АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ В МАТЕРИАЛАХ: МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕРАЦИИ ВОЛН, ПРИМЕНЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Смирнов А.О., Фарафонов В.А., Картошкин А.Д.

49 просмотров

Смирнов А.О., Фарафонов В.А., Картошкин А.Д.

АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ В МАТЕРИАЛАХ: МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕРАЦИИ ВОЛН, ПРИМЕНЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ *

Аннотация:
в работе представлен обзор технологии акустической эмиссии, которая позволяет обнаруживать дефекты в конструкциях из металла, бетона или композитных материалов, прогнозировать вероятность их поломки, а также существенно снижать затраты на обслуживание и ремонт технических объектов. Охарактеризованы особенности применения метода, например, использование высокоточных датчиков, требование квалифицированных специалистов, и отмечает его чувствительность к внешним условиям. Схема применения этой технологии изображена в определенной последовательности действий

Ключевые слова:
неразрушающий контроль, акустическая эмиссия, диагностика, оценка состояния объектов, ультразвук

DOI 10.24412/2712-8849-2023-562-828-833

УДК 620.179.17

Смирнов А.О.
магистрант кафедры транспорта и хранения нефти и газа
Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II
(г. Санкт-Петербург, Россия)

Фарафонов В.А.
магистрант кафедры транспорта и хранения нефти и газа
Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II
(г. Санкт-Петербург, Россия)

Картошкин А.Д.
магистрант кафедры транспорта и хранения нефти и газа
Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II
(г. Санкт-Петербург, Россия)

АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ В МАТЕРИАЛАХ: МЕХАНИЗМЫ

ГЕНЕРАЦИИ ВОЛН, ПРИМЕНЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

ОСОБЕННОСТИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Аннотация: в работе представлен обзор технологии акустической эмиссии, которая позволяет обнаруживать дефекты в конструкциях из металла, бетона или композитных материалов, прогнозировать вероятность их поломки, а также существенно снижать затраты на обслуживание и ремонт технических объектов. Охарактеризованы особенности применения метода, например, использование высокоточных датчиков, требование квалифицированных специалистов, и отмечает его чувствительность к внешним условиям. Схема применения этой технологии изображена в определенной последовательности действий.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, акустическая эмиссия, диагностика, оценка состояния объектов, ультразвук.

Акустическая эмиссия — удивительная, перспективная и сложная тема современной техники и науки. Это хорошо известное из повседневной жизни явление: звук разбитого стекла, падающего дерева, трескающегося льда — вот некоторые примеры звука разрушения, который мы можем услышать от различных объектов, подвергающихся нагрузке. С научной точки зрения акустическая эмиссия представляет собой явление генерации звуковых и ультразвуковых волн материалами, подвергающимися процессам деформации и разрушения (рис. 1). Источники, генерирующие АЭ в разных материалах, уникальны. Например, в металлах первичными макроскопическими источниками являются скачки трещин, процессы, связанные с развитием пластической деформации, разрушением и отслоением включений. Количественные и качественные характеристики волн акустической эмиссии.

Рис. 1. Акустическая эмиссия вследствие роста

трещины в твердом материале под нагрузкой

Задачами акустико-эмиссионных исследований в промышленности сегодня являются обнаружение, локализация и оценка дефектов в конструкциях из металла, бетона или композитных материалов. В этих материалах развитие разрушения в виде распространения трещины является основным источником акустической эмиссии. Элементарные скачки трещины при статических или динамических нагрузках сопровождаются быстрым выделением энергии. Часть этой энергии выделяется в виде волн напряжений в результате быстрого перераспределения поля напряжений в вершине трещины. Генерируемые волны напряжения в основном являются упругими волнами, но неупругие волны могут также генерироваться, когда напряжения превышают предел текучести. Это происходит, например, в пластической зоне трещины, развивающейся в пластичном металле.

Другими первичными источниками акустической эмиссии в материалах, подвергающихся разрушению, являются:

Развитие пластической деформации и разрушение твердых включений в металлах;
Обрыв волокна, растрескивание матрицы и расслоение в композитах;
Полное разрушение, закрытие пустот и т.п. в бетоне.

Применению технологии акустической эмиссии характерны следующие тезисы:

Технология акустической эмиссии может быть применена для неразрушающего контроля состояния материалов и конструкций.
С помощью акустической эмиссии можно обнаруживать дефекты в материалах и прогнозировать вероятность их поломки.
Применение технологии акустической эмиссии позволяет существенно снизить затраты на обслуживание и ремонт технических объектов.
В сфере энергетики акустическая эмиссия используется для диагностики оборудования и определения необходимости проведения ремонтных работ.
Применение акустической эмиссии может улучшить процесс мониторинга грузовых и пассажирских транспортных средств, увеличивая безопасность на дороге.

Следующие пункты описывают особенности применяемой технологии неразрушающего контроля – акустической эмиссии.

Основной особенностью применения метода акустической эмиссии является возможность проведения неразрушающего контроля материалов и конструкций.
Для эффективного применения метода акустической эмиссии необходимо использование высокоточных датчиков и специальных алгоритмов анализа полученных данных.
Применение метода акустической эмиссии требует квалифицированных специалистов, способных правильно настроить и использовать оборудование.
Особенностью метода является относительная чувствительность к внешним условиям, таким как шум, вибрация и температура, что может затруднять интерпретацию полученных данных.
Применение метода акустической эмиссии позволяет обнаруживать начальные стадии разрушения материалов и конструкций, что позволяет проводить профилактические меры и предотвращать аварийные ситуации.

Схема применения технологии АЭ отображается в определённой последовательности действий, представленных на рисунке 2.

Рис. 2. Принципиальная схема акустико-эмиссионного контроля

Применение акустической эмиссии в качестве диагностического метода, инструмента оценки целостности конструкции возможно, когда для конкретного материала и конструкции установлена качественная или количественная связь между регистрируемой акустической эмиссией и состоянием материала. Существует два основных подхода к достижению этой цели:

Экспериментальное определение набора характеристик (отпечатков) параметров акустической эмиссии и их характеристик, однозначно описывающих состояние материала, стадию разрушения, тип дефекта и т.д. Например, для нахождения характерных отпечатков акустической эмиссии растрескивания бетона и коррозии арматуры.
Установление теоретической связи между параметрами акустической эмиссии и их характеристиками и свойствами материалов, параметрами механики разрушения и т.д. Например, установление зависимости между энергией акустической эмиссии и J -интегральной величиной трещины.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Носов В.В, Ямилова А.Р. Метод акустической эмиссии. Учебное пособие. Изд-во «Лань», СПб, 2017, 304 с.
Носов В.В., Номинас С.В., Зеленский Н.А. Оценка прочности сосудов давления на основе использования явления акустической эмиссии // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2 (219)’ 2015. С. 182–190.
Носов В.В. Принципы оптимизации технологий акустико-эмиссионного контроля прочности промышленных объектов // Дефектоскопия, № 7, 2016, с. 52–67.
Носов В.В., Самигуллин Г.Х., Ямилова А.Р., Зеленский Н.А. Микромеханическая модель акустической эмиссии как методологическая основа прогнозирования разрушения сварных соединений // Нефтегазовое дело, 2016, т. 14, № 1, С. 244–253.
Носов В.В. Акустико-эмиссионный контроль качества пластически деформируемых заготовок // Дефектоскопия. 2017, № 5. – С. 36–45.

Полная версия статьи PDF

Номер журнала Вестник науки №5 (62) том 4

Ссылка для цитирования:

Смирнов А.О., Фарафонов В.А., Картошкин А.Д. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ В МАТЕРИАЛАХ: МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕРАЦИИ ВОЛН, ПРИМЕНЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ // Вестник науки №5 (62) том 4. С. 828 - 833. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/8490 (дата обращения: 29.04.2024 г.)

Альтернативная ссылка латинскими символами: vestnik-nauki.com/article/8490

Нашли грубую ошибку (плагиат, фальсифицированные данные или иные нарушения научно-издательской этики) ?
- напишите письмо в редакцию журнала: zhurnal@vestnik-nauki.com

* В выпусках журнала могут упоминаться организации (Meta, Facebook, Instagram) в отношении которых судом принято вступившее в законную силу решение о ликвидации или запрете деятельности по основаниям, предусмотренным Федеральным законом от 25 июля 2002 года № 114-ФЗ 'О противодействии экстремистской деятельности' (далее - Федеральный закон 'О противодействии экстремистской деятельности'), или об организации, включенной в опубликованный единый федеральный список организаций, в том числе иностранных и международных организаций, признанных в соответствии с законодательством Российской Федерации террористическими, без указания на то, что соответствующее общественное объединение или иная организация ликвидированы или их деятельность запрещена.