Способ исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах

Использование: для исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах. Сущность: что проводят акустико-эмиссионнные измерения сигналов образования трещин в хрупком тензопокрытии, при этом дополнительно измеряют концентрацию аэрозолей в приповерхностном слое хрупкого тензопокрытия, при этом при скорости изменения нагрузки до 0,1 кН/с с учетом 30-секундной поправки на задержку регистрации диагностируют процесс разрушения оксидной пленки тензоиндикатора и материала подложки. Технический результат: обеспечение возможности диагностики предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения конструкций в процессе их технической эксплуатации, а также оценки прочности, выявления дефектов и зон действия максимальных напряжений в условиях стендовых и натурных испытаний образцов и деталей. 4 ил.

 

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля материалов и изделий по условиям прочности и предназначено для контроля процесса трещинообразования хрупких тензоиндикаторов при изменении уровня нагруженности в исследуемых зонах конструкции.

Известен способ исследования деформаций и напряжений в деталях, например в элементах металлических конструкций инженерных сооружений, с помощью хрупко-акустического метода, предусматривающий проведение следующих действий: нанесение хрупкого тензочувстительного покрытия на исследуемую поверхность детали, отверждение покрытия /RU 2345324 С1, МПК G01N 29/14, опубл. 2009/.

К недостаткам известного способа можно отнести следующее. Акустико-эмиссионнная система реагирует не только на сигналы образования трещин в хрупком тензопокрытии, но и на сигналы, вызванные структурной перестройкой материала конструкции в зонах пластической деформации, возникновением микротрещин, их слиянием, образованием макротрещины, ее развитием, а также различного рода помехам, возникающими при испытаниях.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка способа для диагностики предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения конструкций в процессе их технической эксплуатации, а также оценки прочности, выявления дефектов и зон действия максимальных напряжений в условиях стендовых и натурных испытаний образцов и деталей.

При осуществлении технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в счетной концентрации аэрозолей в приповерхностном слое, позволяющей регистрировать процессы структурной перестройки материала задолго до начала разрушения конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регистрации трещин в хрупких тензоиндикаторах, включающим проведение акустико-эмиссионнных измерений сигналов образования трещин в хрупком тензопокрытии, особенностью является то, что дополнительно измеряют концентрацию аэрозолей в приповерхностном слое хрупкого тензопокрытия, при этом при скорости изменения нагрузки до 0,1 кН/с с учетом 30 секундной поправки на задержку регистрации диагностируют процесс разрушения оксидной пленке тензоиндикатора и материала подложки.

Любые значительные изменения напряженно-деформированного состояния элементов конструкций, связанные со структурной перестройкой материала (пластическая деформация, образование и рост трещин), сопровождаются повышением концентрации аэрозолей в приповерхностном слое. Поскольку оптические анализаторы позволяют измерять не только счетную концентрацию, но и дисперсный состав аэрозолей, возникает возможность проанализировать изменение функции распределения микрочастиц f(Ω) по размерам в ходе мониторинга развивающегося процесса разрушения диагностируемого объекта.

Способ иллюстрируется материалами, где на фиг.1 приведена диаграмма нагружения тестового образца №01, построенная в координатах нагрузка (Р) - время (τ), на фиг.2 - графики изменения счетной концентрации микрочастиц, зарегистрированные на циклах нагружения образца №01 с применением лазерного счетчика аэрозольных частиц Lighthouse Handheld 3106, на фиг.3 приведена диаграмма нагружения тестового образца №02, построенная в координатах нагрузка (Р) - время (τ), на фиг.4 приведены графики изменения счетной концентрации микрочастиц размерных рядов 0,3-0,5 мкм, 0,5-1,0 мкм и 1,0-3,0 мкм, зарегистрированные на циклах нагружения образца №02 с применением лазерного счетчика Lighthouse Handheld 3106.

Для осуществления заявляемого способа использовали комплексную систему, включающую лазерный счетчика аэрозольных частиц Lighthouse Handheld 3106 и преобразователи акустической эмиссии (ПАЭ) с системой А-Line 32D состояния хрупких оксидных тензоиндикаторов и материала подложки при испытаниях образцов из высокопрочного алюминиевого сплава В95 на разрыв.

Лазерный счетчик аэрозольных частиц Lighthouse Handheld 3106, с большой точностью определяет концентрацию микрочастиц с диаметром от 0,3 до 10 мкм в пространстве приемной камеры. Насос пробоотборника со скоростью 2,83 л/мин забирает из приемной камеры, герметично закрепляемой на диагностируемом объекте, пробу воздуха объемом 1,416 л. Для определения численности взвешенных частиц в приборе используется лазерный источник света и фокусирующая оптическая система. Частицы, проходя через луч лазерного излучателя, рассеивают его, а фокусирующая оптическая система направляет свет на фотодиод, который преобразует рассеиваемый частицами свет в электрические импульсы. По величине импульса определяется размер частицы. Импульсы подсчитываются, а их амплитуда служит характеристикой размеров частиц. Результаты измерений показывают количество частиц в канале, соответствующих определенному размерному ряду.

Образование трещин в хрупких тензопокрытиях имеет «взрывной характер» и охватывает процессы передачи и диссипации энергии, не только в покрытии и подложке, но и в окружающей среде. Высвобождаемая в процессе трещинообразования тензопокрытия энергия упругой деформации генерирует волны акустической эмиссии и выброс микрочастиц покрытия в сопредельное пространство.

Длительность акустической волны, вызываемой образованием трещины в оксидном тензоиндикаторе, не превышает 10 мс. Следовательно, активный выброс микрочастиц оксидной пленки, включающих твердую и жидкую (гелеобразную) фазу, должен происходить в этот же период времени. Выброшенные микрочастицы попадают в сопредельный с тензопокрытием приповерхностный слой, толщина которого по данным проведенных исследований не более чем на два порядка превышает толщину разрушившейся оксидной пленки, т.е. составляет примерно 2-3 мм. Затем подхватываемые струей воздуха приточной вентиляцией, откачиваемой насосом пробы, они достигают рабочей камеры счетчика. Длительность процесса забора пробы воздуха и определения концентрации микрочастиц с применением счетчика Lighthouse Handheld 3106 составляет от 15 до 30 секунд. Следовательно, фактически регистрация образования трещины в оксидной пленки тензоиндикатора с применением лазерного счетчика аэрозолей, может происходить с задержкой относительно реального события более чем на 30 секунд. Если испытания образцов проводить с малой скоростью изменения нагрузки, эту задержку возможно контролировать, и установить определенное соответствие между численностью сигналов АЭ и концентрацией аэрозолей, регистрируемых при разрушении тензоиндикатора и материала подложки.

Эксперименты по замеру генерации аэрозолей с применением счетчика частиц Lighthouse Handheld 3106 при нагружении образцов с оксидными тензоиндикаторами на стенде MTS проводились в ходе трех этапов испытаний. При этом было испытано шесть образцов с различной толщиной оксидной пленки и уровнем пороговой деформации тензоиндикаторов.

На первом этапе испытаний исследовались два образца из сплава В95 с наклеенными оксидными тензоиндикаторами. Эксперимент был тестовый, и образцы имели обозначения №01 и №02. Для оценки границ возможного применения метода аэрозолей при использовании тензоиндикаторов в рабочем диапазоне чувствительностей от 500 до 2000-2500 мкм/м предполагалось в тестовых экспериментах получить тензоиндикаторы с минимальной и максимальной величиной пороговой деформации. Поэтому при их изготовлении были выбраны режимы электрохимического анодирования, обеспечивающие получение максимальной и минимальной чувствительности к деформациям. При этом толщина оксидной пленки тензоиндикатора на образце №01 могла составлять 30÷35 мкм, а на образце №02 - 10÷15 мкм.

Испытания образцов на стенде MTS выполнялось в ручном режиме в несколько циклов нагружения. Перед установкой образца на стенд на поверхность тензоиндикатора герметично крепилась приемная камера, позволяющая регистрировать выбросы микрочастиц при образовании трещин в оксидной пленке в процессе нагружения. Преобразователи акустической эмиссии закреплялись через слой смазки на противоположенной стороне образца. Так как визуальному наблюдению за процессом образования трещин в оксидном тензоиндикаторе мешала приемная камера, то регистрация трещин осуществлялась по сигналам акустической эмиссии с применением резонансных ПАЭ R 151 и GT 205. Эти преобразователи имели резонансные частоты 150 и 50 кГц, а полосы пропускания 70-200 кГц и 40-100 кГц соответственно.

Как следует из диаграммы (см. фиг.1), на первом цикле максимальная нагрузка достигала 10 кН, на втором - 10 кН, на третьем - 12 кН.

При испытаниях этого образца первые сигналы образования трещин в оксидной пленке тензоиндикатора были зарегистрированы ПАЭ при уровне нагрузке Р=3,9-4 кН. Так как площадь поперечного сечения в зоне действия максимальных напряжений равнялась 80 мм2, то значение порогового напряжение и пороговой деформации тензоиндикатора на образце №01 можно оценить величинами: σo=P/F=50 МПа, εoo/E=700 мкм/м. Таким образом, тензочувствительность оксидной пленки была несколько выше прогнозируемой (500 мкм/м), согласно графику фиг.5, толщина оксидной пленке тензоиндикатора на образце №01 примерно составляла 33 мкм.

На первом цикле нагружения по данным ПАЭ активное трещинообразование в оксидной пленке тензоиндикатора регистрировалось при повышении нагрузки свыше 4 кН и продолжалось до достижения максимального уровня Р=10 кН.

На втором цикле нагружения, который был близок к первому, как по скорости нагружения, так и уровню нагрузки, сигналы акустической эмиссии практически не регистрировались, т.е. образования новых трещин в оксидной пленке тензоиндикатора не происходило.

На третьем цикле нагружения активизация сигналов АЭ наблюдалась при повышении нагрузки свыше 10 кН и их регистрация продолжалась до достижения максимального уровня Р=12 кН. При этом величина максимальных растягивающих напряжений в подложке в три раза превышала пороговое значение σo=50 МПа тензоиндикатора, а численность трещин в оксидной пленке согласно графику рис.1.11 достигала ψ=50 тр./см. Всего на этом цикле нагружения ПАЭ зарегистрировали более 1000 сигналов. Во избежание разрушения тензоиндикатора и нарушения его целостности, необходимой для подсчета трещин в оксидной пленке и сопоставления с количеством сигналов акустической эмиссии, дальнейшее нагружение образца было прекращено.

Графики изменения счетной концентрации микрочастиц, зарегистрированные на циклах нагружения образца №01 с применением лазерного счетчика аэрозольных частиц Lighthouse Handheld 3106, приведены на фиг.2. Как следует из графика, на всех циклах нагружения с повышением нагрузки происходило увеличение концентрации микрочастиц всех контролируемых размерных рядов примерно в 1,5-2,0 раза. При этом наибольшая концентрация наблюдалась микрочастиц с размером 0,3-0,5 мкм. Существенный рост концентрации микрочастиц был заметен даже на втором цикле нагружения, когда образование новых трещин не должно было происходить. Такой эффект вероятно связан с задержкой регистрации концентрации аэрозолей в приемной камере, о чем говорилось выше. Во всех проведенных экспериментах с тензоиндикаторами наблюдалась следующая тенденция, чем меньше размерный ряд контролируемых микрочастиц, тем большая концентрация их отмечалась при трещинообразовании оксидной пленки.

Как следует из диаграммы нагружения образца №02 (см. фиг.3), на первом цикле максимальная нагрузка достигала 10 кН, на втором - 12 кН, на третьем - 12 кН. При испытаниях этого образца первые сигналы образования трещин в оксидной пленке тензоиндикатора были зарегистрированы ПАЭ только на втором цикле нагружения при уровне нагрузки Р=11,5-12 кН. Таким образом, значения порогового напряжения и пороговой деформации тензоиндикатора на образце №02 достигали: σo=P/F=150 МПа, εoo/Е=2000 мкм/м, что точно совпадало с прогнозируемой величиной тензочувствительности. Как следует из графика (фиг.3) изменения концентрации аэрозолей на циклах нагружения образца №02 при его испытаниях на растяжение существенное увеличение концентрации микрочастиц всех размерных рядов примерно в 2,5-3 раза наблюдалось лишь на третьем цикле нагружения после повышения нагрузки до максимального уровня Р=12 кН. Причем концентрация частиц оставалась достаточно высокой в течение 30-60 секунд даже после снятия нагрузки. Следует отметить, что по данным ПАЭ активная регистрация сигналов образования трещин в тензоиндикаторе наблюдалась лишь на втором цикле нагружения при повышении нагрузки до 11,5-12,0 кН. На третьем цикле нагружения регистрация сигналов акустической эмиссии практически отсутствовала. Это связано со значительной задержкой регистрации выбросов микрочастиц, происходящих в приемной камере. При испытаниях образца наблюдался подсос неочищенного воздуха, о чем свидетельствовал высокий начальный фон концентрации аэрозолей, достигавший 2000-3000 единиц.

Как следует из графиков, на всех циклах нагружения при выходе на режим максимальной нагрузки происходило существенное увеличение концентрации микрочастиц всех контролируемых размерных рядов. При этом наибольшую концентрацию практически до момента разрушения образца имели микрочастицы размерного ряда 0,3-0,5 мкм. Причем, если максимальная активность сигналов АЭ наблюдалась в процессе роста нагрузки, то пиковые концентрации микрочастиц были зарегистрированы уже после выхода на заданный уровень. Таким образом, на всех циклах нагружения прослеживается отставание процесса регистрации выбросов микрочастиц с применением лазерного счетчика от регистрации сигналов АЭ. Величина этого отставания в процессе эксперимента составляла не менее 30 секунд. Наиболее значительное расхождение наблюдалось перед предпоследним циклом. Образец был разгружен, но при этом была зарегистрирована пиковая концентрация микрочастиц с размером 0,3-0,5 мкм. При последующем повышении нагрузки наблюдалось снижение концентрации микрочастиц, которая достигла минимума при максимальном уровне нагрузки в предпоследнем цикле. Последующая разгрузка образца, вызвала новое пиковое повышение концентрации частиц в контролируемом пространстве. На этом этапе испытания образца сдвиг между процессами регистрации пиковых концентраций микрочастиц и регистрации активности сигналов АЭ был максимален и составлял полцикла нагружения.

Как показали результаты проведенных экспериментов, между реальным событием выброса микрочастиц, происходящим при разрушении тензоиндикатора и материала подложки, и их регистрацией с применением программы обработки результатов счетчиком аэрозолей Lighthouse Handheld 3106 имеет место задержка от 30 секунд.

Если скорость изменения нагрузки при испытаниях не велика и не превышает 0,1 кН/с, то с учетом 30 секундной поправки на задержку регистрации, можно достаточно точно диагностировать процесс разрушения оксидной пленке тензоиндикатора и материала подложки с применением лазерного счетчика аэрозолей Lighthouse Handheld 3106

Способ регистрации трещин в хрупких тензоиндикаторах, включающий проведение акустико-эмиссионнных измерений сигналов образования трещин в хрупком тензопокрытии, отличающийся тем, что дополнительно измеряют концентрацию аэрозолей в приповерхностном слое хрупкого тензопокрытия, при этом при скорости изменения нагрузки до 0,1 кН/с с учетом 30-секундной поправки на задержку регистрации диагностируют процесс разрушения оксидной пленки тензоиндикатора и материала подложки.



 

Похожие патенты:

Использование: для неразрушающего контроля технического состояния промышленных объектов. Сущность: заключается в том, что преобразователь акустической эмиссии содержит корпус и установленный в нем пьезоэлемент с протектором, а также, по меньшей мере, один пьезотрансформатор, соединенный последовательно с пьезоэлементом.

Использование: для определения координат источника акустической эмиссии. Сущность: заключается в том, что на контролируемом изделии на некотором расстоянии друг от друга устанавливают два преобразователя акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, после представления которого частотно-временной зависимостью на спектрограммах выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах определяют расстояния между преобразователем и источником акустической эмиссии, после чего по полученным результатам рассчитывают координаты дефекта изделия.

Изобретение относится к области методов контроля качества сталей и сплавов. Технический результат - повышение точности измерений.

Использование: для контроля прочности железобетонного изделия в условиях чистого изгиба. Сущность: заключается в том, что изделие циклически нагружают от нуля с постепенно возрастающей амплитудой до появления сигналов акустической эмиссии перед окончанием разгружения, и по среднему для максимальных нагрузок двух последних циклов судят о максимальной неразрушающей нагрузке изделия, причем при появлении сигналов акустической эмиссии перед окончанием разгружения определяют координаты ее источника (дефекта), амплитуды и нагрузки возникновения этих сигналов, после чего продолжают циклическое нагружение с повышением амплитуды, после каждого разгружения определяют координаты новых источников сигналов акустической эмиссии, амплитуды и нагрузки возникновения сигналов, контролируют изменение амплитуды и нагрузки возникновения сигналов для каждого источника от цикла к циклу, а при их возрастании у одного из источников прекращают нагружения.

Использование: для контроля качества материала образца методом акустической эмиссии. Сущность: способ заключается в том, что выполняют термическое с возрастающей температурой воздействие на образец и регистрацию возникающих в нем сигналов акустической эмиссии, при этом термическому воздействию подвергают серию однотипных из одного материала образцов до температуры 90°C и для каждого из них определяют среднее значение активности акустической эмиссии в диапазоне 30÷90°C, каждый из серии образцов подвергают одноосному механическому нагружению, по результатам которого определяют его предел прочности при сжатии, строят тарировочную кривую, описывающую взаимосвязь между средней активностью акустической эмиссии и пределом прочности материала для всей серии испытанных образцов, по которой определяют прочность материала вновь испытываемых образцов того же типа, по их средней активности термоакустической эмиссии, в диапазоне от 30°C до 90°C.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено для выявления трещиновидных дефектов в образцах скальных геоматериалов. .
Изобретение относится к исследованию деформаций и напряжений и может быть использовано для исследования деформаций и напряжений в деталях, например в элементах металлических конструкций инженерных сооружений.

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к термической обработке металлов, и может использоваться при контроле параметров сталей акустическими методами.

Изобретение относится к области контроля технологических процессов, связанных с импрегнированием материалов, в частности пропитка материала жидким реагентом, например в области электротехники (пропитка электродвигателей).

Изобретение относится к акустико-эмиссионному (АЭ) методу неразрушающего контроля и диагностики и может быть использовано для определения степени опасности развивающихся дефектов, снижающих прочность изделия типа сосуда, аппарата, трубопровода, подъемной машины, мостовой конструкции.

Использование: для контроля процесса трещинообразования хрупких тензоиндикаторов при изменении уровня нагруженности в исследуемых зонах конструкции. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют акустико-эмиссионные измерения сигналов образования трещин в хрупком тензопокрытии с дополнительным измерением концентрации аэрозолей в приповерхностном слое хрупкого тензопокрытия.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для раннего выявления и измерения опасных деформаций ползучести в труднодоступных элементах конструкций.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения поперечных деформаций объектов и образцов при механических испытаниях, объектов, деформирующихся под действием внешней нагрузки.

Изобретение относится к технике испытаний материалов на прочность и жесткость при растяжении образцов. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения деформаций образцов при механических испытаниях. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к измерительной технике, и может быть использовано при определении физико-механического состояния материала образцов как с электропроводными покрытиями, так и без электропроводных покрытий.

Изобретение относится к области диагностирования строительных конструкций и их элементов, имеющих дефекты в виде трещин, в процессе эксплуатации. .

Изобретение относится к горному делу, используется для автоматизированного контроля взаимного смещения элементов забоя и горных выработок. .

Изобретение относится к области гидрогеологии и инженерной геологии и может найти применение при оценке деформации поверхности земли. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к образцовым средствам измерения, предназначенным для поверки датчиков измерения малых перемещений. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для калибровки датчика измерения малых перемещений, содержащем основание, стойку, подвижный и неподвижный измерительные стержни, измерительные устройства в виде индикатора многооборотного и/или голографического длинномера, согласно изобретению в основании размещен винт, взаимодействующий с толкающим клином, поджатым пружиной горизонтальной, на наклонную поверхность которого опирается поджатый пружиной вертикальной подвижный измерительный стержень, имеющий возможность перемещения внутри неподвижного измерительного стержня посредством толкающего клина, на основании закреплена стойка, на которой соосно с подвижным и неподвижным измерительными стержнями размещены индикатор многооборотный и/или голографический длинномер, соединенный с электронным блоком, а калибруемый датчик измерения малых перемещений закреплен на подвижном и неподвижном измерительных стержнях. Технический результат - повышение качества измерения малых перемещений при калибровке датчиков измерения малых перемещений и создание конструкции калибратора для удобной работы в условиях перчаточного бокса. 1 ил.

Использование: для исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах. Сущность: что проводят акустико-эмиссионнные измерения сигналов образования трещин в хрупком тензопокрытии, при этом дополнительно измеряют концентрацию аэрозолей в приповерхностном слое хрупкого тензопокрытия, при этом при скорости изменения нагрузки до 0,1 кНс с учетом 30-секундной поправки на задержку регистрации диагностируют процесс разрушения оксидной пленки тензоиндикатора и материала подложки. Технический результат: обеспечение возможности диагностики предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения конструкций в процессе их технической эксплуатации, а также оценки прочности, выявления дефектов и зон действия максимальных напряжений в условиях стендовых и натурных испытаний образцов и деталей. 4 ил.

Наверх