Содержание к диссертации
Введение
1. Описание исследуемой проблемы и постановка задачи
1.1. Описание предметной области и краткое перечисление текущих методов испытаний конструкционных материалов 10
1.2. Существующие методы изучения структуры материалов 14
1.3. Положение дел в области изучения процессов деформирования, упрочнения и разрушения материалов 18
1.4. Развитие и применение новых методов изучения структурного состояния материалов 23
1.5. Определение и анализ значений параметров напряженно-деформированного состояния материалов 30
1.6. Существующие программные продукты, используемые для решения задач прочности материалов 33
1.7. Постановка задачи диссертационной работы 37
2. Разработка алгоритмов и процедур 41
2.1. Предварительный структурный анализ изображений поверхности образца материала 41
2.2. Анализ эффектов группирования точек поверхности 49
2.3. Анализ эффекта смежной избирательности 52
2.4. Алгоритм построения кривой усталости для конструкционных материалов 53
2.5. Алгоритм расчета пластических деформаций в материале металлоконструкций 62
2.6. Алгоритм расчета локальных остаточных напряжений в материале металлоконструкций 68
2.7. Алгоритм расчета главных действующих напряжений в материале металлоконструкций 71
3. Описание программно-аппаратного комплекса 76
3.1. Общее описание комплекса 76
3.2. Аппаратная часть комплекса 78
3.3. Программная часть комплекса 79
3.3.1. Спектральные гистограммы 82
3.3.2. Изображения поверхности фрагментов 86
3.3.3. Ключевые настройки программного комплекса 92
3.3.4. Блок сканирующих модулей 94
3.3.5. Изучение яркости вдоль заданных направлений 98
3.3.6. Построение кривой усталости 101
3.3.7. Получение матриц деформаций и напряжений 104
4. Результаты применения описанных алгоритмов и процедур 108
4.1. Результаты оценки эффекта группирования точек 108
4.2. Результаты применения разработанных процедур и алгоритмов для анализа образцов стали 08КП 112
4.3. Выбор подходящих параметров образцов материала 122
4.4. Статистическая проверка достоверности прогнозирования кривой усталости по данным фотометрического анализа 131
4.5. Результаты анализа локального напряженно-деформированного состояния материала 136
4.6. Сравнение результатов предложенного метода анализа локального напряженно-деформированного состояния с результатами методов сходной
направленности 144
Заключение 148
Список литературы
- Описание предметной области и краткое перечисление текущих методов испытаний конструкционных материалов
- Предварительный структурный анализ изображений поверхности образца материала
- Общее описание комплекса
- Результаты оценки эффекта группирования точек
Введение к работе
Исследования, проведенные в рамках данной работы, посвящены вопросам алгоритмизации и построения вычислительных процедур для реализации метода фотометрического анализа изображений структуры материалов. Данный метод предназначен для анализа реального состояния конструкционных материалов на основе изучения их отражающей способности. Разработка метода была начата в тот момент, когда стало ясно, что ни один из существующих на сегодняшний день металловедческих методов исследования материалов не позволяют решить ряд ключевых вопросов, которые связаны с задачей анализа усталостного разрушения материалов. Дело в том, что указанная задача носит комплексный характер и отдельные аспекты, существенные для ее целостного понимания, являются предметами исследования наук разного профиля, а именно, механики, физики твердого тела и материаловедения. В предшествующих работах по данной тематике были выявлены основные факторы, снижающие сопротивление усталостному разрушению материалов. Однако до сих пор не удавалось создать» единую расчетную схему для оценки, усталостной повреж-даемости из-за многочисленности этих факторов, их качественного разнообразия и невозможности количественного представления нескольких наиболее важных факторов. К тому же, все существующие методы анализа напряженно-деформированного состояния материала построены на представлениях механики сплошных сред и не учитывают возможность деградации конструкционных материалов в процессе эксплуатации. Между тем, было неоднократно и бесспорно установлено, что в процессе эксплуатации объектов снижается их сопротивление усталостным нагрузкам.
Таким образом можно констатировать, что до настоящего времени отсутствовали способы точной оценки реального состояния конструкционных материалов, что существенно осложняло принятие решений о возможности дальнейшей эксплуатации оцениваемых металлоконструкций. Исходя из вышеска-
занного, разработка нового метода анализа напряженно-деформированного состояния материала, который учитывал бы изменения состояния конструкционных материалов, является актуальной задачей.
Основной целью настоящей диссертационной работы была разработка аналитических процедур и вычислительных алгоритмов на основе метода фотометрического анализа изображений структуры материалов. В связи с намеченной целью были поставлены следующие ключевые задачи исследования:
проведение системного анализа предметной области и существующих методов анализа напряженно-деформированного состояния конструкционных материалов;
реализация, апробация и модификация алгоритма предварительного исследования поверхности металлоконструкций на основе метода фотометрического анализа изображений структуры материалов;
разработка алгоритма для получения количественной оценки степени поврежденности материала после циклической нагрузки, который предоставил бы всю необходимую информацию для определения долговечности исследуемого материала;
разработка алгоритма построения кривой усталости исследуемого образца материала. Создаваемый алгоритм должен заменить стандартные механические испытания на усталость и при этом существенно уменьшить финансовые и временные затраты на испытания;
разработка метода неразрушающего анализа локального напряженно-деформированного состояния материала. Одним из требований к создаваемому методу является возможность его использования независимо от технологической или эксплуатационной предыстории формирования материала;
разработка архитектуры информационно-аналитического комплекса для реализации вычислительных алгоритмов и аналитических процедур на основе метода фотометрического анализа изображений структуры материалов;
создание программно-аппаратного комплекса, реализующего как ба
зовые алгоритмы метода фотометрического анализа изображений структуры
материалов, так и новые алгоритмы, разработанные в рамках данного исследо
вания.
Научная новизна данного исследования следует из' новизны разработки метода фотометрического анализа изображений структуры материалов^как- нового метода оценки структурной, поврежденности конструкционных материалов и состоит в следующем:
* проведен системный анализ предметной области и предложены новые схемы получения-и обработки*информации о реальном состоянии конструкционных материалов;
реализован, апробирован и модифицирован алгоритм предварительно
го исследования поверхности* металлоконструкций на основе метода фотомет
рического анализа изображений структуры материалов;
> разработана- процедура получения* количественной оценки степени
поврежденности материала после циклической нагрузки;
разработан алгоритм построения кривой-усталости по данным иссле
дования ограниченной серии образцов материала (3-4 образца);
разработан метод неразрушающего анализа» локального напряженно-деформированного состояния материала,, позволяющий определить пластические деформации, локальные остаточные напряжения и главные действующие напряжения в исследуемом- образце материала.
Данная.диссертационная работа включает в себя введение, четыре главы, закшочение, библиографический список и два»приложения. Краткая аннотация частей работы выглядит следующим образом.
Первая глава диссертации описывает положение дел в области исследования на сегодняшний день и формулирует задачи и цели'настоящей работы. В-ней описываются, которые обычно используются для. выбора оптимального структурного состояния материала и анализируется процесс развития и приме-
нения компьютерных технологий для изучения структурного состояния материалов. Также в этой главе приводится краткий обзор существующих в текущий момент программных продуктов, которые применяются для решения различных задач оценки и прогнозирования прочности конструкционных материалов. В конце главы подводятся итоги изучения положения дел в предметной области, подчеркивается необходимость и важность разработки новых методов учета структурного состояния конструкционных материалов и формулируется постановка задачи диссертационной работы.
Вторая глава настоящей работы содержит подробное описание разработанных вычислительных алгоритмов и аналитических процедур, которые основываются на методе фотометрического анализа изображений структуры материалов. Также в этой главе приводятся ключевые теоретические результаты работы - алгоритм построения кривой усталости исследуемого образца материала и новый метод анализа локального напряженно-деформированного состояния материала. Описанный метод включает в себя алгоритмы определения пластических деформаций, локальных остаточных напряжений и главных напряжений в материале исследуемых металлоконструкций.
В третьей главе работы описывается специализированный информационно-аналитический комплекс, разработанный для реализации процедур и алгоритмов метода фотометрического анализа изображений структуры материалов. Здесь приводится архитектура созданного программно-аппаратного комплекса, раскрывается спектр его возможностей, перечисляются элементы аппаратной части комплекса и описывается интерфейс программной части комплекса.
Четвертая глава посвящена результатам применения разработанных алгоритмов для решения практических задач оценки изменений структурного состояния материала при различных видах воздействий. В этой главе описывается процесс построения кривой усталости исследуемого образца материала по результатам исследования ограниченной серии образцов, анализируются параметры подходящих размеров образцов и проверяется достоверность подобного
прогнозирования. Также здесь приведены результаты анализа локального напряженно-деформированного состояния, материала и проводится экспериментальная проверка результатов определения остаточных напряжений по данным фотометрических измерений.
В заключении диссертации; подводятся итоги проделанной работы, формулируются теоретические и практические результаты работы и констатируется соответствие между достигнутыми: результатами и поставленными целями. Также здесь предлагается путь дальнейшего развития метода фотометрического анализа изображений структуры; материалов: и очерчен круг задач; которые можно исследовать с использованиемданного; метода.
Первое приложение к работе посвящено описанию; независимых сканирующих модули; включенных в <программную часть комплекса. Каждый такой* модуль: представляет собой приложение, решающее одну, конкретную; задачу. Все эти модули создавались в процессе разработки метода для решения локальных задач, результаты которых использовались в реализованных алгоритмах и;
процедурах. Вовтором приложении работы приведена' краткая.структураіклас-
' . ' . " " . ." ' . ' . і-
сов программной; части; комплекса; которая была- реализована на языке программирования Microsoft С# .NET.
Основные теоретические положения? представляемого исследования и: ре
зультаты^ полученные с использованием: созданного* информационно-
аналитического комплекса; были* доложены на; следующих форумах и; конфе
ренциях: '., '.-'
1». Научно-техническая; конференция студентов; аспирантов и молодых специалистов МТИЭМ-3 доклада (Москва; 2G06-2008);
- 2. XV Международная! студенческая; школа-семинар: «Новые: информационные технологии» (Москва; 2007);
3. Конференция «V Курчатовская молодежная научная школа» (Москва; 2007);
7-я Международная научно-техническая конференция «Инженерия поверхности и реновация изделий» (Ялта, 2007);
Международная конференция «Физика конденсированных систем и прикладное материаловедение» - 2 доклада (Львов, 2007);
XIV Международная научно-техническая конференция «Машиностроение и техносфера XXI века» (Севастополь, 2007);
XIII International conference on Liquid and Amorphous Metals - «LAM-XIII» (Екатеринбург, 2007);
IX Международный научно-технический симпозиум «Новые рубежи авиационной техники» ASTEC07 - 2 доклада (Жуковский, 2007);
2-я Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» DFMN2007 - 2 доклада (Москва, 2007);
IV-я Евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных структур» ПРОСТ-2008 (Москва, 2008).
На защиту выносятся следующие ключевые результаты диссертационной работы:
алгоритм предварительного исследования поверхности металлоконструкций на основе метода фотометрического анализа изображений структуры материалов;
алгоритм построения кривой усталости по данным исследования ограниченной серии образцов материала;
метод неразрушающего анализа локального напряженно-деформированного состояния материала, включающий в себя алгоритмы определения пластических деформаций, остаточных напряжений и действующих напряжений в материале исследуемых металлоконструкций;
информационно-аналитический комплекс, реализующий аналитические процедуры и вычислительные алгоритмы метода фотометрического анализа изображений структуры материалов.
Описание предметной области и краткое перечисление текущих методов испытаний конструкционных материалов
Конструкционные материалы по своей физической природе обладают определенным комплексом свойств, благодаря которым они используются для изготовления машин и инженерных сооружений различного назначения [1,2]. Под свойством в данном случае понимается любая количественная мера структурной реакции материального тела на внешние энергетические воздействия определенной физической природы. Внешние воздействия вызывают в материальном теле искажения, изменяющие исходное структурное состояние вещества, из которого тело изготовлено. Способность тела противостоять внешним физическим воздействиям характеризуется численными значениями физических переменных, описывающих его свойства. Значения этих переменных, при которых тело теряет свою способность сопротивляться внешним физическим воз-действиям, называются предельными значениями характеристик материалов [3,4].
Достижение материалом изделия предельных значений своих характеристик можно считать условием выхода конструкции из строя. По современным представлениям способность материала оказывать сопротивление внешним воздействиям обусловлена его структурным состоянием. Под структурным состоянием понимаются: химический и фазовый состав материала, его структурная организация и тип кристаллических решеток фазовых составляющих, их геометрические параметры, виды межатомных связей в соответствующих кристаллических решетках и степень их структурного несовершенства. Термин «структурное несовершенство» означает наличие в кристаллической решетке дефектов различного вида с известной плотностью и распределением. Эти дефекты играют при механических воздействиях на материал очень важную роль.
При посредстве этих дефектов кристаллической решетки при заданных темпе-ратурно-силовых условиях в кристаллических материалах действуют определенные микромеханизмы деформирования, упрочнения и разрушения. Деформирование материала — это относительное изменение размеров образца, вызванное приложенными напряжениями. В этом определении под напряжением понимается интенсивность силы, действующей на образец, которая измеряется как полная сила, отнесенная к площади, на которую она действует.
В настоящее время физико-механические свойства материалов принято делить на две группы: структурно-независимые и структурно-зависимые. К структурно-независимым свойствам материалов относят плотность, модуль Юнга, модуль сдвига, коэффициент Пуассона, коэффициенты линейного расширения, теплоемкость и т.д. В группу структурно-зависимых свойств материалов включаются все прочностные и пластические свойства материалов: пределы пропорциональности, текучести, прочности, усталости, сопротивление ползучести, длительная прочность, ударная вязкость и еще ряд свойств.
Обычно механические испытания проводятся для выяснения поведения материала и его физико-механических свойств в определенном напряженном состоянии. Такие испытания дают важную информацию о прочности и пластичности металла. В дополнение к стандартным видам испытаний может применяться специально разработанное оборудование, воспроизводящее те или иные специфические условия эксплуатации изделия. Механические испытания могут проводиться при следующих видах нагружения: при статическом нагружении - при таком виде нагружения нагрузка на образец возрастает медленно и плавно; при динамическом нагружении - в этом случае нагрузка на образец возрастает с большой скоростью, имеет ударный характер; при повторном, переменном или циклическом нагружении - нагрузка в процессе испытания многократно изменяется по величине или по величине и направлению.
Существует целый ряд стандартных методов механических испытаний — например, испытания на растяжение, на усталость, на ударную вязкость, на ползучесть, определение твердости, а также методы механики разрушения. Каждый из этих методов дает исследователям возможность определить одну или несколько механических характеристик рассматриваемого материала [5].
Испытание материала на растяжение заключается в растяжении образца в форме стержня с измерением приложенной нагрузки и удлинения образца. По результатам проведенных измерений определяется целый ряд механических характеристик: предел текучести, предел прочности, относительное удлинение. Аналогичный набор механических характеристик определяется при испытаниях образца материала на сжатие, изгиб, кручение и другие виды приложения нагрузок.
Предварительный структурный анализ изображений поверхности образца материала
Перед применением какого-либо из разработанных алгоритмов, основанных на методе фотометрического анализа изображений структуры, необходимо провести предварительный анализ изображений структуры поверхности исследуемого образца материала. Суть первичного анализа изображений структуры поверхности заключается в изучении распределения по изображениям интересующих исследователя диапазонов яркости. Причем данное изучение может быть как чисто визуальным, так и полуавтоматическим, т.е. использующим определенные встроенные аналитические процедуры.
Прежде чем описывать предложенные аналитические процедуры следует объяснить правомерность использования понятия «спектр интенсивности отражения» или «спектр яркости отражения» для обозначения распределения спектральной плотности по интенсивности отражения. Вообще, в физических дисциплинах сложилась традиция использовать понятие «спектр» либо для обо-значения разложения белого света на его монохроматические составляющие, либо для описания распределения спектральной плотности излучения источника света по длинам световых волн, которые он испускает [64]. Например, на рис. 2.1 приведена относительная спектральная кривая эффективности монохроматического излучения, т.е. величина обратно пропорциональная монохроматическим мощностям, дающим одинаковое зрительное ощущение, причем воздействие потока излучения с длиной волны Я = 555 нм условно принимается за единицу.
Также спектром принято называть и зависимость спектральной плотности излучения от частоты световых волн. Но поскольку длина волны Я связана с ее частотой v соотношением Я = c/v, где с обозначает скорость света, то такое использование термина не вызывает противоречий в понимании его физического смысла. Исходя из сказанного можно допустить употребление термина «спектр» в описываемом подходе. Любая спектральная кривая представляет собой зависимость энергии, испускаемой источником излучения, от какого-либо параметра. Если пронормировать энергию кванта элементарной частицы электромагнитного излучения (фотона) постоянной Планка, то мы получим его частоту. Таким образом, спектральное распределение излучения по частоте можно рассматривать, как его распределение по энергиям испускаемых фотонов. С другой стороны, интенсивность отражения света пропорциональна квадрату амплитуды волны, и энергия колебаний так же пропорциональна квадрату амплитуды. Следовательно, распределение интенсивности отражения также ха рактеризует распределение отраженного света по уровням его отдельных энергетических составляющих, и для него может быть также использован физический термин «спектр».
В настоящем исследовании использовались изображения поверхности образцов материала с 200- и 400-кратным увеличением. Полученные изображения поверхности исследуемого образца до и после приложения циклической нагрузки разбиваются на несколько фрагментов одинакового размера. Процедура выбора размеров фрагментов, которые обеспечивают наименьшие средне-квадратические отклонения экспериментальных данных от результатов прогнозирования, описана в четвертой главе диссертации. Изображения полученных фрагментов сохраняются в отдельные файлы, после чего для выбранных изображений строятся спектры яр кости отражения. Пример таких изображений фрагментов приведен на рис. 2.2.
Используемый в данном исследовании спектр яркости отражения представляет собой вариационный ряд, построенный в следующих координатах: по оси абсцисс откладывается шкала яркости, причем значение яркости любого пикселя обрабатываемого изображения находится в диапазоне от 0.0 до 1.0; по оси ординат откладывается спектральная плотность отражения р(/), т.е. вероятность того, что данная яркость отражения (интенсивность отраженного света /) занимает долю исследуемой поверхности, равную где п(/) - количество пикселей, имеющих в анализируемом изображении заданную интенсивность отражения I, N — общее количество пикселей в анализируемом изображении. Пример такого спектра яркости приведен на рис.
Общее описание комплекса
Процедуры и алгоритмы, описанные в предыдущей главе и базирующиеся на методе фотометрического анализа материалов, были в процессе выполнения данной работы реализованы в виде специализированного программно-аппаратного комплекса. По аналогии с методом созданный комплекс получил название «фотометрический анализатор структурных изображений» (ФАСИ). Основное назначение созданного комплекса состоит в оценке локальных физико-механических характеристик конструкционных материалов по данным совместного анализа изображений структуры поверхности отдельных фрагментов образца и спектров их отражающей способности или пропускания. Спектры отражающей способности образца используются, если объект исследования является поверхностью непрозрачного материала, а спектры пропускания - если на изображении зафиксирована объемная структура материала в результате воздействия проникающих излучений.
В техническом плане ФАСИ представляет собой специализированный аналитический комплекс, ориентированный на проведение многостороннего анализа информации, полученной из целого ряда источников разного типа. В качестве входной информации для ФАСИ могут быть использованы как данные физических измерений образцов исследуемых материалов, испытанных на обычном испытательном оборудовании, так и результаты анализа соответствующих структурных изменений состояния на поверхности этих образцов. Анализ подобных структурных изменений проводится, как правило, с помощью узкоспециализированного программного обеспечения, например, программного обеспечения для профилометров (приборов, измеряющих профили шероховатости поверхности образца материала). Схематичное изображение созданного комплекса приведено на рис. 3.1:
Совместный анализ по времени, месту, условиям измерений и наблюдений потоков физической и структурной информации об образце материала позволяет установить такие комбинации параметров этих потоков, которые имеют высокую степень корреляции и потому способны дать достаточно полное описание поведения материала в заданных условиях. Известно, что физические свойства материалов можно рассматривать как выражение количественной меры их структурной реакции на внешнее воздействие заданной природы. Применение ФАСИ не только позволяет получить дополнительную, ранее не используемую, информацию о физических свойствах исследуемых материалов, но и по своей сути превращает каждый эксперимент по испытанию материалов в на хождение зависимости между структурными изменениями и интенсивностью ряда физических свойств испытываемых материалов.
Еще одной немаловажной особенностью ФАСИ является тот факт, что комплекс соединяет в себе аналитические и измерительные возможности целого ряда физических приборов: квантимета — в части анализа и статистической обработки результатов морфологических особенностей структуры материалов; денситометра — в части статистической обработки результатов измерений оптической плотности изображений и их относительной яркости; системы «перкалор» — в части подсветки точек изображения, имеющих одинаковую яркость, а также общего усиления контрастности изображений структуры материалов.
Более того, ФАСИ обладает расчетно-аналитическими возможностями, превращающими его в систему фотометрической диагностики технического состояния исследуемых объектов и в средство измерения локальных реальных физических характеристик материалов натурных машин и технических сооружений. При этом анализ полученных физических характеристик выполняется с учетом их деградации от воздействия эксплуатационных факторов различного характера.
Рассмотрим построенный комплекс более подробно. Прежде всего, важно подчеркнуть, что комплекс, несмотря на всю нетривиальность и разнообразие решаемых им задач, не включает в себя какого-либо уникального оборудования. Наоборот, аппаратная часть фотометрического анализатора изображений структуры представляет собой совокупность стандартных компонентов, производящихся серийным образом и вполне доступных для приобретения пользова телями, работающими в соответствующей отрасли. Основными аппаратными компонентами ФАСИ являются:
1. персональный компьютер или ноутбук с процессором не ниже Intel Pentium 4, не менее 512 Мб оперативной памяти и не менее 15 Мб свободного места на жестком диске. На этом компьютере должна быть установлена операционная система Microsoft Windows 2000/XP/2003/Vista и набор стандартных библиотек Microsoft .NET Framework vl.l+;
2. устройство для цифрового кодирования изображений структуры материалов. Таким устройством, например, может быть цифровой фотоаппарат или видеокамера, обладающая возможностью покадровой съемки, для непосредственной съемки структуры исследуемой поверхности или для съемки через специальные приборы для структурных исследований, способные визуализировать изображение. В качестве подобных приборов также могут использоваться световые оптические микроскопы, сканирующие растровые или просвечивающие электронные микроскопы любых систем. Для работы с обычными фотоизображениями независимо от способа их получения может быть использован любой сканер с разрешением не менее 600 DPI;
3. стандартное специализированное испытательное оборудование, обеспечивающее обязательное условие синхронизации результатов измерений физических характеристик материалов с результатами наблюдений за структурным состоянием исследуемого объекта. В качестве примеров подобного оборудования можно назвать вибростолы, вакуумные печи или установки для нагру-жения мембранных образцов.
Результаты оценки эффекта группирования точек
Во второй главе было высказано утверждение, что с повышением амплитуды действующего напряжения характер распределения поврежденных участков эволюционирует от распределения, близкого к нормальному, к асимметричному распределению, напоминающему логарифмически нормальное. Наглядным подтверждением данного утверждения являются следующие гистограммы сравнения распределений поврежденных участков по размерам при разных уровнях амплитуды напряжений. На приведенных далее рисунках изображены распределения размеров поврежденных участков образца стали 08КП при трех уровнях напряжений: максимальный уровень напряжений (164.85 МПа) - рис. 4.1 и 4.2; средний уровень напряжений (92.32 МПа) - рис. 4.3 и 4.4; минимальный уровень напряжений (47.10 МПа) - рис. 4.5 и 4.6.
По оси абсцисс на этих рисунках откладывается размеры групп пикселей с яркостью из выбранного диапазона яркости (в данном случае выбраны диапазоны, соответствующие поврежденным участкам поверхности), а по оси ординат - относительное количество пикселей, входящих в эти группы. Из приведенной серии рисунков видно, что логнормальное распределение описывает получаемые результаты фотометрических измерений гораздо лучше, чем нормальное распределение. При этом можно отдельно отметить, что с ростом амплитуды напряжений обнаруженная тенденция усиливается.
Рассмотрим использование ФАСИ на примере анализа образцов малоуглеродистой стали 08КП, которые обрабатывались после проведения усталостных испытаний по методике, отвечающей требованиям ГОСТ25502-79. По результатам испытаний серии из 14 образцов была построена кривая усталости. Для проверки возможности прогнозирования кривой усталости с использованием метода ФАСИ был выбран плоский образец лопаточного типа с размерами 140 мм X 10 мм X 0.77 мм. Выбранный образец подвергался испытаниям в условиях консольного изгиба и был разрушен при амплитуде напряжений а = 164.85 МПа за Nr = 1.52 х 106 циклов. Для проведения испытаний использовалась электродинамическая вибрационная установка типа Д-0,5 с мощностью 500 Вт и частотой собственных колебаний 26 Гц, обеспечивающая симметричный гармонический цикл изме нения на пряжений - с коэффициентом цикла г = — 1. Фотография использованной установки приведена на рис. 4.7.
Выбор данного образца материала для проверки был обоснован желанием проводить проверку в наиболее тяжелых условиях. Особенностью выбранного образца является наибольшее отклонение значения его долговечности от среднего значения долговечности, полученного в результате экспериментов — 106 циклов усталостных испытаний. Единственным этапом предварительной подготовки серии образцов к испытаниям была шлифовка — испытываемые образцы имели 6 класс чистоты поверхности.
При использовании ФАСИ для оценки локальной поврежденности материала вдоль продольной оси образца, для удобства обозначенной X, поверхность этого образца делили на 14 равных фрагментов с длинами по 10 мм. Снятие спектров отражательной способности фрагментов до и после разрушения образца проводили в режиме сканирования каждого отдельного фрагмента на обеих сторонах образца. Таким образом, использования процедуры испытания одного образца с анализом его поверхности методом ФАСИ было эквивалентно испытаниям на усталость 28 образцов, из которых в окончательный расчет принимались только те фрагменты, в которых амплитуда напряжений превышала предел усталости.
На рис. 4.8 изображены фрагменты поверхности образца до и после его разрушения, сфотографированные с 200-кратным увеличением, вместе с соответствующими спектрами отражательной способности. На этом рисунке по оси абсцисс спектров отложены значения градации интенсивности отражения, которая изменяется в диапазоне от введенного в данном исследовании эталона белого цвета до эталона черного цвета. По оси ординат отложены значения спектральной плотности отражения, представляющие собой вероятность нахождения в спектре интенсивности с заданной градацией. Контрастными цветами на рисунке выделены отдельные участки поверхности образца, соответствующие различным характерным диапазонам спектров отражения: крайний левый диапазон спектра, соответствующий наибольшему поглощению белого света, которым освещается поверхность образца при снятия спектра яркости (на рис. 4.8 выделен красным цветом); диапазон в центральной части спектра, который окружает максимум спектральной плотности в анализируемом спектре (на рис. 4.8 выделен зеленым цветом); крайний правый диапазон спектра, обладающий наибольшей отражающей способностью в полученном спектре яркости (на рис. 4.8 выделен синим цветом).
