RU2537747C1 - Acoustic-emission method to diagnose metal structures - Google Patents

Acoustic-emission method to diagnose metal structures Download PDF

Info

Publication number
RU2537747C1
RU2537747C1 RU2013124375/28A RU2013124375A RU2537747C1 RU 2537747 C1 RU2537747 C1 RU 2537747C1 RU 2013124375/28 A RU2013124375/28 A RU 2013124375/28A RU 2013124375 A RU2013124375 A RU 2013124375A RU 2537747 C1 RU2537747 C1 RU 2537747C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
load
acoustic emission
signals
acoustic
loading
Prior art date
Application number
RU2013124375/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013124375A (en
Inventor
Людмила Николаевна Степанова
Сергей Алексеевич Бехер
Алексей Леонидович Бобров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС)
Priority to RU2013124375/28A priority Critical patent/RU2537747C1/en
Publication of RU2013124375A publication Critical patent/RU2013124375A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2537747C1 publication Critical patent/RU2537747C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: testing equipment.
SUBSTANCE: use: for diagnostics and non-destructive check of metal structures. The substance of the invention consists in the fact that parameters of acoustic emission signals are received, recorded and assessed at the moment of structure loading, acoustic signals are digitised, they are preliminarily processed, noise is filtered, at the same time they first establish critical values of the load Pcr and regression coefficient krc, which characterises variation of the number of acoustic emission signals to variation of the load for a non-defect structure, then the structure is loaded to the value of the load exceeding the working load by (5…10)%, at the same time they record the number of signals and the load of the linear section of stationary acoustic emission, at the same time they record the regression coefficient k0, afterwards the structure is loaded by cyclic load, the amplitude value of which is exceeded gradually by (2…5)%, and whenever exceeding reaches (15…20)% above the working load, loading is stopped, if in the process of control k0<krc, then the structure is considered to be free of defects, and if the value k0>krc the structure is rejected.
EFFECT: improved validity of acoustic-emission control of metal structures.
3 cl, 4 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к области технической диагностики и неразрушающего контроля металлических конструкций широкого профиля, включая сварные конструкции, сосуды давления, трубопроводы, авиационные и железнодорожные конструкции, мосты и т.д. с использованием метода акустической эмиссии.The invention relates to the field of technical diagnostics and non-destructive testing of metal structures of a wide profile, including welded structures, pressure vessels, pipelines, aircraft and railway structures, bridges, etc. using the acoustic emission method.

Известен способ диагностирования металлических мостовых конструкций и устройство для его осуществления (патент РФ №2240551, МПК7 G01N 29/04. Способ диагностирования мостовых металлических конструкций и устройство для его осуществления / Степанова Л.Н., Муравьев В.В. и др. - приоритет от 20.06.2001 г., Бюл.№32, 2004, принятый за аналог), включающий прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения мостовой металлической конструкции, например, проходящим поездом, оцифровку акустических сигналов, вычисление по ней спектра акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода акустических сигналов и вычисление по нему координат развивающихся дефектов. Кроме того, одновременно с регистрацией сигналов с акустических преобразователей осуществляют регистрацию динамической деформации, а регистрацию основных параметров акустических сигналов, координат развивающихся дефектов и их спектральных характеристик осуществляют в момент достижения максимума механических деформаций конструкции.A known method for diagnosing metal bridge structures and a device for its implementation (RF patent No. 2240551, IPC 7 G01N 29/04. Method for diagnosing bridge metal structures and a device for its implementation / Stepanova L.N., Muraviev V.V. and others. priority of June 20, 2001, Bull.№32, 2004, adopted as an analogue), which includes receiving, recording and evaluating parameters of acoustic emission signals at the time of loading a bridge metal structure, for example, by a passing train, digitizing acoustic signals, calculating the spec ra acoustic signals, their pretreatment, noise filtering, logging the arrival time of the acoustic signals and calculating coordinates thereon developing defects. In addition, simultaneously with the registration of signals from acoustic transducers, dynamic deformation is recorded, and the main parameters of acoustic signals, coordinates of developing defects and their spectral characteristics are recorded at the time of maximum mechanical deformation of the structure.

Недостатком данного способа является то, что запись информативных параметров сигналов акустической эмиссии в аналоге осуществляется только в момент достижения в конструкции максимума деформации. Однако поскольку заранее найти величину деформации нельзя, то нельзя определить и максимум деформаций, а, следовательно, выставить по ним порог и найти промежуток времени, в течение которого необходимо осуществить запись акустико-эмиссионных сигналов. Поэтому порог срабатывания по деформациям выставляется по величине динамической деформации, измеренной до момента приема акустического сигнала. В результате этого возможна потеря акустико-эмиссионной информации, вследствие чего локализация дефектов определяется с большой погрешностью. Кроме того, процесс поиска максимума деформаций и определение промежутка времени, в течение которого должна производиться запись акустико-эмиссионной информации, весьма сложен и занимает большой промежуток времени. Это приводит к уменьшению быстродействия устройства, к потере информации и снижению достоверности результатов измерений.The disadvantage of this method is that the recording of informative parameters of acoustic emission signals in the analogue is carried out only at the time when the design reaches the maximum strain. However, since it is impossible to determine the deformation value in advance, it is impossible to determine the maximum of deformations, and, therefore, set a threshold on them and find the time period during which it is necessary to record acoustic emission signals. Therefore, the response threshold for deformations is set according to the value of the dynamic deformation measured before the moment of receiving the acoustic signal. As a result of this, acoustic emission information may be lost, as a result of which the localization of defects is determined with a large error. In addition, the process of finding the maximum of deformations and determining the period of time during which the recording of acoustic emission information is very complicated and takes a long period of time. This leads to a decrease in the speed of the device, to the loss of information and a decrease in the reliability of the measurement results.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ диагностирования металлических конструкций и устройство для его осуществления (Пат. РФ №2339938, МПК7 G01N 29/04, приоритет от 14.02.2007, Бюл.№33, 2008 г., принятый за прототип), включающий прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения металлической конструкции циклической нагрузкой, регистрацию динамических деформаций, оцифровку акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода акустических сигналов и вычисление по нему координат развивающихся дефектов. Кроме того, одновременно с регистрацией динамической деформации выполняется регистрация времени прихода сигнала акустической эмиссии при минимальном Uпорmin пороге, равном минимальному уровню шумов, и максимальном пороге, равном Uпорmax=(Uпорmin+Uдоб), где Uдоб - добавочное значение порогового уровня, равного разности между минимальным и максимальным уровнями шумов, а по измеренной деформации осуществляется определение фазы ξ нагрузки по формуле:Closest to the proposed solution is a method for diagnosing metal structures and a device for its implementation (Pat. RF No. 2339938, IPC 7 G01N 29/04, priority dated 02.14.2007, Bull. No. 33, 2008, adopted as a prototype), including receiving, recording and evaluating parameters of acoustic emission signals at the time of loading a metal structure with a cyclic load, recording dynamic deformations, digitizing acoustic signals, their preliminary processing, filtering interference, recording the time of arrival of acoustic signals calculating coordinates thereon developing defects. Furthermore, simultaneously with the registration of the dynamic deformation is performed registration time of arrival of the acoustic emission signal with a minimum U pormin threshold equal to the minimum noise level and the maximum threshold is equal to U pormax = (U pormin + U ext), where U ext - add value threshold equal to the difference between the minimum and maximum noise levels, and the measured deformation is used to determine the phase ξ of the load by the formula:

ξ = a r c s i n ε ε m a x

Figure 00000001
ξ = a r c s i n ε ε m a x
Figure 00000001

где ε - текущая деформация; εmax - максимальная деформация,where ε is the current strain; ε max - maximum deformation,

и по фазе нагрузки выполняется кластеризация для каждого акустического сигнала, находится целевая функция кластеризации из условия:and according to the load phase, clustering is performed for each acoustic signal, and the target clustering function is found from the condition:

α = α r 2 + α ξ 2

Figure 00000002
; α ξ = C ξ ϕ ( λ )
Figure 00000003
α = α r 2 + α ξ 2
Figure 00000002
; α ξ = C ξ ϕ ( λ )
Figure 00000003

где φ(λ) - функция нормального распределения; λ - нормированное отклонение фазы нагрузки; α r = C r S r л л о S K i r л о к

Figure 00000004
- геометрический признак, равный отношению площади области локализации сигнала акустической эмиссии, полученной при минимальном и максимальном значениях порогового уровня, и площади перекрытия области локализации сигнала и кластера; Cξ - «весовой» коэффициент фазы нагрузки; Cr - «весовой» коэффициент геометрического признака; Srлло - площадь области локализации сигнала; SKi∩rлло - площадь перекрытия области локализации сигнала в кластере, если число сигналов в таком кластере превышает заданный порог по количеству акустических сигналов, то это соответствует наличию дефекта с координатами, равными координатам центра кластера.where φ (λ) is the normal distribution function; λ is the normalized deviation of the load phase; α r = C r S r A. l l about S K i r A. l about to
Figure 00000004
- a geometric feature equal to the ratio of the area of ​​the localization region of the acoustic emission signal obtained at the minimum and maximum values ​​of the threshold level and the overlap area of ​​the region of localization of the signal and cluster; C ξ is the “weight” coefficient of the load phase; C r is the “weight” coefficient of the geometric feature; S rlo - area of ​​the signal localization region; S Ki∩rlo - the overlap area of ​​the signal localization region in the cluster, if the number of signals in such a cluster exceeds a predetermined threshold by the number of acoustic signals, then this corresponds to the presence of a defect with coordinates equal to the coordinates of the center of the cluster.

Недостатком способа, принятого за прототип, является невозможность контроля и изменения (при необходимости) скорости нагружения. Кроме того, такие испытания всегда проводятся при циклическом нагружении, период и амплитуда которых выбираются отдельно и не связаны с параметрами акустической эмиссии, то есть процесс разрушения и безопасность испытаний никак не контролируются регистрируемыми характеристиками сигналов акустической эмиссии, напрямую связанными с процессом разрушения объекта диагностирования.The disadvantage of the method adopted for the prototype is the inability to control and change (if necessary) the loading speed. In addition, such tests are always carried out under cyclic loading, the period and amplitude of which are selected separately and are not related to the parameters of acoustic emission, that is, the destruction process and the safety of the tests are not controlled in any way by the recorded characteristics of acoustic emission signals directly related to the process of destruction of the diagnostic object.

При разработке заявляемого акустико-эмиссионного способа диагностирования металлических конструкций была поставлена задача повышения достоверности результатов контроля за счет того, что по параметрам регистрируемых сигналов акустической эмиссии устанавливают оптимальные для выявления дефектов параметры нагружения: тип нагружения, скорость изменения нагрузки, частоту циклического нагружения, амплитудное значение нагрузки. Кроме того, в заявляемом способе (в отличие от прототипа) повышается достоверность выявления развитых дефектов за счет использования накопленных сигналов акустической эмиссии при многократном нагружении с изменяющейся амплитудой и частотой нагрузки.When developing the inventive acoustic emission method for diagnosing metal structures, the task was to increase the reliability of the monitoring results due to the fact that the parameters of the recorded acoustic emission signals establish the optimal loading parameters for detecting defects: type of loading, rate of change of load, frequency of cyclic loading, amplitude value of load . In addition, in the claimed method (in contrast to the prototype), the reliability of detecting developed defects is increased due to the use of accumulated acoustic emission signals during repeated loading with varying amplitude and frequency of the load.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом акустико-эмиссионном способе диагностирования металлических конструкций, заключающемся в том, что осуществляют прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения конструкции, оцифровку акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех. Кроме того, сначала устанавливают критические значения нагрузки Pкр и коэффициента регрессии kкр, характеризующего изменение числа сигналов акустической эмиссии к изменению нагрузки для бездефектной конструкции, затем конструкцию нагружают до значения нагрузки, превышающей рабочую на (5…10) %, регистрируют при этом число сигналов и нагрузку линейного участка стационарной акустической эмиссии, регистрируют при этом коэффициент регрессии k0, после чего конструкцию нагружают циклической нагрузкой, амплитудное значение которой повышают постепенно на (2…5) %, и при достижении превышения на (15…20) % рабочей нагрузки нагружение прекращают, если в процессе контроля k0<kкр, то конструкцию считают бездефектной, а при значении k0>kкр конструкцию бракуют.The problem is solved due to the fact that in the proposed acoustic emission method for diagnosing metal structures, which consists in the fact that they receive, register and evaluate the parameters of acoustic emission signals at the time of loading of the structure, digitize the acoustic signals, their preliminary processing, filtering interference. In addition, first establish the critical values of the load P cr and the regression coefficient k cr characterizing the change in the number of acoustic emission signals to the change in load for a defect-free design, then the design is loaded to a load value (5 ... 10)% higher than the working one, and the number is recorded signals and the load of the linear section of stationary acoustic emission, the regression coefficient k 0 is recorded, after which the structure is loaded with a cyclic load, the amplitude value of which is increased gradually by (2 ... 5)%, and when the excess by (15 ... 20)% of the workload is reached, loading is stopped, if during the control process k 0 <k cr , then the structure is considered defect-free, and if k 0 > k cr, the structure is rejected .

Кроме того, критический коэффициент регрессии определяют по формуле k к р = ( 3 5 ) Δ N Б Δ P Б

Figure 00000005
, где ΔPБ, ΔNБ - соответственно изменения нагрузки и числа сигналов акустической эмиссии бездефектной конструкции.In addition, the critical regression coefficient is determined by the formula k to R = ( 3 ... 5 ) Δ N B Δ P B
Figure 00000005
, where ΔP B , ΔN B are, respectively, changes in the load and the number of acoustic emission signals of a defect-free design.

Кроме того, скорость и частоту нагружения регулируют в зависимости от регистрируемой активности и затухания сигналов акустической эмиссии таким образом, чтобы количество нерегистрируемых сигналов не превышало 1-5%.In addition, the loading speed and frequency are regulated depending on the recorded activity and attenuation of acoustic emission signals so that the number of unregistered signals does not exceed 1-5%.

На фиг.1 приведен график зависимости прикладываемой нагрузки от времени в процессе акустико-эмиссионного контроля.Figure 1 shows a graph of the dependence of the applied load on time in the process of acoustic emission control.

На фиг.2 приведен график зависимости числа сигналов акустической эмиссии от нагрузки, прикладываемой к конструкции при статическом нагружении.Figure 2 shows a graph of the dependence of the number of acoustic emission signals on the load applied to the structure under static loading.

На фиг. 3 приведены зависимости нагрузки и активности сигналов акустической эмиссии от времени.In FIG. Figure 3 shows the time dependences of the load and activity of acoustic emission signals.

На фиг.4 приведена локализация сигналов акустической эмиссии при испытаниях боковой рамы тележки грузового вагона.Figure 4 shows the localization of acoustic emission signals when testing the side frame of the truck wagon.

Предложенный способ осуществляется следующим образом. Сначала устанавливают критическое значение нагрузки Pкр, равное максимальной рабочей нагрузке конструкции Pраб, а критический коэффициент регрессии kкр, равным:The proposed method is as follows. First set critical load value P cr equal to the design maximum working load P slave, and the critical regression coefficient k cr equal to:

k к р = ( 3 5 ) Δ N Б Δ P Б

Figure 00000005
k to R = ( 3 ... 5 ) Δ N B Δ P B
Figure 00000005

где ΔPБ, ΔNБ - соответственно изменения нагрузки и числа сигналов акустической эмиссии при испытаниях бездефектных конструкций, не бывших в эксплуатации.where ΔP B , ΔN B are, respectively, changes in the load and the number of acoustic emission signals during testing of defect-free structures that were not in operation.

Затем проводят статическое нагружение (фиг.1), прикладывая к конструкции монотонно возрастающую нагрузку до величины Pст, которая на (5…10) % выше максимальной рабочей нагрузки. Одновременно проводят прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии, оцифровку акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех. Регистрируют число сигналов акустической эмиссии и нагрузку линейного участка стационарной акустической эмиссии (фиг.2) и определяют коэффициент регрессии k 0 = Δ N Δ P

Figure 00000006
. В процессе статического нагружения регистрируют число сигналов N и нагрузку P0 начала линейного участка стационарной акустической эмиссии по графику изменения N(P) и k0=tg(α) (фиг.2):Then, static loading is carried out (Fig. 1), applying a monotonically increasing load to the structure to the value of P article , which is (5 ... 10)% higher than the maximum working load. At the same time, receiving, recording and evaluating the parameters of acoustic emission signals, digitizing acoustic signals, their preliminary processing, filtering interference. The number of acoustic emission signals and the load of the linear portion of the stationary acoustic emission are recorded (FIG. 2) and the regression coefficient is determined k 0 = Δ N Δ P
Figure 00000006
. In the process of static loading, the number of signals N and the load P 0 of the beginning of the linear section of stationary acoustic emission are recorded according to the graph of changes in N (P) and k 0 = tg (α) (Fig. 2):

N = k 0 ( P P 0 )

Figure 00000007
, N = k 0 ( P - P 0 )
Figure 00000007
,

Если нагрузка начала линейного участка P0 больше критической P0>Pкр или коэффициент k0<kкр, то проводят циклическое нагружение (фиг.1). Частоту циклического нагружения регулируют в зависимости от максимальной активности N ˙

Figure 00000008
сигналов акустической эмиссии (фиг.3):If the load at the beginning of the linear section P 0 is greater than the critical P 0 > P cr or the coefficient k 0 <k cr , then carry out a cyclic loading (figure 1). The frequency of cyclic loading is regulated depending on the maximum activity N ˙
Figure 00000008
acoustic emission signals (figure 3):

V l + 1 = v 0 N ˙ к р N ˙ j + N ˙ к р 2

Figure 00000009
, V l + one = v 0 N ˙ to R N ˙ j + N ˙ to R 2
Figure 00000009
,

где l - порядковый номер цикла; V0 - начальная частота, соответствующаяwhere l is the sequence number of the cycle; V 0 - the initial frequency corresponding

1 2 Δ t = ( 30..40 ) c

Figure 00000010
. one 2 Δ t = ( 30..40 ) c
Figure 00000010
.

В процессе циклического нагружения скорость изменения нагрузки V регулируют в зависимости от активности сигналов акустической эмиссии N ˙

Figure 00000011
и их затухания следующим образом (фиг.3). Устанавливают начальную скорость изменения нагрузки, равной V 0 = P с т Δ t
Figure 00000012
. На интервале времени tj определяют активность сигналов акустической эмиссии N ˙ j
Figure 00000013
. При этом скорость изменения нагрузки Vj+1 в следующий момент времени tj+1 устанавливают равной:During cyclic loading, the rate of change of load V is regulated depending on the activity of acoustic emission signals N ˙
Figure 00000011
and their attenuation as follows (figure 3). Set the initial rate of change of load equal to V 0 = P from t Δ t
Figure 00000012
. On the time interval t j determine the activity of acoustic emission signals N ˙ j
Figure 00000013
. The rate of change of load V j + 1 at the next time t j + 1 is set equal to:

V j + 1 = v 0 N ˙ к р N ˙ j + N ˙ к р 2

Figure 00000014
V j + one = v 0 N ˙ to R N ˙ j + N ˙ to R 2
Figure 00000014

где N ˙ к р

Figure 00000015
- предельная активность сигналов акустической эмиссии, которая может быть зарегистрирована в данной конструкции и зависящая от коэффициента затухания δ:Where N ˙ to R
Figure 00000015
- the ultimate activity of acoustic emission signals, which can be recorded in this design and depending on the attenuation coefficient δ:

N к р = k 3 δ

Figure 00000016
, N to R = k 3 δ
Figure 00000016
,

где k3 - коэффициент затухания, равный отношению максимальной амплитуды сигналов акустической эмиссии к порогу регистрации. Такая скорость нагружения позволяет регистрировать максимальное число сигналов акустической эмиссии в объекте контроля и получать более достоверную информацию о его состоянии.where k 3 is the attenuation coefficient equal to the ratio of the maximum amplitude of the acoustic emission signals to the detection threshold. This loading rate allows you to record the maximum number of acoustic emission signals in the control object and to obtain more reliable information about its state.

На фиг.3 в интервале времени tj-1 наблюдается высокая активность N ˙

Figure 00000017
сигналов акустической эмиссии, поэтому для интервала времени tj устанавливают низкую скорость изменения нагрузки V, а в интервал времени tj наблюдается низкая активность сигналов акустической эмиссии, поэтому устанавливают высокую скорость изменения нагрузки для интервала времени tj+1.Figure 3 in the time interval t j-1 there is a high activity N ˙
Figure 00000017
acoustic emission signals, therefore, for the time interval t j set a low rate of change of load V, and in the time interval t j there is a low activity of acoustic emission signals, therefore, set a high rate of change of load for the time interval t j + 1 .

Если нагрузка начала линейного участка P0 меньше критической P0<Pкр и коэффициент k0>kкр, то нагружение останавливают и конструкцию бракуют.If the load at the beginning of the linear section P 0 is less than the critical P 0 < P cr and the coefficient k 0 > k cr , then loading is stopped and the structure is rejected.

Максимальную нагрузку цикла постепенно повышают на (2…5) % через каждые Δn циклов в зависимости от коэффициента k 0 = Δ N Δ P

Figure 00000006
до нагрузки, превышающей максимальную рабочую нагрузку на (15…20) %.The maximum load of the cycle is gradually increased by (2 ... 5)% every Δn cycles, depending on the coefficient k 0 = Δ N Δ P
Figure 00000006
up to a load exceeding the maximum working load by (15 ... 20)%.

В процессе циклического нагружения регистрируют и накапливают в промежутке времени, соответствующем Δn циклов, число сигналов N и нагрузку P, по которым определяют нагрузку P0 начала линейного участка стационарной акустической эмиссии и коэффициент k0 отношения изменения числа сигналов ΔN акустической эмиссии к изменению нагрузки ΔP. Если после Δn циклов коэффициент k0<kкр, то амплитуду циклической нагрузки повышают на (2…5) %. Если при достижении максимальной нагрузки на (15…20) % выше максимальной рабочей нагрузки и выполняется неравенство k0<kкр, то конструкцию считают бездефектной.In the process of cyclic loading, the number of signals N and the load P, which determine the load P 0 of the beginning of the linear section of stationary acoustic emission and the coefficient k 0 of the ratio of the change in the number of acoustic emission signals ΔN to the load change ΔP, are recorded and accumulated in the time interval corresponding to Δn cycles. If after Δn cycles the coefficient k 0 <k cr , then the amplitude of the cyclic load is increased by (2 ... 5)%. If when the maximum load on (15 ... 20)% above the maximum workload and the inequality k 0 <k cr, the structure is considered a defect-free.

Предложенный способ был реализован при контроле боковых рам коробчатого сечения тележки грузового вагона. Максимальная рабочая нагрузка конструкции с разрешенной статической нагрузкой на ось, равной P о с ь = 230 к Н

Figure 00000018
, и с учетом динамики движения принята равной P р а б = P о с ь + 0 , 6 P о с ь = 368 к Н
Figure 00000019
.The proposed method was implemented in the control of the side frames of the box-shaped section of the freight car truck. The maximum working load of the structure with the permitted static axle load equal to P about from b = 230 to N
Figure 00000018
, and taking into account the dynamics of movement is taken equal P R but b = P about from b + 0 , 6 P about from b = 368 to N
Figure 00000019
.

Критическое значение нагрузки установили равным P к р = P р а б = 368 к Н

Figure 00000020
, а критический коэффициент, определенный экспериментально в предварительных испытаниях новых боковых рам без усталостных дефектов, равным:The critical load value was set equal to P to R = P R but b = 368 to N
Figure 00000020
, and the critical coefficient determined experimentally in preliminary tests of new side frames without fatigue defects is equal to:

k к р = 0 , 43 1 к H . ( 1 )

Figure 00000021
k to R = 0 , 43 one to H . ( one )
Figure 00000021

Затем провели статическое нагружение боковой рамы монотонно возрастающей нагрузкой до величины P с т = 387 к Н

Figure 00000022
и одновременно проводили прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии, оцифровку акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода акустических сигналов и вычисление по нему координат развивающихся дефектов (Диагностика объектов транспорта методом акустической эмиссии /Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н. и др. - / Под ред. Л.Н. Степановой, В.В. Муравьева - М.: Машиностроение, 2004, с. 74-81). Локализация сигналов акустической эмиссии в исследуемой боковой раме коробчатого сечения тележки грузового вагона приведена на фиг.4.Then we conducted a static loading of the side frame with a monotonously increasing load to a value P from t = 387 to N
Figure 00000022
and simultaneously received, recorded and evaluated the parameters of acoustic emission signals, digitized acoustic signals, their preliminary processing, filtering interference, recording the time of arrival of acoustic signals and calculating the coordinates of developing defects from it (Diagnostics of transport objects by acoustic emission / A. Seryozhnov, Stepanova L.N. et al. - / Under the editorship of L.N. Stepanova, V.V. Muravyev - M .: Mechanical Engineering, 2004, p. 74-81). The localization of acoustic emission signals in the studied lateral frame of the box section of a freight car truck is shown in Fig. 4.

В процессе предварительных испытаний установлено значение коэффициента затухания δ=5851 1/с и коэффициент, равный отношению максимальной амплитуды сигналов акустической эмиссии к порогу регистрации k3=46. При этом предельная активность сигналов акустической эмиссии составила N ˙ к р = 127 1 / c

Figure 00000023
. В процессе нагружения скорость изменения нагрузки V регулировали в зависимости от активности сигналов акустической эмиссии N ˙
Figure 00000024
(таблица 1).In the process of preliminary tests, the attenuation coefficient δ = 5851 1 / s and a coefficient equal to the ratio of the maximum amplitude of the acoustic emission signals to the detection threshold k 3 = 46 were established. The maximum activity of acoustic emission signals was N ˙ to R = 127 one / c
Figure 00000023
. During loading, the rate of change in load V was regulated depending on the activity of acoustic emission signals N ˙
Figure 00000024
(Table 1).

В процессе статического нагружения определяют нагрузку начала линейного участка стационарной акустической эмиссии, равную P0=362 кН. При этом коэффициент, соответствующий отношению изменения числа сигналов акустической эмиссии, вызванных приращением нагрузки, равен k 0 = 0.18 1 к H

Figure 00000025
.In the process of static loading determine the load of the beginning of the linear section of stationary acoustic emission, equal to P 0 = 362 kN. In this case, the coefficient corresponding to the ratio of the change in the number of acoustic emission signals caused by the increment of the load is k 0 = 0.18 one to H
Figure 00000025
.

Таблица 1Table 1 Время, активность и скорость изменения нагрузки при статических испытанияхTime, activity and rate of change of load during static tests N ˙

Figure 00000026
п/п N ˙
Figure 00000026
p / p 00 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1010 11eleven 1212 1313 .... ti, ct i , c 00 0,50.5 1,01,0 1,51,5 2,02.0 2,52,5 3,03.0 3,53,5 4,04.0 4,54,5 5,05,0 5,55.5 6,06.0 6,56.5 .... N ˙ i
Figure 00000027
,
1/c
N ˙ i
Figure 00000027
,
1 / c
00 00 1010 18eighteen 1717 1616 1919 2121 14fourteen 1313 18eighteen 1010 18eighteen 1313 ....
Vi,
кH/c
V i
kH / c
12,912.9 12,912.9 12,912.9 11,011.0 9,89.8 9,99.9 10,010.0 9,79.7 9,49,4 10,410,4 10,510.5 9,89.8 11,011.0 9,89.8 ....

Из формулы (1) следует, что выполняется неравенство и коэффициент k0<kкр. Затем провели циклическое нагружение боковой рамы. Частоту циклического нагружения регулировали в зависимости от максимальной активности сигналов акустической эмиссии:From the formula (1) it follows that the inequality holds and the coefficient k 0 <k cr. Then, cyclic loading of the side frame was carried out. The frequency of cyclic loading was regulated depending on the maximum activity of acoustic emission signals:

V l + 1 = v 0 N ˙ к р N ˙ j + N ˙ к р 2

Figure 00000028
, V l + one = v 0 N ˙ to R N ˙ j + N ˙ to R 2
Figure 00000028
,

где l - порядковый номер цикла.where l is the sequence number of the cycle.

В таблице 2 приведены данные по частоте, активности и количеству циклов нагружения боковой рамы. Table 2 shows data on the frequency, activity and the number of loading cycles of the side frame.

Таблица 2table 2 Зависимость частоты и активности от количества циклов нагруженияDependence of frequency and activity on the number of loading cycles Номер циклаCycle number 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1010 11eleven .... N ˙ i

Figure 00000027
,
1/c N ˙ i
Figure 00000027
,
1 / c 55 88 1212 15fifteen 4four 124124 2525 2121 2929th 55 4242 .... v1, 1/cv 1 , 1 / c 0,200.20 0,370.37 0,360.36 0,340.34 0,320.32 0,380.38 0,140.14 0,290.29 0,300.30 0,270.27 0,370.37 ....

Максимальную нагрузку цикла повышали через каждые Δn=10 циклов на 18 кН до максимальной нагрузки 441 кН. Одновременно регистрировали и накапливали на базе Δn=10 циклов число сигналов N и нагрузку P, по которым определили нагрузку P0 начала линейного участка стационарной акустической эмиссии и коэффициент k0 отношения изменения числа сигналов акустической эмиссии к изменению нагрузки (таблица 3).The maximum load of the cycle was increased every Δn = 10 cycles by 18 kN to a maximum load of 441 kN. At the same time, the number of signals N and the load P were determined and accumulated on the basis of Δn = 10 cycles and the load P was used to determine the load P 0 of the beginning of the linear section of stationary acoustic emission and the coefficient k 0 of the ratio of the change in the number of acoustic emission signals to the load change (table 3).

Поскольку после 30 циклов коэффициент k0=0,48 1/кН превышает критическое значение, равное kкр=0,43 1/кН, а нагрузка P0=321 кН ниже критического значения Pкр=368 кН, то боковую раму бракуют.Since after 30 cycles the coefficient k 0 = 0.48 1 / kN exceeds the critical value equal to k cr = 0.43 1 / kN , and the load P 0 = 321 kN below the critical value P cr = 368 kN, the side frame is rejected.

Таблица 3Table 3 Зависимость нагрузки P0 начала линейного участка стационарной акустической эмиссии и коэффициента K0 изменения числа сигналов к изменению нагрузки от номера цикла нагруженияThe dependence of the load P 0 the beginning of the linear section of stationary acoustic emission and the coefficient K 0 changes in the number of signals to change the load on the number of the loading cycle Номер циклаCycle number 1010 20twenty 30thirty P0, кНP 0 , kN 351351 346346 321321 k0, 1/кНk 0 , 1 / kN 0,320.32 0,390.39 0,480.48

Способ был опробован экспериментально на 12 дефектных и бездефектных боковых рамах коробчатого сечения тележек грузовых вагонов. Результаты измерения параметров диагностирования двенадцати боковых рам представлены в таблице 4.The method was tested experimentally on 12 defective and defect-free side frames of the box-shaped section of the trucks of freight cars. The measurement results of the diagnostic parameters of the twelve side frames are presented in table 4.

По параметрам регистрируемых сигналов акустической эмиссии устанавливают оптимальные для выявления дефектов параметры нагружения. Скорость изменения нагрузки и частоту циклического нагружения регулируют в зависимости от активности сигналов акустической эмиссии. При увеличении активности скорость изменения нагрузки уменьшают, а при снижении активности - повышают. Таким образом, в отличие от прототипа, уменьшается вероятность пропуска сигналов акустической эмиссии от развивающихся дефектов из-за наложения сигналов акустической эмиссии, как при статическом, так и при циклическом нагружении. Кроме того, заявляемый способ позволяет обнаруживать дефекты, которые при нагружении монотонно возрастающей нагрузкой не выявлялись. Повышение вероятности выявления дефекта, по сравнению с прототипом, достигается за счет накопления сигналов акустической эмиссии при циклическом нагружении и постепенного увеличения амплитудного значения нагрузки. При этом обеспечивается оптимальная затрата времени, что особенно важно при организации поточного контроля конструкций в депо.The parameters of the recorded acoustic emission signals establish the optimal loading parameters for detecting defects. The rate of change of the load and the frequency of cyclic loading are controlled depending on the activity of the acoustic emission signals. With an increase in activity, the rate of change in load is reduced, and with a decrease in activity, it is increased. Thus, unlike the prototype, the probability of missing acoustic emission signals from developing defects due to the superposition of acoustic emission signals, both under static and cyclic loading, is reduced. In addition, the inventive method allows you to detect defects that when loading monotonically increasing load was not detected. The increase in the probability of detecting a defect, in comparison with the prototype, is achieved due to the accumulation of acoustic emission signals during cyclic loading and a gradual increase in the amplitude value of the load. At the same time, optimal time is ensured, which is especially important when organizing flow control of structures in a depot.

Таблица 4Table 4 Результаты диагностирования боковых рам грузовых вагонов при величине базовой статической нагрузки, равной 387 кН, и kкр=0,43Results diagnosing side frames freight cars at the value of the basic static load of 387 kN and k cr = 0.43 Зав. № деталиHead Part No. Число сигналовNumber of signals k0 cm, 1/кНk 0 cm, 1 / kN k, 1/кНk 0c , 1 / kN кНkN Количество цикловThe number of cycles Результат контроляControl result T103T103 66 0,0150.015 0,070,07 441441 4040 ГоднаяFit 87528752 1010 0,0260,026 0,160.16 441441 4040 ГоднаяFit 1964419644 4four 0,080.08 0,110.11 441441 4040 ГоднаяFit 2503625036 88 0,170.17 0,270.27 441441 4040 ГоднаяFit 5310453104 99 0,180.18 00 441441 4040 ГоднаяFit 2596925969 1616 0,40.4 0,660.66 405405 20twenty БракMarriage T91013T91013 77 0,180.18 0,480.48 441441 4040 БракMarriage 81728172 1717 0,680.68 -- -- -- БракMarriage 7915179151 1616 0,320.32 0,550.55 387387 1010 БракMarriage 64926492 1919 0,440.44 -- -- -- БракMarriage 66676667 1717 0,360.36 1,621,62 405405 20twenty БракMarriage 6699166991 20twenty 0,440.44 -- -- -- БракMarriage

Claims (3)

1. Акустико-эмиссионный способ диагностирования металлических конструкций, включающий прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения конструкции, оцифровку акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, отличающийся тем, что сначала устанавливают критические значения нагрузки Pкр и коэффициента регрессии kкр, характеризующего изменение числа сигналов акустической эмиссии к изменению нагрузки для бездефектной конструкции, затем конструкцию нагружают до значения нагрузки, превышающей рабочую на (5…10) %, регистрируют при этом число сигналов и нагрузку линейного участка стационарной акустической эмиссии, регистрируют при этом коэффициент регрессии k0, после чего конструкцию нагружают циклической нагрузкой, амплитудное значение которой повышают постепенно на (2…5) %, и при достижении превышения на (15…20) % рабочей нагрузки нагружение прекращают, если в процессе контроля k0<kкр, то конструкцию считают бездефектной, а при значении k0>kкр конструкцию бракуют.1. The acoustic emission method for diagnosing metal structures, including receiving, recording and evaluating the parameters of acoustic emission signals at the time of loading the structure, digitizing acoustic signals, their preliminary processing, filtering interference, characterized in that the critical load values P cr and the regression coefficient are first set k cr characterizing a change in the number of acoustic emission signals to a change in load for a defect-free design, then the design is loaded to a load value loads exceeding the working one by (5 ... 10)%, in this case, the number of signals and the load of the linear section of the stationary acoustic emission are recorded, the regression coefficient k 0 is recorded, after which the structure is loaded with a cyclic load, the amplitude value of which is gradually increased by (2 ... 5 )%, and when the excess by (15 ... 20)% of the workload is reached, loading is stopped, if during the control process k 0 <k cr , then the structure is considered defect-free, and if k 0 > k cr the structure is rejected. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что критический коэффициент регрессии определяют по формуле k к р = ( 3 .. 5 ) Δ N Б Δ P Б
Figure 00000029
, где ΔPБ, ΔNБ - соответственно изменения нагрузки и числа сигналов акустической эмиссии бездефектной конструкции.
2. The method according to claim 1, characterized in that the critical regression coefficient is determined by the formula k to R = ( 3 .. 5 ) Δ N B Δ P B
Figure 00000029
, where ΔP B , ΔN B are, respectively, changes in the load and the number of acoustic emission signals of a defect-free design.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость и частоту нагружения регулируют в зависимости от регистрируемой активности и затухания сигналов акустической эмиссии таким образом, чтобы количество нерегистрируемых сигналов не превышало 1-5%. 3. The method according to claim 1, characterized in that the speed and frequency of loading is regulated depending on the recorded activity and attenuation of the acoustic emission signals so that the number of unregistered signals does not exceed 1-5%.
RU2013124375/28A 2013-05-27 2013-05-27 Acoustic-emission method to diagnose metal structures RU2537747C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013124375/28A RU2537747C1 (en) 2013-05-27 2013-05-27 Acoustic-emission method to diagnose metal structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013124375/28A RU2537747C1 (en) 2013-05-27 2013-05-27 Acoustic-emission method to diagnose metal structures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013124375A RU2013124375A (en) 2014-12-10
RU2537747C1 true RU2537747C1 (en) 2015-01-10

Family

ID=53287865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013124375/28A RU2537747C1 (en) 2013-05-27 2013-05-27 Acoustic-emission method to diagnose metal structures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2537747C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2671152C1 (en) * 2017-07-20 2018-10-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Acoustic emission signal processing method
RU2676219C1 (en) * 2017-10-19 2018-12-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) Structures acoustic-emission control method
RU2737235C1 (en) * 2020-03-26 2020-11-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") Method of identifying sources of acoustic emission

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU160031A1 (en) *
SU1742669A1 (en) * 1990-01-09 1992-06-23 Опытный завод энергетического машиностроения Method for determining nickel-based alloy microstructure
RU2210766C1 (en) * 2001-12-21 2003-08-20 Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого Procedure to conduct acoustic emission test with use of single-channel equipment
WO2008069847A2 (en) * 2006-07-25 2008-06-12 Luna Innovations Incorporated Ultrasonic material monitor for determining a characteristic of the material
RU2339938C1 (en) * 2007-02-14 2008-11-27 ФГУП "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" (ФГУП "СибНИА им. С.А. Чаплыгина") Method of diagnosing metallic structures and device for implementing method
WO2011138027A1 (en) * 2010-05-05 2011-11-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for non-destructive material testing by means of ultrasound

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU160031A1 (en) *
SU1742669A1 (en) * 1990-01-09 1992-06-23 Опытный завод энергетического машиностроения Method for determining nickel-based alloy microstructure
RU2210766C1 (en) * 2001-12-21 2003-08-20 Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого Procedure to conduct acoustic emission test with use of single-channel equipment
WO2008069847A2 (en) * 2006-07-25 2008-06-12 Luna Innovations Incorporated Ultrasonic material monitor for determining a characteristic of the material
RU2339938C1 (en) * 2007-02-14 2008-11-27 ФГУП "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" (ФГУП "СибНИА им. С.А. Чаплыгина") Method of diagnosing metallic structures and device for implementing method
WO2011138027A1 (en) * 2010-05-05 2011-11-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for non-destructive material testing by means of ultrasound

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2671152C1 (en) * 2017-07-20 2018-10-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Acoustic emission signal processing method
RU2676219C1 (en) * 2017-10-19 2018-12-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) Structures acoustic-emission control method
RU2737235C1 (en) * 2020-03-26 2020-11-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") Method of identifying sources of acoustic emission

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013124375A (en) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Alemi et al. Condition monitoring approaches for the detection of railway wheel defects
CN110389170B (en) Train component crack damage detection method and system based on Lamb wave imaging
US10203306B2 (en) Resonant signal analysis-based inspection
WO2019201177A1 (en) Train component crack damage monitoring method and system
US7426447B2 (en) Method and system for monitoring structural damage
US9310340B2 (en) Resonant signal analysis-based inspection of rail components
Brizuela et al. Railway wheel-flat detection and measurement by ultrasound
RU2537354C2 (en) Method and device for rail vehicle ride performance control
JP6315810B2 (en) Anomaly detection method for railway bridge support
Carboni et al. An acoustic emission based structural health monitoring approach to damage development in solid railway axles
RU2537747C1 (en) Acoustic-emission method to diagnose metal structures
US20180283992A1 (en) Wheel condition monitoring
JP6050152B2 (en) Non-contact evaluation method for damage to bearing parts of railway bridges
RU2612951C1 (en) Method to determine residual operation time of vehicle assembly
US11371875B2 (en) Nondestructive inspection method and nondestructive inspection system
Crognale et al. An integrated vibration-image procedure for damage identification in steel trusses
Stepanova et al. Acoustic-emission testing of solebars with boxlike cross sections
RU2735130C1 (en) Method of estimating service life of a rolling bearing
RU2293304C2 (en) Method for non-destructive control over quality of parts
Bobrov et al. Studying the parameters of acoustic emission signals during inspection of cast parts of a freight car truck
RU2601467C2 (en) Method of determining fitness of cargo railway cars by size of gaps in side bearings
Ardani et al. Application of proper orthogonal decomposition to bridge damage detection-field investigations
Bekher et al. Increasing the reliability of quality control of the wheels of freight cars in motion using digital data processing
Yao et al. Small-scale rail flaw detection car design and damage position estimation
RU2676219C1 (en) Structures acoustic-emission control method

Legal Events

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

Effective date: 20200528