, А. Я. Недосека, В. В. Носов, С.В. Панин, Г. А. Сарычев, Н. А. Семашко,
A. Н. Серьезнов, Л. Н. Степанова, В. А. Стрижайло, А. С. Трипалин,
B. М. Шихман, А. А. Юдин и многие другие. Активно занимались исследованиями метода АЭ такие зарубежные ученые, как H. L. Dunegan, D. O. Harris, M. A. Hamstad, K. Ono, C. B. Scruby, H. N. G. Wadley и другие.
В настоящее время метод АЭ активно используется для контроля состояния сосудов, трубопроводов и аппаратов, работающих под давлением. Многие исследователи проводят совершенствование методик контроля деталей и конструкций более сложной формы. Безусловно, в процессе работы с такими изделиями и конструкциями исследователи сталкиваются с рядом проблем, основными из которых для методов НК являются:
- различная контролепригодность разных методов НК применительно к конкретным объектам диагностики и ее неравномерность по объему сложного изделия;
- низкая эффективность большинства методов контроля в связи с необходимостью сканирования объекта, в том числе по труднодоступным участкам;
- сложности в регистрации, обработке и интерпретации полученных данных ввиду косвенной связи измеряемых параметров с характеристиками, влияющими на надежность технического объекта;
- низкая сопоставимость результатов контроля различными методами НК.
Кроме того, есть объекты, оценка технического состояния которых, в том числе АЭ методом, затруднена дополнительными, снижающими контролепригодность факторами. Таким фактором является, в частности, неоднородность механических и физических свойств, которые присущи литым деталям. Для деталей сложной формы применение любого акустического метода дополнительно осложнено изменением направления и параметров акустического тракта от источников до приемников.
Применение метода АЭ для определения необратимых процессов в металлических объектах сложной формы является одним из самых перспективных в контексте обозначенных проблем. Постоянное развитие современной микропроцессорной техники приводит к появлению новой АЭ аппаратуры с большими возможностями, использование которой и наиболее адекватный выбор параметров контроля для нее должны быть теоретически и экспериментально обоснованными.
Цель работы: разработка методологических принципов АЭ контроля и критериев оценки состояния литых деталей сложной формы, с низкой контролепригодностью.
Для достижения этой цели в работе поставлены следующие основные задачи:
- анализ характеристик технического состояния литых стальных деталей сложной формы и их изменения в процессе эксплуатации, определение основных факторов развития опасных дефектов и методов их распознавания;
- выделение параметров АЭ, позволяющих определять тип развивающегося источника;
- исследование связи стадии развития активных источников в литых деталях с характеристиками сигналов АЭ при механическом нагружении;
- определение оптимальных параметров АЭ контроля и разработка методов получения и обработки АЭ данных, способных повысить достоверность контроля стальных объектов с низкой контролепригодностью и большим количеством акустических помех;
- разработка автоматизированной методики, позволяющей использовать наиболее точный способ определения координат источников в деталях сложной формы с неоднородной структурой;
- экспериментальные исследования АЭ параметров, описывающих состояние потенциальных источников разрушения литых деталей подвижного состава и определение достоверности выбранных значимых критериев, связанных с техническим состоянием ОК;
- разработка методических принципов продления срока службы и определения ресурса литых деталей сложной формы с использованием метода АЭ.
Научная новизна исследований.
В качестве параметра АЭ введен теоретически и экспериментально обоснованный коэффициент взаимной корреляции сигналов от источника. Установлено, что коэффициент взаимной корреляции сигналов от источника при начальном и стационарном росте трещины превышает значение 0,5, а при ускоренном росте трещины снижается. При этом источники не связанные с ростом трещин имеют коэффициент взаимной корреляции сигналов ниже 0,25.
Обосновано применение методики вероятностной оценки точности локации источников АЭ, основанной на выборе способа определения времени прихода в зависимости от максимальной амплитуды и времени нарастания для каждого сигнала. Установлено что для сигналов с большой амплитудой и малым временем нарастания более точно определяет координаты пороговый способ, а для сигналов с малой амплитудой и большим временем нарастания - двухинтервальный.
Предложена методика и аппаратура регистрации дискретной и непрерывной АЭ, которая в сочетании с обязательной установкой приемников в наиболее нагруженных местах с неравномерно распределенными непряжениями изделий позволяет повысить информативность и чувствительность АЭ контроля.
Установлена эмпирическая зависимость между характеристиками сигналов АЭ при статическом и циклическом нагружении изделия из литой низколегированной стали и параметрами развивающегося дефекта, что позволяет идентифицировать развивающиеся трещины размером от 10 мм2 и более, составляющих от 0,1 % площади сечения в литых деталях сложной конструкции.
Установлено, что разные типы источников (упругие и пластические деформации, трещины на разных стадиях развития, дефектные структуры металла) имеют различные значения среднего коэффициента взаимной корреляции сигналов принимаемых одним приемником, коэффициента взаимной корреляции максимальной амплитуды сигналов принимаемых разными приемниками и отношение высокоамплитудных сигналов к общему числу сигналов от источника, что позволяет использовать эти параметры для идентификации различных источников.
Обосновано применение способа определения технического состояния литых деталей сложной формы на основе модифицированного интегрального метода оценки источника с использованием энергии сигналов от источника, коэффициента взаимной корреляции между сигналами и с учетом нагруженного состояния зоны источника.
Обоснована модель вероятностного метода оценки остаточного ресурса изделия на основе распределения Вейбулла, экспериментальные исследования позволили использовать такие параметры АЭ как суммарный коэффициент корреляции между сигналами, энергия и напряжения в области источника в качестве критериев оценки состояния деталей, имеющих сложное и неравномерное нагруженное состояние.
Теоретическая и практическая значимость.
Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что коэффициент взаимной корреляции сигналов АЭ от источника, принятых в разный моменты времени и коэффициент корреляции амплитудных параметров сигналов принятых разными приемниками можно эффективно использовать для идентификации источников.
Предложена методика и аппаратура регистрации дискретной и непрерывной АЭ, которая в сочетании с обязательной установкой приемников в наиболее нагруженных местах неравномерно нагруженных изделий позволяет повысить информативность и чувствительность АЭ контроля.
Разработана статистическая модель оценки параметров ресурса АЭ методом для деталей сложной формы на основе распределения Вейбулла с заданной вероятностью безотказной работы.
Разработаны принципы использования статистических данных для контроля технических объектов с использованием параметров сигналов АЭ, получаемых в результате контроля с учетом неравномерно нагруженного состояния литых деталей сложной формы.
В работе использован обширный экспериментальный и статистический материал для определения дефектности технических объектов сложной формы на примере литых деталей подвижного состава. Приведены результаты экспериментов, доказывающие эффективность применения дополнительных параметров для оценки АЭ методом состояния объектов из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, а также методики контроля литых деталей сложной формы.
Экспериментально доказано, что испытания с использованием повторных нагружений объектов (до 10 циклов), дают более достоверные данные о состоянии источников АЭ.
Методология и методы исследования.
При выполнении диссертационного исследования использованы теоретические и экспериментальные методы, включая моделирование физических процессов, методы статистического анализа, эмпирические данные физических экспериментов на образцах и реальных технических изделиях. Подавляющее большинство экспериментальных данных получено в ходе физического эксперимента на объектах с применением разрушающих и неразрушающих методов контроля. Обработка данных проведена с помощью математического статистического аппарата, в том числе с использованием специализированных программ.
Положения, выносимые на защиту.
1. Предложена методика распознавания источников АЭ с использованием количественной оценки коэффициента взаимной корреляции волновых пакетов сигналов от источника, коэффициента взаимной корреляции амплитуд сигналов принятых разными приемниками и доли локализованных сигналов от источника.
2. Разработана методика выбора метода определения времени прихода сигналов АЭ в зависимости от собственных параметров сигнала, таких как максимальная амплитуда и время нарастания, с использованием формулы Байеса.
3. Для неравномерно нагружаемых объектов предложен способ регистрации и параллельной записи непрерывной и дискретной АЭ в наиболее нагруженных участках контроля, повышающий чувствительность к дефектам на начальной стадии их развития.
4. Методика проведения испытаний, повышающая информативность АЭ контроля и достоверность оценки состояния литых деталей использующая регулируемую скорость нагружения для минимизации потерь сигналов АЭ и повторные нагружения до 10 циклов для повышения точности определения величины развивающихся трещин.
5. Модифицированный интегральный критерий определения технического состояния литых деталей сложной формы с использованием энергии и корреляционного параметра сигналов АЭ с учетом величины нагрузки.
6. Вероятностная методика оценки остаточного ресурса стальных литых деталей сложной формы на основе энергетических и корреляционных параметров сигналов АЭ с учетом их неравномерного напряженного состояния.
Личный вклад. Все основные теоретические исследования и выводы диссертации получены соискателем самостоятельно. Экспериментальные данные получены в группе при непосредственном участии соискателя.
Степень достоверности и апробация результатов
Достоверность полученных результатов обеспечена открытой публикацией научных работ, на основании которых она написана, публичным обсуждением теоретических и экспериментальных результатов на конференциях, семинарах, рецензированием большинства статей, опубликованных в научных изданиях. Кроме того, достоверность подтверждается использованием утвержденных методик выполнения измерений и контроля, использованием поверенного оборудования, применением при теоретических исследованиях методов и законов, признанных научным и техническим сообществом, а также достаточным объемом экспериментальных исследований и удовлетворительной сходимостью теоретических выкладок и экспериментов. В процессе расчетов и анализа математических зависимостей применялись стандартные пакеты программ, позволяющие обрабатывать информацию (MathCad, Cosmos и др.).
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на XVI российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (г. Санкт-Петербург, сентябрь 2002 г.); XVII российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (г. Екатеринбург, 5-11 сентября 2005 г.); VI Всероссийской научно-технической конференции «Политранспортные системы» (г. Новосибирск, 21-22 апреля 2009 г.); Международной научно-практической конференции «Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе» (г. Новосибирск, ноябрь 2012 г.); VIII Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты» (г. Санкт-Петербург, 3-7 июля 2013 г.); Международной научно-практической конференции «Эксплуатационная надежность подвижного состава» (ОАО «НИИТКД», г. Омск, 18 октября 2013 г.), VIII Всероссийской научно-технической конференции «Политранспортные системы» (г. Новосибирск, 21-22 ноября 2014 г.); III Всероссийской с международным участием научно-практической конференция по инновациям в неразрушающем контроле «SibTest» (г. Томск, 27-31 июля 2015 г.), IX Российской научно-технической конференции «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций» (г. Екатеринбург, 12-14 декабря 2015 г.), XXI Всероссийской конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике (г. Москва, 28 февраля-2 марта 2017 г.), IV Международной конференции по инновациям в неразрушающем контроле «SibTest» (г. Новосибирск, 27-30 июня 2017 г.) и других конференциях.
Публикации. В процессе выполнения диссертационной работы опубликовано 48 научных трудов, в том числе: две монографии, 18 статей в ведущих рецензируемых периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК, 18 статей и докладов, десять тезисов докладов в других научных изданиях; получено четыре патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из, введения, семи глав, заключения, библиографического списка, включающего 299 источников. Диссертация изложена на 335 страницах, содержит 120 рисунков, 34 таблицы.
✅ Заключение
В диссертационной работе рассмотрены вопросы методологии АЭ диагностики изделий с низкой контролепригодностью - литых стальных деталей сложной формы на примере боковых рам и надрессорных балок тележек грузовых вагонов.
При исследовании дефектности литых деталей грузовых вагонов использованы методики оценки достоверности контроля изделий, позволяющие оценить долю перебраковки и недобраковки в выборке диагностируемых изделий. Универсальность методики позволяет применять ее для оценки эффективности контроля достаточно широкого круга технических объектов, что продемонстрировано на других типах деталей (тяговый хомут и корпус автосцепного устройства подвижного состава). Данную методику можно применять как для диагностического комплекса методов относительно одного типа объекта, так и отдельных методов и средств контроля.
Проведен статистический анализ разрушений литых деталей, который подтвердил данные расчетов о напряженном состоянии литых деталей тележки грузового вагона. Полученные данные можно использовать для совершенствования методов определения надежности литых деталей, ремонта и их эксплуатации.
Рассмотрены теоретические аспекты формирования сигналов на приемных преобразователях без учета влияния их характеристик от источников сил различной направленности. В результате исследований определено, что локальные и с- точники типа развивающихся трещин могут излучать сигналы, имеющие более высокий коэффициент взаимной корреляции волновых пакетов, формируемых на приемнике на разных стадиях их роста. Кроме того, на коэффициент взаимной корреляции амплитуд сигналов, принятых разными преобразователями, влияет устойчивость направленности поля излучения локальных актов АЭ. Это позволяет ввести корреляционные коэффициенты для идентификации различных источников АЭ. Разработан алгоритм определения типов развивающихся дефектов в зависимости от исследованных корреляционных характеристик и отношения сигналов с высокими значениями энергии в общему числу сигналов от источника.
Исследованы параметры АЭ при испытании образцов низколегированных сталей, из которых изготавливаются литые детали тележки грузового вагона. Экспериментально доказано, что значение суммарного и среднего коэффициента взаимной корреляции между сигналами одного источника АЭ за период испытаний связаны со стадиями развития усталостной трещины.
Определена связь параметров степенной зависимости от напряжений суммарного счета АЭ и суммарной энергии сигналов для низколегированных сталей для литых деталей грузовых вагонов с величиной развивающееся трещины и коэффициентом интенсивности напряжений в ее вершине. Кроме того, установлено, что при увеличении напряженного состояния в вершине концентратора возрастает дисперсия по амплитуде и энергии сигналов АЭ.
Разработанные способы получения и обработки АЭ информации были применены при идентификации и оценке параметров дефектов на боковых рамах и надрессорных балках грузовых вагонов.
Испытания образцов с концентратором из низколегированной литой стали при чередующейся циклической и статической нагрузках показали корреляционную связь потоковых параметров АЭ, полученных при циклической и последующей статической нагрузках. Это позволяет использовать эту связь для прогнозирования поведения усталостной трещины. Кроме того, установлено, что на потоковые параметры АЭ существенное влияние оказывает наличие макроскопических дефектов литья, находящихся на пути развивающейся трещины . Это увеличивает неопределенность значений прогнозируемого ресурса и срока эксплуатации материала при статическом нагружении реальных объектов контроля.
Разработан способ оценки достоверности определения координат источников АЭ в зависимости от параметров сигналов АЭ на основе формулы Байеса. Полученные связи погрешности определения координат источников АЭ с максимальной амплитудой и временем нарастания сигналов позволяют использовать вероятностную методику для повышения точности определения локации источников АЭ. Установлено, что в зависимости от величины собственных параметров сигнала, таких как максимальная амплитуда и время нарастания сигнала зависит выбор наиболее точного метода и вероятность погрешности определения координат.
Предложено применение антенн, в которых основные приемники устанавливаются в непосредственной близости к наиболее потенциально опасными участками контролируемых изделий. Это позволяет методически повысить информативность контроля и достоверность идентификации источников АЭ на участках наиболее вероятного обнаружения дефектов. Также предложена функциональная схема АЭ системы, реализующая трехуровневый подход к регистрации сигналов и их обработке с фиксацией локализованных сигналов, несущих основную информацию об источнике, нелокализованных сигналов от источника и непрерывной эмиссии, которая может возникнуть при множественных очагах изменений структуры в наиболее нагруженной области диагностируемого изделия.
Экспериментально подтверждено, что АЭ испытания с использованием н е- скольких циклов испытательной нагрузки (для литых деталей тележки оптимальное значение - до семи циклов) существенно повышает достоверность оценки дефектных участков контролируемых изделий.
Предложены способы, позволяющие использовать метод АЭ для оценки технического состояния литых деталей сложной формы. В качестве значимых параметров для определения состояния объекта использованы суммарная энергия сигналов от источника, коэффициент взаимной корреляции сигналов от источника, коэффициент нагрузки. Это позволило усовершенствовать интегральные критерии оценки состояния деталей при их АЭ контроле, а также учитывать величину нагрузки на разных участках контролируемых деталей.
Проведенные АЭ испытания литых деталей, последующее подтверждение результатов контроля другими методами НК и металлографическая экспертиза позволили идентифицировать источники АЭ и адекватно оценить пригодность деталей к эксплуатации. Последующая опытная эксплуатация боковых рам и надрессорных балок с пассивными источниками АЭ, определенными как неопасные по результатам предлагаемой диагностики, доказала надежность использованной методики оценки состояния деталей.
В работе предложена вероятностная методика оценки ресурса с использованием данных АЭ контроля, применимого для литых деталей тележки. Дополнительно определены параметры вероятностной оценки, учитывающие особенности материала и размеров объектов контроля с учетом задаваемой вероятности безотказной работы контролируемых изделий которые использовали для определения параметров ресурса.
Тенденции развития техники АЭ контроля показывают, что продвижение в направлении повышения чувствительности АЭ метода и совершенствования аппаратуры ведет к развитию методик получения и обработки информации, а также разработке новых более совершенных технологий использования АЭ метода для контроля объектов сложного структурного состояния, неравномерно напряженого состояния и сложной формы.
При исследовании дефектности литых деталей грузовых вагонов использованы методики оценки достоверности контроля изделий, позволяющие оценить долю перебраковки и недобраковки в выборке диагностируемых изделий. Универсальность методики позволяет применять ее для оценки эффективности контроля достаточно широкого круга технических объектов, что продемонстрировано на других типах деталей (тяговый хомут и корпус автосцепного устройства подвижного состава). Данную методику можно применять как для диагностического комплекса методов относительно одного типа объекта, так и отдельных методов и средств контроля.
Проведен статистический анализ разрушений литых деталей, который подтвердил данные расчетов о напряженном состоянии литых деталей тележки грузового вагона. Полученные данные можно использовать для совершенствования методов определения надежности литых деталей, ремонта и их эксплуатации.
Рассмотрены теоретические аспекты формирования сигналов на приемных преобразователях без учета влияния их характеристик от источников сил различной направленности. В результате исследований определено, что локальные и с- точники типа развивающихся трещин могут излучать сигналы, имеющие более высокий коэффициент взаимной корреляции волновых пакетов, формируемых на приемнике на разных стадиях их роста. Кроме того, на коэффициент взаимной корреляции амплитуд сигналов, принятых разными преобразователями, влияет устойчивость направленности поля излучения локальных актов АЭ. Это позволяет ввести корреляционные коэффициенты для идентификации различных источников АЭ. Разработан алгоритм определения типов развивающихся дефектов в зависимости от исследованных корреляционных характеристик и отношения сигналов с высокими значениями энергии в общему числу сигналов от источника.
Исследованы параметры АЭ при испытании образцов низколегированных сталей, из которых изготавливаются литые детали тележки грузового вагона. Экспериментально доказано, что значение суммарного и среднего коэффициента взаимной корреляции между сигналами одного источника АЭ за период испытаний связаны со стадиями развития усталостной трещины.
Определена связь параметров степенной зависимости от напряжений суммарного счета АЭ и суммарной энергии сигналов для низколегированных сталей для литых деталей грузовых вагонов с величиной развивающееся трещины и коэффициентом интенсивности напряжений в ее вершине. Кроме того, установлено, что при увеличении напряженного состояния в вершине концентратора возрастает дисперсия по амплитуде и энергии сигналов АЭ.
Разработанные способы получения и обработки АЭ информации были применены при идентификации и оценке параметров дефектов на боковых рамах и надрессорных балках грузовых вагонов.
Испытания образцов с концентратором из низколегированной литой стали при чередующейся циклической и статической нагрузках показали корреляционную связь потоковых параметров АЭ, полученных при циклической и последующей статической нагрузках. Это позволяет использовать эту связь для прогнозирования поведения усталостной трещины. Кроме того, установлено, что на потоковые параметры АЭ существенное влияние оказывает наличие макроскопических дефектов литья, находящихся на пути развивающейся трещины . Это увеличивает неопределенность значений прогнозируемого ресурса и срока эксплуатации материала при статическом нагружении реальных объектов контроля.
Разработан способ оценки достоверности определения координат источников АЭ в зависимости от параметров сигналов АЭ на основе формулы Байеса. Полученные связи погрешности определения координат источников АЭ с максимальной амплитудой и временем нарастания сигналов позволяют использовать вероятностную методику для повышения точности определения локации источников АЭ. Установлено, что в зависимости от величины собственных параметров сигнала, таких как максимальная амплитуда и время нарастания сигнала зависит выбор наиболее точного метода и вероятность погрешности определения координат.
Предложено применение антенн, в которых основные приемники устанавливаются в непосредственной близости к наиболее потенциально опасными участками контролируемых изделий. Это позволяет методически повысить информативность контроля и достоверность идентификации источников АЭ на участках наиболее вероятного обнаружения дефектов. Также предложена функциональная схема АЭ системы, реализующая трехуровневый подход к регистрации сигналов и их обработке с фиксацией локализованных сигналов, несущих основную информацию об источнике, нелокализованных сигналов от источника и непрерывной эмиссии, которая может возникнуть при множественных очагах изменений структуры в наиболее нагруженной области диагностируемого изделия.
Экспериментально подтверждено, что АЭ испытания с использованием н е- скольких циклов испытательной нагрузки (для литых деталей тележки оптимальное значение - до семи циклов) существенно повышает достоверность оценки дефектных участков контролируемых изделий.
Предложены способы, позволяющие использовать метод АЭ для оценки технического состояния литых деталей сложной формы. В качестве значимых параметров для определения состояния объекта использованы суммарная энергия сигналов от источника, коэффициент взаимной корреляции сигналов от источника, коэффициент нагрузки. Это позволило усовершенствовать интегральные критерии оценки состояния деталей при их АЭ контроле, а также учитывать величину нагрузки на разных участках контролируемых деталей.
Проведенные АЭ испытания литых деталей, последующее подтверждение результатов контроля другими методами НК и металлографическая экспертиза позволили идентифицировать источники АЭ и адекватно оценить пригодность деталей к эксплуатации. Последующая опытная эксплуатация боковых рам и надрессорных балок с пассивными источниками АЭ, определенными как неопасные по результатам предлагаемой диагностики, доказала надежность использованной методики оценки состояния деталей.
В работе предложена вероятностная методика оценки ресурса с использованием данных АЭ контроля, применимого для литых деталей тележки. Дополнительно определены параметры вероятностной оценки, учитывающие особенности материала и размеров объектов контроля с учетом задаваемой вероятности безотказной работы контролируемых изделий которые использовали для определения параметров ресурса.
Тенденции развития техники АЭ контроля показывают, что продвижение в направлении повышения чувствительности АЭ метода и совершенствования аппаратуры ведет к развитию методик получения и обработки информации, а также разработке новых более совершенных технологий использования АЭ метода для контроля объектов сложного структурного состояния, неравномерно напряженого состояния и сложной формы.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.