РАЗДЕЛ 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПОВРЕЖДЕННОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКИЦЙ МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИСИИ
2.1. Испытательное устройство и акустико-эмиссионная аппаратура
Анализ существующих методов исследования акустической эмиссии (АЭ) позволил установить, что изучение кинетики поврежденности конструкции, оценка стадийности процесса разрушения возможны лишь при наличии установок с регулируемой жесткостью, обеспечивающей нагружение образцов в условиях постоянных или замедленных деформаций. Это позволяет зафиксировать с достаточной точностью деформации, соответствующие максимуму диаграммы "P-?l", производить испытание образцов с различной скоростью, выращивать натуральные макротрещины при статическом нагружении и при этом определять соответствующие параметры АЭ.
К настоящему времени накоплен значительный опыт испытаний различных конструкционных материалов на установках с регулируемой жесткостью. Вместе с тем, пока нет возможности получать полные диаграммы деформирования на реальных конструкциях, испытывающих неоднородное напряженное состояние. Существуют пока лишь косвенные методы получения подобных диаграмм и оценка на их основе несущей способности конструкций. Поэтому здесь весьма актуальным представляется использование метода акустической эмиссии для установления акустических параметров, характеризующих напряженное состояние действующих конструкций с целью своевременной диагностики.
Экспериментальные исследования были проведены в департаменте механики Северного Jiaotong университета (Пекин, КНР). В качестве испытательного устройства использовалась сервосистема "SCHENK HIDROPUILS". Данная испытательная машина позволяла получать полные диаграммы деформирования с различной скоростью деформирования. Скорость деформирования, регулируемая компьютером, составляла: на восходящей ветви кривой диаграммы "P-?l" 1 мм/мин, на ниспадающей ветви - 0,1 мм/мин.
В качестве акустико-эмиссионной аппаратуры использовали акустический анализатор "LOCAN - 320", производства США, рис. 2.1, имеющий следующие основные характеристики: число каналов - 1... 8; диапазон измерения амплитуды 0 - 127 дб; диапазон измерения уровня шума 0 - 127 дб ; число осцилляций 0 - 1000000.
Рис. 2.1. Акустико-эмиссионная аппаратура для проведения испытаний "LOCAN - 320".
"LOCAN - 320" относится к одним из современных приборов исследования акустической эмиссии, отличительной особенностью данного прибора является наличие встроенной ЭВМ с пакетом прикладного математического обеспечения на жестком диске для обработки результатов.
В процессе испытаний распределение спектра сигналов акустической эмиссии высвечивалось на экране монитора. Большой объем памяти, широкий масштабный диапазон позволяли фиксировать и накапливать всю информацию на жестком диске в процессе испытаний.
Твердые копии зависимостей распределения количества осцилляций, величины нагрузки, суммарного счета АЭ, амплитуды и другие параметры с течением времени получали, считывая информацию с жесткого диска на дискеты с дальнейшей распечаткой результатов на лазерном принтере.
Физический смысл перечисленных параметров состоит в следующем:
* число осцилляций в сигнале представляет собой число пересечений нулевой оси колебаний сигнала АЭ за время одного события;
* суммарный счет включает сумму дискретных импульсов АЭ, выделенных прибором в одно событие;
* амплитуда - максимум огибающей одного события;
* уровень шума - значение огибающей акустической эмиссии, в которой невозможно выделить отдельных событий (актов) АЭ.
Обработка сигналов АЭ осуществлялась встроенной компьютерной системой и выводилась на экран монитора в виде графиков распределения параметров АЭ.
Обработка данных построена на основе кластерного анализа. Формирование кластеров, их статическая обработка происходила с учетом установочных параметров акустической системы "LOCAN - 320". При этом акустическая система позволяла изменять размеры кластеров поврежденности и выводить на экран спектр сигналов в различном масштабном диапазоне, что весьма эффективно на заключительных стадиях деформирования. Это позволило выделить данные акустической эмиссии соответственно каждой стадии развития повреждений и разрушения.
2.2. Методика проведения испытаний
Проведение испытаний предусматривало выполнение предварительных опытов, в результате которых выбирались настроечные параметры акустической эмиссии, исходя из известных данных о скорости звука в материале испытываемого объекта, его размерах. В качестве объекта исследования использовали малогабаритные образцы с размерами концентраторов напряжений, предложенных в [34, 36], рис. 2.2.
В качестве датчиков использовались пьезоэлектрические преобразователи диаметром 3 мм, разработанные и предоставленные Институтом аэронавтики Китая. Для исключения записи прибором посторонних шумов от системы нагружения в шплинтах испытательной машины крепили датчики диаметром 12 мм.
Перед началом испытаний проводили тесты и устанавливали оптимальный порог чувствительности датчиков. В предварительных опытах после установки датчиков АЭ на поверхности образцов в соответствии со схемой испытаний устанавливали имитатор АЭ и проводили запись спектра сигналов акустической эмиссии. Подобные предварительные опыты проводили также при статическом и динамическом нагружении без имитатора с целью отсечки шумов от испытательной машины, что соответствовало методике проведения испытаний отдела статической прочности и пластичности Института проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины ?80?.
В процессе проведения испытаний регистрировались и анализировались все перечисленные выше параметры акустической эмиссии.
Во всех испытаниях использовали одинаковую схему расположения датчиков АЭ - линейную с равным расстоянием между датчиками. Данное расположение датчиков соответствует схеме, принятой в ?77?, обусловлено одноосностью нагружения и позволяет наиболее точно определять координ