Общепризнанно, что акустическое излучение возникает при быстром преобразовании упругой потенциальной энергии объема в энергию групп движущихся дислокаций или поверхностную энергию зарождения микротрещины или продвижения трещины. Идентификация регистрируемого акустического спектра пока представляет определенные трудности, однако известно, что при трещинообразовании отмечается большая амплитуда "вспышек" АЭ. На сегодняшнем уровне исследований зависимости между механическими свойствами случайно расположенных дефектов и регистрируемыми параметрами акустической эмиссии носят в основном качественный характер. Вместе с тем, уже выходят из стадии теоретической и экспериментальной проработки комплексы устройств, позволяющие определять координаты точек – источников интенсивной АЭ в таких ответственных изделиях, как атомные реакторы, конструкции ракет и самолетов.
В
качестве основного информативного параметра АЭ используются интенсивность
потока 
- число импульсов АЭ, регистрируемых
в единицу времени, либо суммарное число импульсов N. Многие исследователи
пришли к согласию с точкой зрения Х.Данегана, что между числом импульсов АЭ и
коэффициентом интенсивности напряжений (коэффициентом концентрации) в вершине
развивающейся трещины существует зависимость
(3.9.6)
где a и m - параметры, зависящие от материала, его состояния, условий роста трещины. Для различных материалов и условий испытаний m = 4...12. Величина параметра m зависит от пластичности материала в вершине трещины.
В тонкой пластине с внутренней трещиной 2l, нагружаемой одноосным растягивающим напряжением s, коэффициент концентрации напряжений
(3.9.7)
Тогда, при m = 4, из (9.5) получим
(3.9.8)
т.е. измерение числа импульсов N дает информацию о росте трещины.
Несколько иное выражение
(3.9.9)
получено И.Палмером и П.Хилдом, где D - постоянная условий испытания, а smax - прочность материала. Справедливость теоретических моделей хорошо подтверждается, по крайней мере, в опытах с металлами (рис.3.9.5) с одиночной трещиной. Полагают, что интенсивность АЭ и несет информацию о кинетике процессов деформации и микроразрушения. Важная информация о природе источников излучения может быть получена из частотного спектра АЭ, методика регистрации и дешифровки которого пока исследуется. Одним из наиболее перспективных параметров анализа информации является плотность вероятности амплитуд АЭ, так как именно амплитуда АЭ связана с энергией излучения и позволяет разграничить эмиссию деформационного пластического происхождения от эмиссии вследствие микро- и макроразрушения. Динамические характеристики АЭ могут быть охарактеризованы плотностью интервалов времени между импульсами АЭ.
При анализе спектров АЭ особую сложность представляет то обстоятельство, что форма импульсов, регистрируемая на экране осциллографа или пером самописца, их временное распределение и частотные характеристики - являются суммарной реакцией на истинное возбуждение системы, состоящей из датчика деформации (пьезоэлектрического, емкостного или магнитострикционного типа), электронного тракта усиления и регистрации, и соединительных магистралей - волноводов и проводников (рис.3.9.6).
В качестве преобразователей механических волн в электрические колебания в подавляющем большинстве случаев используются датчики из пьезокерамики ЦТС или более чувствительной керамики ПКР, при высокотемпературных исследованиях - из ниобата лития LiNbO3.
Рис.3.9.5. Зависимость
числа импульсов N акустической эмиссии от нагрузки для
образцов с дефектами: сплошная линия – эксперимент А.Поллока; -модель
Х.Данегана; х – модель И.Пальмера и П.Хилда
Применяют как узкополосные резонансные датчики, так и широкополосные датчики, дающие сигнал, примерно пропорциональный деформации в широком диапазоне частот. Датчики реагируют на импульсы минимальной длительности (0,4...0,9)×10-6с при минимальном уровне макроскопической деформации e»10-4.
На выходе датчика в результате воздействия механического импульса формируется электрический импульс, по величине амплитуды не превосходящий 1 мВ. С использованием акустической эмиссии проводятся исследования не только характера деформации и разрушения, но также и других явлений в твердом теле, если они сопровождаются излучением упругих волн. Сюда относятся некоторые фазовые превращения; “шумящими” являются процессы коррозии и насыщения тел газами, в частности, водородом, процессы кристаллизации и гидратации, растворения и релаксации остаточных напряжений.
Несмотря на определенные методические сложности и трудности с интерпретацией получаемых экспериментальных результатов, изучение акустической эмиссии является источником уникальной информации о многих процессах в твердых телах и конструкциях. Успешно эксплуатируются автоматизированные устройства, контролирующие работоспособность сварных соединений, деревянных конструкций, керамических труб, применяемых в атомных реакторах, и бетонных и железобетонных корпусов самих реакторов, газопроводов и сосудов высокого давления, появление усталостных повреждений в корпусах самолетов и накопление микро- и макродефектов в конструкциях мостов.
 |
Рис.3.9.6. Структурная схема установки для измерения спектральных и энергетических параметров АЭ: 1 - исследуемое тело; 2 - датчик акустической эмиссии, преобразующий упругие колебания в электрический сигнал; 3 - малошумящий предусилитель; 4 - блок фильтров; 5 – основной усилитель; 6 - среднеквадратичный детектор; 7 - измеритель интенсивности потока АЭ; 8 - регистрирующее и анализирующее устройство
Из-за высокой интенсивности АЭ в хрупкой керамике, в сварных изделиях, работающих при пониженных температурах, в закаленных сталях в ходе их термического или механического нагружения, метод акустического контроля повреждаемости этих материалов особенно целесообразен. Хотя, естественно, однозначная идентификация роста опасной (магистральной) трещины на фоне многих событий, близких по интенсивности и происходящих в нескольких или многих точках объема тела одновременно, пока представляет сложную задачу. Многодатчиковые системы регистрации сигналов в широком спектре и применение ЭВМ для обработки поступающей АЭ-информации - путь преодоления этих трудностей.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.