Акустическая эмиссия. Изучение акустического излучения металлами при механической деформации, страница 3

 – постоянные времени, зависящие от акустических свойств среды, в которой возник источник.

Возникает релаксационный тип сигнала АЭ.

Как для акселерационного, так и для релаксационного процессов предполагается, что в момент перехода начинает действовать источник напряжения ступенчатой формы,

                                            ,                                           

где     - момент времени перехода.

Полный сигнал выражается произведением .

В результате анализа дислокационных механизмов возникновения источников АЭ можно сделать вывод, что основными формами сигналов АЭ являются видеоимпульсы релаксационного и акселерационного типа, которые описываются выражениями:

o  для релаксационного сигнала:

                      ;

o  акселерационного сигнала:

                            ,

где      - множитель, обеспечивающий необходимую размерность;

 - коэффициент, определяемый физическим процессом, при излучении упругих волн.

Вид двух типов сигналов АЭ, представлен на рисунке 1.1.

а – реласакционный; б - акселерационный

Рисунок 1.1 – Типы сигналов АЭ

Описанные механизмы и модели первичных (элементарных) сигналов в совокупности формируют полный сигнал АЭ. Учитывая, что АЭ является стохастическим импульсным процессом, полный сигнал является последовательностью импульсов релаксационного и акселерационного типов.

Третий вариант соответствует процессам излучения АЭ при развитии хрупкого разрушения. В работе рассмотрена модель формирования излучения АЭ на основе представления о разрыве атомных связей. В рассмотренной модели каждый элементарный импульс АЭ обусловлен релаксацией в результате разрыва единичной атомной связи, а полный сигнал излучения формируется из потока элементарных акустических импульсов.

При когерентном сложении элементарных импульсов и учёте «дифференцирующего» действия среды в работе было получено выражение вида

                                          ,

где      – параметр решётки;

 - постоянная затухания потока акустических импульсов, связанная с размерами поля неоднородности.

Форма импульса приведена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Форма сигнала АЭ при хрупком разрушении материала

Машинное моделирование процесса излучения упругой волны развивающейся трещиной в виде эллипса с осями  и  ( – длина трещины) при условии, что вся выделенная энергия при образовании новых поверхностей переходит в энергию упругих волн, без учёта направленности излучения и диссипации энергии, показывают, что импульс разгрузки однополярен и имеет форму купола или пика.

Импульс разгрузки при обра­зовании и росте трещины  мм с постоянной скоростью, равной  ( - скорость роста трещины,  - скорость звука в материале), показан на рисунке 1.3.

 – длительность переднего фронта;  - длительность заднего фронта

Рисунок 1.3 – Импульс разгрузки при образовании трещины

Если скорость роста трещи­ны не остается постоянной, то на фронтах импульса разгрузки по­являются перегибы. Увеличение скорости роста трещины приводит к перегибу на переднем фронте импульса разгрузки, а ее снижение - к появлению перегиба на заднем фронте.

При построении модели трещины, как излучателя упругих волн, для мгновенно образующейся трещины нормального отрыва и поперечного сдвига постоянной длины , в работе сделан вывод, что длительность переднего фронта импульса АЭ совпадает с временем раскрытия трещины. Оно определяется по формулам:

·  для внутренней трещины нормального отрыва ;

·  для трещины нормального сдвига , где  - скорость продольных волн в материале.

В работе отмечается, что длительность заднего фронта пропор­циональна области релаксации, т.е. , где   - параметр области разгрузки материала.

1.3  Сопоставление параметров трещинообразования с параметрами акустической эмиссии

С точки зрения использования метода АЭ в решении проблем физики прочности, неразрушающего контроля и прогнозирования несущей способности конструкций, представляется важным установление корреляционных связей между параметрами АЭ и конкретными процессами, в результате которых происходит излучение самих упругих импульсов. Традиционный подход к решению данной проблемы заключается в использовании эталонных образцов и установлении, в большинстве случаев, качественных зависимостей между каким-либо параметром АЭ и конкретным физическим процессом в исследуемом материале.