Введение к работе
Актуальность темы. Хрупкие разрушения технических и природных объектов в настоящее время не являются редкостью. Статистика аварий, регулярно приводимая в журнале Госгортехнадзора России («Безопасность труда в промышленности»), свидетельствует о том, что довольно часты случаи разрушений таких технических объектов, как трубопроводы, сосуды давления, подъемно-транспортные механизмы, шахтные и горнопромышленные сооружения и др. Последствия от произошедших при этом аварий могут сопровождаться значительными финансовыми, материальными и экологическими потерями. Поэтому весьма актуальной является проблема предотвращения внезапных разрушений технических объектов и сооружений.
Одним из эффективных способов обнаружения и оценки параметров микроразрушений является их акустическая локация, т.е. акустико-эмиссионные методы контроля и диагностики.
Метод акустической эмиссии, основан на регистрации и обработке «параметров» волн напряжений, возникающих в результате формирования, изменения и разрушения структур различных материалов.
Основные проблемы современной акустико-эмиссионной диагностики (АЭД) заключаются в следующем:
в отсутствии надежных и достаточно простых методов селекции «полезного» сигнала, которые не позволяют выделить его на фоне помех;
отсутствии простых и надежных алгоритмов локации источников акустической эмиссии (АЭ), обеспечивающих проведение контроля при произвольном расположении приемников сигнала;
анализ погрешностей локации источников АЭ, как правило, представлен в общем виде без «привязки» к объекту контроля, материалу изделия, типу используемых волн и т.д.
Анализ волноводных свойств объекта, акустическая аттестация приемных преобразователей и аттестация «объект+аппаратура», разработка алгоритмов аттестации и отсеивания ложных сигналов позволяет существенно повысить качество выявления дефектов, что непосредственно влияет на результативность акустико-эмиссионного метода контроля и является актуальной задачей.
Цель работы. Исследования факторов влияющих на результативность и достоверность акустико-эмиссионного метода контроля.
Решаемые задачи. В процессе выполнения работы были поставлены и решены следующие задачи:
-
Теоретические и экспериментальные исследования влияния волноводных свойств объекта контроля на результаты АЭД.
-
Разработка методов аттестации приемников сигналов АЭ.
-
Разработка алгоритма акустической аттестации объектов контроля (ОК).
-
Обобщение математических моделей и методов автоматизации расчетов координат источников сигнала АЭ с применением вычислительной техники.
5.Получение аналитических решений задачи расчета координат источников АЭ и их анализ.
-
Разработка алгоритмов компьютерных программ для выделения очагов микроразрушений твердых тел; их визуализация и оценка параметров.
-
Анализ погрешностей акустико-эмиссионных систем локации дефектов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись теоретические и экспериментальные методы акустики твердого тела, математического и компьютерного моделирования.
Научная новизна
-
Экспериментально выявлены особенности формирования дисперсионных искажений сигнала в различных объектах. Определены области частот, для которых характерны минимальные искажения сигнала для объектов типа стержень, пластина, труба.
-
Разработана программа обработки данных акустической аттестации системы «объект + аппаратура», позволяющая уменьшить число искомых параметров при восстановлении амплитуды акустических сигналов в источнике и обеспечивающая учет волноводных свойств объекта контроля и неоднородность его упругих свойств.
3.Разработана программа локации источников АЭ. Создана библиотека процедур, позволяющая реализовать основные операции локации источников АЭ, объединить их в очаги микроразрушений и оценить параметры очагов.
-
Рассмотрена возможность аналитического анализа ошибок локации источников АЭ при различных схемах расположения приемников.
-
Предложена методика исключения грубых ошибок локации, построенная с учетом волноводных свойств объекта, что позволяет снизить погрешности, связанные с ложными отсчетами координат, за счет удаления грубых ошибок измерения.
Новизна работы подтверждается свидетельством «Об отраслевой регистрации разработки» № 2497, от 7 апреля 2003 года.
Практическая значимость. Задачи определения координат источника микроразрушения и амплитудной селекции ложных отсчетов имеют первостепенное значение, особенно тогда, когда это касается ответственных технических и природных объектов, подверженных разрушению. В силу этого предложен пакет программ для решения задач локации и оценки концентрации импульсных источников АЭ в названных объектах. Пакет программ прошел апробацию на натурных данных. Результаты показали информативность и объективность полученной информации.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Модель учета волноводных свойств объекта контроля, обеспечивающая снижение погрешности определения координат дефекта менее 1% .
-
Методика и алгоритм акустической аттестации объекта контроля.
-
Аналитическое решение уравнений измерений плоских и пространственных задач в общей постановке на основе линеаризации.
-
Методика реализации амплитудной селекции сигналов АЭ, позволяющая автоматически «отсеивать» более 80 % ложных отсчетов.
-
Алгоритмы и процедуры определения координат источников АЭ.
-
Методика определения очага микроразрушений.
-
Методика оценки влияния измерительной системы на точность определения координат источника АЭ и выбор рационального расположения приемных преобразователей на объекте контроля.
Реализация результатов работы. Разработанный пакет программ внедрен в Институте горного дела ДВО РАН и включен в программу обеспечения безаварийной работы шахт.
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались:
1. На 60-й региональной научно-практической конференции творческой молодежи (г. Хабаровск, 2002).
2.3-й международной конференции «Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле» (г. Москва, 2002).
3.3-м всероссийском симпозиуме «Сейсмоакустика переходных зон» (г. Владивосток, 2003).
4.43-й Всероссийской научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки «Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности» (г. Хабаровск, 2003).
5.3-й Международной научной конференции творческой молодежи «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» (г. Хабаровск, 2003).
6.3-й международной выставке и конференции «Неразрушающий контроль и диагностика в промышленности» (г. Москва, 2004).
7.62-й. межвузовской научно-технической конференции творческой молодежи «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования» (Хабаровск, 2004).
8. Пятый всероссийский симпозиум «Физика геосфер» (Владивосток, 2007).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 17
публикациях, из них одно свидетельство об отраслевой регистрации разработки, 3 публикации в центральной печати и 8 докладов на конференциях, в том числе два - на международных.
Личный вклад соискателя. Соискателем лично предложены и исследованы основные алгоритмы и программы. Проведены все численные расчеты. При проведении экспериментальных работ автор принимал непосредственное участие, как в процессе измерений, так и при обработке полученных данных.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и трёх приложений. Работа изложена на 136 страницах основного текста, содержит 33 рисунка, 9 таблиц, 121 ссылку на используемые источники.
В приложениях представлены: акт внедрения результатов диссертационной работы, блок-схемы алгоритмов и описание структуры разработанного программного обеспечения.
