RU2403564C2 - Device for diagnosing limiting state and early warning on risk of breakage of materials and articles - Google Patents

Device for diagnosing limiting state and early warning on risk of breakage of materials and articles Download PDF

Info

Publication number
RU2403564C2
RU2403564C2 RU2009100183/28A RU2009100183A RU2403564C2 RU 2403564 C2 RU2403564 C2 RU 2403564C2 RU 2009100183/28 A RU2009100183/28 A RU 2009100183/28A RU 2009100183 A RU2009100183 A RU 2009100183A RU 2403564 C2 RU2403564 C2 RU 2403564C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
materials
articles
diagnosing
breakage
Prior art date
Application number
RU2009100183/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009100183A (en
Inventor
Игорь Евгеньевич Васильев (RU)
Игорь Евгеньевич Васильев
Валерий Иванович Иванов (RU)
Валерий Иванович Иванов
Николай Андреевич Махутов (RU)
Николай Андреевич Махутов
Борис Николаевич Ушаков (RU)
Борис Николаевич Ушаков
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт Машиноведения им. академика А.А. Благонравова РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт Машиноведения им. академика А.А. Благонравова РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт Машиноведения им. академика А.А. Благонравова РАН
Priority to RU2009100183/28A priority Critical patent/RU2403564C2/en
Publication of RU2009100183A publication Critical patent/RU2009100183A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2403564C2 publication Critical patent/RU2403564C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device for diagnosing the limiting state and early warning on the risk of breakage of materials and articles has an acoustic-emission diagnosis system, wherein zones of the structure with the greatest load are fitted with sets of fragile strain indicators tuned to a given level of threshold deformation which is less or equal to the maximum allowable for safe use of the structure.
EFFECT: high degree of reliability of diagnosing the limiting state of materials and articles with subsequent warning on the risk of breakage of materials and articles.
2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам технической диагностики и неразрушающего контроля материалов и изделий и предназначено для диагностики их предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения.The invention relates to devices for technical diagnostics and non-destructive testing of materials and products and is intended for the diagnosis of their ultimate state and early warning of the danger of destruction.

Для решения задачи диагностирования предельного состояния конструкции применяют различные средства технической диагностики и неразрушающего контроля: локальные, интегральные и расчетные. К локальным методам относятся визуальный, ультразвуковой, магнитный, радиационный и вихретоковый контроль [1]. Эти устройства, как правило, могут дать точечную информацию о напряженно-деформированном состоянии конструкции в месте их установки (тензорезисторы, ультразвуковые преобразователи и радиационный устройства) или же уже зарегистрировать факт начала разрушения конструкции (системы видеонаблюдения). To solve the problem of diagnosing the limiting state of the structure, various means of technical diagnostics and non-destructive testing are used: local, integral and calculated. Local methods include visual, ultrasonic, magnetic, radiation, and eddy current monitoring [1]. These devices, as a rule, can provide point information about the stress-strain state of the structure at the place of their installation (strain gauges, ultrasonic transducers and radiation devices) or they can already record the fact of the beginning of the destruction of the structure (video surveillance system).

В качестве интегральных систем диагностирования промышленных объектов применяют акустико-эмиссионные системы [2], обеспечивающие своевременное обнаружение развивающихся повреждений, установление их характера и степени опасности, определение пространственных координат очагов разрушения. Для повышения вероятности обнаружения дефектов и надежности определения их пространственных координат необходимо обеспечивать непрерывные измерения, т.е. осуществлять мониторинг за процессом образования и развития трещин в высоконагруженных зонах конструкции.Acoustic-emission systems [2] are used as integral diagnostic systems for industrial facilities [2], which ensure the timely detection of developing damage, establish their nature and degree of danger, and determine the spatial coordinates of the destruction centers. To increase the probability of detecting defects and the reliability of determining their spatial coordinates, it is necessary to provide continuous measurements, i.e. to monitor the process of formation and development of cracks in highly loaded areas of the structure.

Однако применение традиционных схем акустико-эмиссионного контроля за состоянием конструкций не является достаточной мерой, которая обеспечивает предупреждение и предотвращение разрушения конструкции. Наиболее целесообразно в мониторинговой системе сочетать различные методы диагностики, так как, во-первых, необходимо учитывать факторы, влияющие на повреждаемость конструкций, а во-вторых, возможности по выявлению дефектов другими методами контроля. Комплексное использование методов диагностики позволит, наряду с повышением вероятности обнаружения мест накопления повреждений, измерять напряженное состояние и перемещения элементов конструкций, контролировать усадки, регистрировать смещения и нарастание деформаций в несущих элементах конструкции, оценивать их текущее состояние и выделять зоны, наиболее подверженные опасности разрушения.However, the use of traditional schemes of acoustic emission monitoring of the state of structures is not a sufficient measure that provides prevention and prevention of structural destruction. It is most advisable to combine various diagnostic methods in a monitoring system, since, firstly, it is necessary to take into account factors affecting structural damage and, secondly, the ability to detect defects by other control methods. The comprehensive use of diagnostic methods will allow, along with increasing the likelihood of detecting places of damage accumulation, measuring the stress state and movements of structural elements, controlling shrinkage, recording displacements and the growth of deformations in the supporting structural elements, assessing their current state and identifying areas most at risk of destruction.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является акустико-эмиссионная система [3], включающая преобразователи акустической эмиссии со встроенными предусилителями электрического сигнала, линии связи, аналого-цифровой преобразователь, цифровой блок регистрации сигналов акустической эмиссии (АЭ), системный контроллер, кабель интерфейсной связи, персональный компьютер.The closest technical solution adopted for the prototype is an acoustic emission system [3], including acoustic emission transducers with built-in electric signal preamps, communication lines, analog-to-digital converter, digital block for recording acoustic emission signals (AE), system controller, cable interface communication, personal computer.

Регистрация параметров сигналов источников АЭ начинается с их преобразования в электрические посредством пьезоэлектрических приемников. После преобразования и усиления предварительными усилителями сигналы АЭ поступают на соответствующие входы цифровых каналов регистрации акустической эмиссии. Пройдя соответствующее согласование и обработку параметров в аналоговом блоке (согласующий усилитель и фильтр нижних частот) с входными параметрами аналого-цифрового преобразователя (АЦП), сигнал АЭ преобразуется в цифровую форму. Полученные данные уже в цифровой форме поступают в специальный блок обработки события, где происходит непрерывное сравнение мгновенного значения поступающего сигнала со значением порога дискриминации, который задается оператором и хранится в этом же блоке. Как только текущая величина сигнала превысит предустановленный порог дискриминации, начинается запись поступающего в цифровой форме сигнала акустической эмиссии в буферную память блока обработки события. Полученные цифровые данные обрабатываются сигнальным процессором, который вычисляет параметры регистрируемых хитов (принятых и обработанных сигналов АЭ): максимальную амплитуду и энергию импульса, число импульсов, значение энергии сигнала. Вычислив параметры зарегистрированного импульса, сигнальный процессор формирует блок информации, характеризующий поступившее в канал событие, выставляет сигнал готовности данных для системного контроллера и ожидает считывания этих данных контроллером. По завершении считывания блока информации системным контроллером сигнальный процессор возобновляет цикл ожидания и обработки события.The registration of the parameters of the signals of the AE sources begins with their conversion into electrical ones by means of piezoelectric receivers. After conversion and amplification by preliminary amplifiers, the AE signals are fed to the corresponding inputs of the digital channels for recording acoustic emission. After passing the appropriate coordination and processing of parameters in the analog block (matching amplifier and low-pass filter) with the input parameters of the analog-to-digital converter (ADC), the AE signal is converted to digital form. The received data is already digitally received in a special event processing unit, where there is a continuous comparison of the instantaneous value of the incoming signal with the value of the discrimination threshold, which is set by the operator and stored in the same block. As soon as the current signal value exceeds the preset discrimination threshold, recording of the digitally generated acoustic emission signal into the buffer memory of the event processing unit begins. The received digital data is processed by a signal processor that calculates the parameters of the recorded hits (received and processed AE signals): maximum amplitude and pulse energy, number of pulses, signal energy value. After calculating the parameters of the registered pulse, the signal processor generates a block of information characterizing the event received in the channel, sets the data ready signal for the system controller and expects the controller to read these data. Upon completion of the reading of the information block by the system controller, the signal processor resumes the waiting and event processing cycle.

При этом акустико-эмиссионная диагностическая система работает следующим образом. Стационарно установленные на объекте контроля приемники АЭ принимают акустические сигналы, возникающие в процессе локальной динамической перестройки материала конструкции (переход в область пластических деформаций, образование микротрещин, их слияние, возникновение макротрещины). Анализирующая эти процессы электронная аппаратура обеспечивает постоянное слежение за динамикой их развития. В случаях критического увеличения скорости развития трещин и возникновении опасности разрушения конструкции автоматически срабатывает система раннего предупреждения об опасности аварии.In this case, the acoustic emission diagnostic system operates as follows. AE receivers fixed at the monitoring object receive acoustic signals arising during the local dynamic restructuring of the structural material (transition to the area of plastic deformations, the formation of microcracks, their merging, the occurrence of macrocracks). Analyzing these processes, electronic equipment provides constant monitoring of the dynamics of their development. In cases of a critical increase in the rate of crack development and the occurrence of a structural failure risk, an early warning system about the danger of an accident automatically works.

Принятая в качестве прототипа акустико-эмиссионная система обладает следующими существенными недостатками:Acoustic emission system adopted as a prototype has the following significant disadvantages:

1) активная акустическая эмиссия в основном регистрируется в моменты существенной перестройки структуры материала: при переходе в пластическое состояние, при образовании трещин и их развитии, что в ряде случаев является уже недопустимым (например, при эксплуатации конструкций из хрупких и квазихрупких материалов);1) active acoustic emission is mainly recorded at the time of a significant restructuring of the material structure: upon transition to a plastic state, upon the formation of cracks and their development, which in some cases is already unacceptable (for example, when operating structures made from brittle and quasi-brittle materials);

2) невозможна количественная оценка уровня наибольших главных деформаций (напряжений) в диагностируемых зонах конструкции;2) it is impossible to quantify the level of the largest principal deformations (stresses) in the diagnosed zones of the structure;

3) процесс мониторинга состояния конструкции, как правило, сопровождается внешними и внутренними (аппаратурными) шумовыми воздействиями, амплитуда и энергия которых во многих случаях превосходит указанные параметры сигналов от пластической деформации, образования и роста трещин. Это затрудняет идентификацию зарегистрированных сигналов, т.е. отделение «полезных» сигналов АЭ от сигналов шумов.3) the process of monitoring the state of the structure, as a rule, is accompanied by external and internal (hardware) noise effects, the amplitude and energy of which in many cases exceeds the specified parameters of the signals from plastic deformation, the formation and growth of cracks. This makes it difficult to identify the recorded signals, i.e. separation of “useful” AE signals from noise signals.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в создании устройства для диагностики предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения материалов и изделий, технический результат которого достигается тем, что в наиболее нагруженных зонах конструкции устанавливаются наборы хрупких тензоиндикаторов, настроенные на уровень пороговой деформации, меньший или равный предельно допустимой для безопасной эксплуатации конструкции, а для дистанционного контроля за их состоянием (регистрацией и локацией процесса трещинообразования) используется акустико-эмиссионная система. Для отделения «полезных» сигналов (образования трещин в хрупком слое тензоиндикаторов) от сигналов помех выполняется фильтрация регистрируемых хитов по скорости затухания импульсов.The essence of the invention consists in the creation of a device for diagnosing the limit state and early warning of the danger of destruction of materials and products, the technical result of which is achieved by the fact that in the most loaded areas of the structure sets of fragile strain gauges are installed that are set to a threshold strain level that is less than or equal to the maximum permissible safe operation of the structure, and for remote monitoring of their condition (registration and location of the crack process formation) uses an acoustic emission system. To separate the “useful” signals (cracking in the brittle layer of strain gauges) from the interference signals, the recorded hits are filtered by the pulse attenuation rate.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известное устройство (диагностическая акустико-эмиссионная система) дополнительно оснащается набором хрупких тензоиндикаторов, устанавливаемых в наиболее нагруженных зонах конструкции, а для отделения «полезных» сигналов от сигналов помех производится их специальная фильтрация по скорости затухания импульсов.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that the known device (diagnostic acoustic emission system) is additionally equipped with a set of fragile strain gauges installed in the most loaded areas of the structure, and to separate the “useful” signals from the interference signals, they are specially filtered by the pulse attenuation rate .

Дополнительное введение в устройство набора хрупких тензоиндикаторов, настроенных на разный уровень пороговой деформации (ε0)i, меньший или равный предельно допустимой для безопасной эксплуатации конструкции (например: (ε0)1<(ε0)2<…<(ε0)i≤[ε1]≤εB) позволяет надежно диагностировать уровень наибольших растягивающих деформаций (напряжений) в контролируемой зоне конструкции и сигнализировать о возникающей опасности разрушения.An additional introduction to the device of a set of fragile strain gauges tuned to different threshold deformations (ε 0 ) i , less than or equal to the maximum permissible for safe operation of the structure (for example: (ε 0 ) 1 <(ε 0 ) 2 <... <(ε 0 ) i ≤ [ε 1 ] ≤ε B ) allows you to reliably diagnose the level of the highest tensile deformations (stresses) in the controlled area of the structure and signal the danger of failure.

Введение в устройство фильтрации по скорости затухания регистрируемых хитов позволяет отделить сигналы образования трещин в тензоиндикаторе от сигналов помех.Introduction to the filtering device by the attenuation rate of the recorded hits makes it possible to separate the crack formation signals in the strain gauge from the interference signals.

Предлагаемое устройство путем дистанционного стационарного мониторинга уровня наибольших деформаций в наиболее нагруженных зонах конструкции позволяет с высокой степенью надежности проводить диагностику их нагруженности и в случае достижения предельно допустимого состояния сигнализировать об опасности разрушения материалов и изделий.The proposed device through remote stationary monitoring of the level of greatest deformations in the most loaded areas of the structure allows with a high degree of reliability to diagnose their load and in case of reaching the maximum permissible state to signal the danger of destruction of materials and products.

Технико-экономическая эффективность изобретения следует из технического результата, получаемого при осуществлении изобретения: предотвращение разрушения материалов и изделий путем дистанционного мониторинга уровня наибольших деформаций в наиболее нагруженных зонах конструкции.The technical and economic efficiency of the invention follows from the technical result obtained during the implementation of the invention: preventing the destruction of materials and products by remote monitoring the level of greatest strains in the most loaded areas of the structure.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах предложенного изобретения, позволил установить, что не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предложенного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к заявляемому устройству отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art, including a search by patents and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the proposed invention, made it possible to find that no analogue was found, characterized by features identical to all the essential features of the proposed invention, and the definition from the list of identified analogues the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed to identify the set of essential in relation to the claimed device effective signs set forth in the claims.

Для проведения соответствия предлагаемого изобретения требованию изобретательского уровня проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками предложенного изобретения, результат которого показывает, что предложенное изобретение не следует явным образом из известного уровня техники.To carry out the conformity of the present invention to the requirements of the inventive step, an additional search was carried out for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the proposed invention, the result of which shows that the proposed invention does not explicitly follow from the prior art.

В качестве примера демонстрации заявляемого устройства рассмотрим эксперименты, проведенные при испытаниях плоских пластин (образцов) из высокопрочного алюминиевого сплава В95 на электрогидравлической испытательной установке MTS.As an example of a demonstration of the inventive device, let us consider the experiments conducted when testing flat plates (samples) of high-strength aluminum alloy B95 on an electro-hydraulic testing installation MTS.

Для получения хрупких тензоиндикаторов на поверхности образцов использовалась алюминиевая фольга А7 толщиной 100 мкм, которая электрохимическим способом анодировалась в 20% водном растворе серной кислоты при длительности процесса от 30 до 60 минут, температуре электролита 5÷20°С и плотности тока 4÷6 А/дм2. С целью повышения чистоты проводимых экспериментов алюминиевая фольга вначале наклеивалась на образцы, а потом уже подвергалась анодированию. Такой способ получения тензоиндикаторов позволил максимально повысить их чувствительность до предельно низких значений ε0=400÷600 мкм/м, при которых в хрупкой оксидной пленке не наблюдается самопроизвольного трещинообразования и при этом допустимы установка и крепление на поверхности тензоиндикаторов акустико-эмиссионных преобразователей.To obtain brittle strain gauges on the surface of the samples, A7 aluminum foil 100 μm thick was used, which was electrochemically anodized in a 20% aqueous solution of sulfuric acid with a process duration of 30 to 60 minutes, an electrolyte temperature of 5–20 ° С and a current density of 4–6 A / dm 2 . In order to increase the purity of the experiments, aluminum foil was first glued to the samples, and then it was anodized. This method of producing strain gauges made it possible to maximize their sensitivity to extremely low values ε 0 = 400 ÷ 600 μm / m, at which spontaneous cracking is not observed in a brittle oxide film, and acoustic emission transducers can be installed and mounted on the surface of strain gauges.

Хрупкий оксидный тензоиндикатор [4, 5] представляет собой тонкую алюминиевую фольгу, подвергнутую электрохимическому анодированию для получения оксидной пленки (толщиной 15-40 мкм) и наклеенную на исследуемый элемент конструкции (см. фиг.1). При возникновении в подложке алюминиевой фольги деформаций ε1, превышающих величину пороговой деформации ε0, в оксидной пленке тензоиндикаторов образуются картины трещин (см. фиг.2), отражающие силовое поле наибольших главных деформаций на поверхности конструкции. Используя характеристики тензочувствительности тензоиндикаторов (ε0, σ0) и график изменения численности трещин в оксидной пленке (Ψ) от уровня деформаций в подложке (см. фиг.3), можно с погрешностью, не большей 10-15%, произвести оценку значений наибольших главных деформаций (напряжений) на поверхности исследуемой конструкции в области распространения трещин в хрупком тензоиндикаторе.The brittle oxide strain gauge [4, 5] is a thin aluminum foil subjected to electrochemical anodization to obtain an oxide film (15–40 μm thick) and glued to the structural element under study (see FIG. 1). When deformations ε 1 exceeding the threshold strain ε 0 occur in the aluminum foil substrate, crack patterns form in the oxide film of the strain gauges (see Fig. 2), which reflect the force field of the largest principal deformations on the surface of the structure. Using the characteristics of the strain sensitivity of the strain gauges (ε 0 , σ 0 ) and the graph of the change in the number of cracks in the oxide film (Ψ) from the level of deformations in the substrate (see Fig. 3), it is possible to estimate the values of the largest principal deformations (stresses) on the surface of the structure under study in the area of crack propagation in a brittle strain gauge.

Оксидные тензоиндикаторы могут быть использованы для проведения исследований в области упругих и упругопластических деформаций (от 400 до 4000 мкм/м) при температурах от -200°С до +200°С в различных средах (вода, масло, жидкий азот и др.), имеют достаточно простую технологию изготовления и в течение длительного времени (не менее 10 лет) сохраняют свои характеристики стабильными.Oxide strain gauges can be used to conduct research in the field of elastic and elastoplastic deformations (from 400 to 4000 μm / m) at temperatures from -200 ° C to + 200 ° C in various environments (water, oil, liquid nitrogen, etc.), They have a fairly simple manufacturing technology and for a long time (at least 10 years) keep their characteristics stable.

В рассматриваемых экспериментах для регистрации импульсов АЭ использовались интегральные пьезоэлектрические резонансные приемники R15I. Рабочий диапазон и резонансная частота приемников соответственно составляли 70÷200 кГц и 150 кГц. Электрические сигналы, получаемые на выходе преобразователя АЭ, усиливались, регистрировались и подвергались дальнейшей обработке и интерпретации с применением системы акустической эмиссии DiSP-2 производства компании РАС (Physical Acoustic Corporation). Управление системой и обработкой регистрируемых сигналов осуществлялось с применением программного пакета AEwin [6].In the experiments under consideration, R15I integrated piezoelectric resonance detectors were used to detect AE pulses. The operating range and resonant frequency of the receivers were 70–200 kHz and 150 kHz, respectively. The electrical signals received at the output of the AE converter were amplified, recorded and further processed and interpreted using the DiSP-2 acoustic emission system manufactured by RAS (Physical Acoustic Corporation). The system and processing of recorded signals were controlled using the AEwin software package [6].

Испытываемый образец устанавливали в захваты верхней и нижней траверсы электрогидравлической испытательной установки MTS, после чего к поверхности тензоиндикатора крепили пьезоэлектрический приемник R15I. Режим испытания образца в ходе его ступенчатого нагружения приведен в таблице.The test sample was installed in the grips of the upper and lower yoke of the MTS electro-hydraulic test setup, after which a piezo-electric receiver R15I was attached to the surface of the strain gauge. The test mode of the sample during its step loading is shown in the table.

ТаблицаTable Время регистрацииRegistration time нагрузки,load 136136 220220 240240 320320 350350 450450 490490 550550 600600 сfrom УровеньLevel нагрузки,load 66 1010 1212 14fourteen 15fifteen 1616 1717 2121 2424 кНkN Состояние оксидного тензоиндикатораOxide Strain Indicator Status Трещины не наблюдалисьNo cracks were observed Первые трещиныFirst cracks Активное трещино-образониеActive fissure imaging Трещинообразование достигло максимумаCracking peaked

После полной разгрузки образца было проведено повторное его нагружение, в ходе которого нагрузка плавно повышалась в течение 420 секунд до максимально допустимого уровня F=25 кН. При этом высокая интенсивность сигналов АЭ наблюдалась лишь при повышении нагрузки до 23-24 кН, после чего эмиссия резко снижалась и фактически прекращалась при F=25 кН. Картина трещин, зафиксированная в тензоиндикаторе после повторного нагружения, приведена на фиг.4.After the sample was completely unloaded, it was re-loaded, during which the load gradually increased over 420 seconds to the maximum permissible level F = 25 kN. In this case, a high intensity of AE signals was observed only when the load increased to 23-24 kN, after which the emission sharply decreased and actually stopped at F = 25 kN. The crack pattern recorded in the strain gauge after reloading is shown in Fig.4.

На фиг.5 отмечены сигналы АЭ, зарегистрированные приемником R15I, в ходе первого нагружения образца при ступенчатом повышении нагрузки до 24 кН. Как следует из гистограммы активности сигналов, приведенной на фиг.6, а, на III этапе при повышении нагрузки до 23,5 кН интенсивность процесса трещинообразования достигла своего максимума. Дальнейшее повышение нагрузки до Fмах=24 кН вызвало заметное снижение эмиссии регистрируемых сигналов. На фиг.6, б приведена гистограмма активности АЭ, зарегистрированной в ходе повторного нагружения образца до Fмах=25 кН. Из чертежа видно, что активное трещинообразование в тензоиндикаторе начинается лишь при повышении нагрузки до 22 кН и достигает своего максимума при F=23-24 кН. Дальнейшее повышение нагрузки практически не вызвало образования новых трещин: процесс регистрации сигналов АЭ сначала резко замедлился, а при F=25 кН вообще остановился, что свидетельствует фактически о полном разрушении оксидной пленки тензоиндикатора (см. фиг.6, б).Figure 5 shows the AE signals recorded by the R15I receiver during the first loading of the sample with a stepwise increase in load to 24 kN. As follows from the histogram of signal activity, shown in Fig.6, a, in stage III, when the load increased to 23.5 kN, the intensity of the cracking process reached its maximum. A further increase in the load to F max = 24 kN caused a noticeable decrease in the emission of recorded signals. Figure 6, b shows a histogram of AE activity recorded during re-loading of the sample to F max = 25 kN. From the drawing it can be seen that active crack formation in the strain gauge begins only when the load increases to 22 kN and reaches its maximum at F = 23-24 kN. A further increase in the load practically did not cause the formation of new cracks: the AE signal registration process slowed down at first, and stopped at F = 25 kN, which actually testifies to the complete destruction of the oxide film of the strain gauge (see Fig. 6, b).

На фиг.7 для хитов, выделенных на фиг.5, приведены типичные формы регистрируемых сигналов: сигнал помехи - хит №1 и сигналы трещин в оксидной пленке тензоиндикатора - хит №2. Анализ сигналов АЭ, зарегистрированных при испытаниях образцов на стенде MTS, позволяет отметить следующееIn Fig. 7, for the hits highlighted in Fig. 5, typical forms of recorded signals are shown: the interference signal is hit No. 1 and the crack signals in the oxide film of the strain gauge are hit No. 2. Analysis of AE signals recorded during testing of samples at the MTS stand allows us to note the following

1. В ходе проведенных исследований регистрировались как «полезные» акустические сигналы, связанные с образованием трещин в оксидной пленке тензоиндикаторов, так и сигналы от механических помех, шумов электродвигателя и насоса испытательного стенда.1. In the course of the research, both “useful” acoustic signals associated with the formation of cracks in the oxide film of strain gauges and signals from mechanical noise, noise of the electric motor and pump of the test bench were recorded.

2. Преобразователь АЭ позволял регистрировать сигналы трещинообразования в тензоиндикаторе, начиная с момента зарождения трещин в оксидной пленке до полного ее разрушения. Причем количество регистрируемых сигналов, как правило, было большим количества образовавшихся трещин. Это обусловлено тем, что не всегда распространение трещин происходило за один проскок.2. The AE transducer made it possible to register crack formation signals in a strain gauge, starting from the moment of crack initiation in the oxide film until its complete destruction. Moreover, the number of recorded signals, as a rule, was a large number of cracks formed. This is due to the fact that the crack propagation did not always occur in a single slip.

3. Амплитуды сигналов, вызванные образованием трещин в оксидной пленке, находились в пределах от 30 дБ (нижнее пороговое значение регистрации трещин) до 90-100 дБ. Сигналы генерировались либо зарождением трещины, либо ее распространением по ширине тензоиндикатора, а уровень их амплитуды определялся величиной высвобожденной при этом энергии.3. The signal amplitudes caused by the formation of cracks in the oxide film were in the range from 30 dB (the lower threshold value for registering cracks) to 90-100 dB. The signals were generated either by the nucleation of the crack, or by its propagation along the width of the strain gauge, and the level of their amplitude was determined by the amount of energy released in this case.

4. Формы сигналов, вызываемых образованием трещин в оксидной пленке тензоиндикатора и помехами, возникающими при испытании образцов, заметно отличаются друг от друга. Это хорошо просматривается при сопоставлении графиков на фиг.8, где показаны формы сигналов, выделенные для наиболее сильных (справа) и слабых (слева) импульсов, рассматриваемых источников.4. The waveforms caused by the formation of cracks in the oxide film of the strain gauge and the noise arising from the testing of samples differ markedly from each other. This is clearly seen when comparing the graphs in Fig. 8, which shows the waveforms allocated for the strongest (right) and weak (left) pulses of the considered sources.

5. Как видно из графиков, для сопоставляемых значений амплитуд длительность затухания сигнала помехи в 3-4 раза превышает длительность затухания сигнала от образования трещины в тензоиндикаторе. Поэтому для идентификации источника сигнала может быть использован параметр, характеризующий скорость затухания импульса, в частности коэффициент (К), равный отношению амплитуды сигнала (А) к числу осцилляции (С), превысивших пороговый уровень.5. As can be seen from the graphs, for the compared amplitudes, the duration of the attenuation of the interference signal is 3-4 times longer than the length of the signal attenuation from the formation of a crack in the strain gauge. Therefore, to identify the signal source, a parameter can be used that characterizes the pulse attenuation rate, in particular, a coefficient (K) equal to the ratio of the signal amplitude (A) to the number of oscillations (C) that exceed the threshold level.

6. Подсчет значений коэффициента затухания импульса для зарегистрированных при испытаниях сигналов показал, что величина этого коэффициента для сигналов помехи находилась в пределах 0,08÷0,4, а для сигналов трещин оксидной пленки тензоиндикатора уровень коэффициента К был значительно выше и менялся от единицы для низких значений амплитуд (А=30-50 дБ) до 8÷10 единиц для высоких значений А≥90 дБ.6. The calculation of the values of the coefficient of attenuation of the pulse for the signals recorded during the tests showed that the value of this coefficient for the interference signals was in the range 0.08–0.4, and for the signals of the crack of the oxide film of the strain gauge, the level of the coefficient K was significantly higher and varied from unity for low values of amplitudes (A = 30-50 dB) up to 8 ÷ 10 units for high values of A≥90 dB.

По результатам испытаний возможно сделать следующие выводыAccording to the test results it is possible to draw the following conclusions

1. Применение преобразователей АЭ с системой контроля и обработки акустических сигналов позволяет регистрировать импульсы образования трещин в хрупкой оксидной пленке, начиная с момента их зарождения до полного разрушения тензоиндикатора.1. The use of AE transducers with a system for monitoring and processing acoustic signals makes it possible to register pulses of cracking in a brittle oxide film, from the moment of their nucleation to the complete destruction of the strain gauge.

2. Используя набор хрупких тензоиндикаторов, настроенных на заданный уровень пороговой деформации (в интервале значений ε0=400-4000 мкм/м), совместно с системой регистрации и обработки акустических сигналов, можно получить эффективное устройство неразрушающего контроля для дистанционного слежения за уровнем наибольших главных деформаций (напряжений) в исследуемых элементах конструкции и оповещать в режиме текущего времени о достижении предельного состояния (например, по условиям прочности).2. Using a set of fragile strain gauges adjusted to a predetermined level of threshold deformation (in the range of values ε 0 = 400-4000 μm / m), together with a system for recording and processing acoustic signals, an effective non-destructive testing device can be obtained for remote monitoring of the level of major deformations (stresses) in the studied structural elements and notify in the current time mode of reaching the limit state (for example, according to the strength conditions).

3. Сигналы, относящиеся к различным наблюдаемым классам: трещины в тензоиндикаторе и помехи, возникающие в процессе нагружения, достаточно хорошо разделяются по скорости затухания импульса. Это позволяет использовать коэффициент К=А/С≥1 в качестве фильтра для сохранения только «полезной» информации - импульсов образования трещин в оксидной пленке тензоиндикатора.3. Signals related to the various observed classes: cracks in the strain gauge and interference arising during loading are quite well separated by the pulse decay rate. This makes it possible to use the coefficient K = A / C≥1 as a filter to store only “useful” information — impulses of cracking in the oxide film of the strain gauge.

ЛитератураLiterature

1. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В.В.Клюев, Ф.Р.Соснин, А.В.Ковалев и др.; Под ред. В.В.Клюева. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 2003, 656 с.1. Non-destructive testing and diagnostics: Handbook / V.V. Klyuyev, F.R.Sosnin, A.V. Kovalev and others; Ed. V.V. Klyueva. 2nd ed., Rev. and add. - M.: Mechanical Engineering, 2003, 656 p.

2. В.И.Иванов, И.Э.Власов. Метод акустической эмиссии. Неразрушающий контроль: Справочник; В 8 т. Под общ. ред. В.В.Клюева. Т.7. Кн.1. М.: Машиностроение. 2005, 340 с.2. V.I. Ivanov, I.E. Vlasov. Acoustic emission method. Non-Destructive Testing: Directory; In 8 t. Under the total. ed. V.V. Klyueva. T.7. Book 1. M .: Engineering. 2005, 340 p.

3. А.Н.Серьезнов, В.В.Муравьев, Л.Н.Степанова и др. Быстродействующая диагностическая акустико-эмиссионная система. Дефектоскопия, 1998, №7, 9-14 с.3. A. N. Seryoznov, V. V. Muraviev, L. N. Stepanova and others. High-speed diagnostic acoustic-emission system. Defectoscopy, 1998, No. 7, 9-14 p.

4. Пригоровский Н.И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений. Справочник. М.: Машиностроение, 1983, 248 с.4. Prigorovsky N.I. Methods and means of determining the fields of strains and stresses. Directory. M .: Engineering, 1983, 248 p.

5. Пригоровский Н.И., Панских В.К. Метод хрупких тензочувствительных покрытий. М.: Наука, 1978, 183 с.5. Prigorovsky N.I., Panskih V.K. The method of fragile strain-sensitive coatings. M .: Nauka, 1978, 183 p.

6. Physical Acoustics Corporation. Руководство пользователя Aewin, Версия 1.90, Принстон, Нью Джерси, США, 2002, 150 с.6. Physical Acoustics Corporation. Aewin User Guide, Version 1.90, Princeton, New Jersey, USA, 2002, 150 pp.

Claims (2)

1. Устройство для диагностики предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения материалов и изделий, включающее систему акустико-эмиссионной диагностики, отличающееся тем, что в наиболее нагруженных зонах конструкции устанавливаются наборы хрупких тензоиндикаторов, настроенные на заданный уровень пороговой деформации, меньший или равный предельно допустимой для безопасной эксплуатации конструкции.1. A device for diagnosing the limit state and early warning of the danger of destruction of materials and products, including an acoustic emission diagnostics system, characterized in that in the most stressed areas of the structure sets of fragile strain gauges are installed that are set to a predetermined level of threshold deformation less than or equal to the maximum permissible for safe operation of the structure. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для отделения сигналов образования трещин в хрупком слое тензоиндикаторов от сигналов помех выполняется фильтрация регистрируемых принятых и обработанных сигналов акустической эмиссии по скорости затухания импульсов. 2. The device according to claim 1, characterized in that to separate the signals of cracking in the brittle layer of the strain gauges from the interference signals, the registered, received and processed acoustic emission signals are filtered by the pulse attenuation rate.
RU2009100183/28A 2009-01-11 2009-01-11 Device for diagnosing limiting state and early warning on risk of breakage of materials and articles RU2403564C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009100183/28A RU2403564C2 (en) 2009-01-11 2009-01-11 Device for diagnosing limiting state and early warning on risk of breakage of materials and articles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009100183/28A RU2403564C2 (en) 2009-01-11 2009-01-11 Device for diagnosing limiting state and early warning on risk of breakage of materials and articles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009100183A RU2009100183A (en) 2010-07-20
RU2403564C2 true RU2403564C2 (en) 2010-11-10

Family

ID=42685382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009100183/28A RU2403564C2 (en) 2009-01-11 2009-01-11 Device for diagnosing limiting state and early warning on risk of breakage of materials and articles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2403564C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2569078C1 (en) * 2014-06-24 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Method of identifying sources of acoustic emission signals arising from degradation of material, cracking and structural failure
RU2649081C1 (en) * 2017-03-22 2018-03-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Method for monitoring degradation of material structure and determining residual strength of article
RU2690200C1 (en) * 2018-06-22 2019-05-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Method of acoustic-emission monitoring of degradation of material structure and predicting residual product strength
RU2704575C1 (en) * 2019-02-07 2019-10-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Method of simulating transient processes of accumulation of damages in a diagnosed object and a device of a bifurcation model
RU2787964C1 (en) * 2022-01-31 2023-01-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Method for monitoring the load-bearing capacity of products

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.Н.Серьезнов, В.В.Муравьев, Л.Н.Степанова и др. Быстродействующая диагностическая акустико-эмиссионная система, Дефектоскопия, 1998, №7, с.9-14. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2569078C1 (en) * 2014-06-24 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Method of identifying sources of acoustic emission signals arising from degradation of material, cracking and structural failure
RU2649081C1 (en) * 2017-03-22 2018-03-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Method for monitoring degradation of material structure and determining residual strength of article
RU2690200C1 (en) * 2018-06-22 2019-05-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Method of acoustic-emission monitoring of degradation of material structure and predicting residual product strength
RU2704575C1 (en) * 2019-02-07 2019-10-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Method of simulating transient processes of accumulation of damages in a diagnosed object and a device of a bifurcation model
RU2787964C1 (en) * 2022-01-31 2023-01-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Method for monitoring the load-bearing capacity of products

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009100183A (en) 2010-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9568452B2 (en) Non-contact signal propagation property evaluation of synthetic fiber rope
US8826738B2 (en) Method and apparatus for measuring the structural integrity of a safe-life aircraft component
JP2003536071A (en) Method and apparatus for detection of structural damage
RU2403564C2 (en) Device for diagnosing limiting state and early warning on risk of breakage of materials and articles
CN103388378A (en) Intelligent reinforcing steel bar based on piezoelectric ceramic crystal and fabrication method thereof
Moctezuma et al. Performance analysis of acoustic emission hit detection methods using time features
US20040035218A1 (en) Monitoring of concrete vessels and structures
RU2569078C1 (en) Method of identifying sources of acoustic emission signals arising from degradation of material, cracking and structural failure
KR20100060257A (en) Method and apparatus for damage diagnosis of coatings by acoustic emission technique
KR102157903B1 (en) System and method for warning of fatigue crack failure based on nonlinear ultrasonic modulation, and system and method for estimating residual life of structure using the same
Makhutov et al. Integrated diagnostics of limit states and early warning of emergency conditions of structures
Panasiuk et al. The use of acoustic emission signal (AE) in mechanical tests
WO1999053282A1 (en) Method and apparatus for conducting in-situ nondestructive tensile load measurements in cables and ropes
Bashkov et al. Stages of bending fatigue of titanium alloys and their identification by acoustic emission
RU2736175C1 (en) Method of acoustic emission monitoring of metal objects and device for its implementation
Matvienko et al. The acoustic-emission properties of oxide tensosensitive indicators and signal recognition during the formation of cracks in a brittle coating layer
RU2816673C1 (en) Method of detecting latent defects in composite materials by standing waves
KR100561065B1 (en) Method for detecting crack position of material with sensor
CN111006946B (en) Method for ultrasonic nondestructive detection of nonuniform sleeve restraining force of square steel tube concrete column
RU2690200C1 (en) Method of acoustic-emission monitoring of degradation of material structure and predicting residual product strength
Carboni et al. A preliminary feasibility analysis about the structural health monitoring of railway concrete sleepers by acoustic emission and digital image correlation
Abbasi et al. The quantification of errors in the measurement of nonlinear ultrasonics
Meyer et al. Acoustic emission and guided wave monitoring of fatigue crack growth on a full pipe specimen
Chow et al. Stress dependence of the acoustic properties of Zr-2.5 wt% Nb alloy
Piñal Moctezuma Characterization of damage evolution on metallic components using ultrasonic non-destructive methods

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140112