Локация источников акустической эмиссии с учетом волноводных свойств объекта контроля

Мурая, Елена Николаевна

Локация источников акустической эмиссии с учетом волноводных свойств объекта контроля тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

Мурая, Елена Николаевна АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Хабаровск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2008 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.06 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Локация источников акустической эмиссии с учетом волноводных свойств объекта контроля»

Автореферат диссертации на тему "Локация источников акустической эмиссии с учетом волноводных свойств объекта контроля"

На правах рукоппсм

и-

ач/

Мурая Елена Николаевна

ЛОКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ АКУСТИЧЕСКОЙ эмиссии С УЧЕТОМ ВОЛНОВОДНЫХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ

Специальность 01.04.06 - Акустика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток -2008

003450555

Работа выполнена в Дальневосточном государственном университете путей сообщения (г. Хабаровск)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Кондратьев Александр Иванович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Касаткин Борис Анатольевич

доктор технических наук, профессор Римлянд Владимир Иосифович

Ведущая организация:

Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН (г. Владивосток)

Защита состоится «21 » ноября 2008 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 005.017.01 при Тихоокеанском океанологическом институте ДВО РАН по адресу: 690041, Владивосток, ул. Балтийская, 43, ТОЙ ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТОЙ ДВО РАН

Автореферат разослан « !Ь » -Ю 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Коренбаум В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Хрупкие разрушения технических и природных объектов в настоящее время не являются редкостью. Статистика аварий, регулярно приводимая в журнале Госгортехнадзора России («Безопасность труда в промышленности»), свидетельствует о том, что довольно часты случаи разрушений таких технических объектов, как трубопроводы, сосуды давления, подъемно-транспортные механизмы, шахтные и горнопромышленные сооружения и др. Последствия от произошедших при этом аварий могут сопровождаться значительными финансовыми, материальными и экологическими потерями. Поэтому весьма актуальной является проблема предотвращения внезапных разрушений технических объектов и сооружений.

Одним из эффективных способов обнаружения и оценки параметров микроразрушений является их акустическая локация, т.е. акустико-эмиссионные методы контроля и диагностики.

Метод акустической эмиссии, основан на регистрации и обработке «параметров» волн напряжений, возникающих в результате формирования, изменения и разрушения структур различных материалов.

Основные проблемы современной акустико-эмиссионной диагностики (АЭД) заключаются в следующем:

• в отсутствии надежных и достаточно простых методов селекции «полезного» сигнала, которые не позволяют выделить его на фоне помех;

• отсутствии простых и надежных алгоритмов локации источников акустической эмиссии (АЭ), обеспечивающих проведение контроля при произвольном расположении приемников сигнала;

• анализ погрешностей локации источников АЭ, как правило, представлен в общем виде без «привязки» к объекту контроля, материалу изделия, типу используемых волн и т.д.

Анализ волноводных свойств объекта, акустическая аттестация приемных преобразователей и аттестация «объект+аппаратура», разработка алгоритмов аттестации и отсеивания ложных сигналов позволяет существенно повысить качество выявления дефектов, что непосредственно влияет на результативность акустико-эмиссионного метода контроля и является актуальной задачей.

Цель работы. Исследования факторов влияющих на результативность и достоверность акустико-эмиссионного метода контроля.

Решаемые задачи. В процессе выполнения работы были поставлены и решены следующие задачи:

1. Теоретические и экспериментальные исследования влияния волноводных свойств объекта контроля на результаты АЭД.

2. Разработка методов аттестации приемников сигналов АЭ.

3. Разработка алгоритма акустической аттестации объектов контроля (ОК).

4. Обобщение математических моделей и методов автоматизации расчетов координат источников сигнала АЭ с применением вычислительной техники.

5.Получение аналитических решений задачи расчета координат источников АЭ и их анализ.

6. Разработка алгоритмов компьютерных программ для выделения очагов микроразрушений твердых тел; их визуализация и оценка параметров.

7. Анализ погрешностей акустико-эмиссионных систем локации дефектов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись теоретические и экспериментальные методы акустики твердого тела, математического и компьютерного моделирования.

Научная новизна

1. Экспериментально выявлены особенности формирования дисперсионных искажений сигнала в различных объектах. Определены области частот, для которых характерны минимальные искажения сигнала для объектов типа стержень, пластина, труба.

2. Разработана программа обработки данных акустической аттестации системы «объект + аппаратура», позволяющая уменьшить число искомых параметров при восстановлении амплитуды акустических сигналов в источнике и обеспечивающая учет волноводных свойств объекта контроля и неоднородность его упругих свойств.

3.Разработана программа локации источников АЭ. Создана библиотека процедур, позволяющая реализовать основные операции локации источников АЭ, объединить их в очаги микроразрушений и оценить параметры очагов.

4. Рассмотрена возможность аналитического анализа ошибок локации источников АЭ при различных схемах расположения приемников.

5. Предложена методика исключения грубых ошибок локации, построенная с учетом волноводных свойств объекта, что позволяет снизить погрешности, связанные с ложными отсчетами координат, за счет удаления грубых ошибок измерения.

Новизна работы подтверждается свидетельством «Об отраслевой регистрации разработки» № 2497, от 7 апреля 2003 года.

Практическая значимость. Задачи определения координат источника микроразрушения и амплитудной селекции ложных отсчетов имеют первостепенное значение, особенно тогда, когда это касается ответственных технических и природных объектов, подверженных разрушению. В силу этого предложен пакет программ для решения задач локации и оценки концентрации импульсных источников АЭ в названных объектах. Пакет программ прошел апробацию на натурных данных. Результаты показали информативность и объективность полученной информации.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Модель учета волноводных свойств объекта контроля, обеспечивающая снижение погрешности определения координат дефекта менее 1% .

2. Методика и алгоритм акустической аттестации объекта контроля.

3. Аналитическое решение уравнений измерений плоских и пространственных задач в общей постановке на основе линеаризации.

4. Методика реализации амплитудной селекции сигналов АЭ, позволяющая автоматически «отсеивать» более 80 % ложных отсчетов.

5. Алгоритмы и процедуры определения координат источников АЭ.

6. Методика определения очага микроразрушений.

7. Методика оценки влияния измерительной системы на точность определения координат источника АЭ и выбор рационального расположения приемных преобразователей на объекте контроля.

Реализация результатов работы. Разработанный пакет программ внедрен в Институте горного дела ДВО РАН и включен в программу обеспечения безаварийной работы шахт.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались:

1. На 60-й региональной научно-практической конференции творческой молодежи (г. Хабаровск, 2002).

2.3-й международной конференции «Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле» (г. Москва, 2002).

3.3-м всероссийском симпозиуме «Сейсмоакустика переходных зон» (г. Владивосток, 2003).

4.43-й Всероссийской научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки «Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности» (г. Хабаровск, 2003).

5.3-й Международной научной конференции творческой молодежи «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» (г. Хабаровск, 2003).

6.3-й международной выставке и конференции «Неразрушающий контроль и диагностика в промышленности» (г. Москва, 2004).

7.62-й межвузовской научно-технической конференции творческой молодежи «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования» (Хабаровск, 2004).

8. Пятый всероссийский симпозиум «Физика геосфер» (Владивосток, 2007).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 17

публикациях, из них одно свидетельство об отраслевой регистрации разработки, 3 публикации в центральной печати и 8 докладов на конференциях, в том числе два - на международных.

Личный вклад соискателя. Соискателем лично предложены и исследованы основные алгоритмы и программы. Проведены все численные расчеты. При проведении экспериментальных работ автор принимал непосредственное участие, как в процессе измерений, так и при обработке полученных данных.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и трёх приложений. Работа изложена на 136 страницах основного текста, содержит 33 рисунка, 9 таблиц, 121 ссылку на используемые источники.

В приложениях представлены: акт внедрения результатов диссертационной работы, блок-схемы алгоритмов и описание структуры разработанного программного обеспечения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и практическая значимость исследования, сформулирована цель и задачи работы, ее научная новизна и кратко изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан обзор основных монографий и статей, опубликованных по теме диссертации.

Значительный вклад в развитие методов акустико - эмиссионной диагностики внесли: Анисимов В.К., Баренблат Г., Болотин Ю.И., Быков С.П., Вакара К.Б., Дробот Ю.Б., Либовиц Г., Лупанос В.В., Маслов БЛ., Муравин Г.Б., Трипалин A.C., Эшелби Дж., Dunegan H.L., Foster F., Harris D.O, Liptai R.G., Minizzi M. и др.

Кратко описана физическая сущность явления акустической эмиссии, с точки зрения её влияния на локацию. Приведено описание АЭ аппаратуры, включая многоканальные варианты и встроенный персональный компьютер. Используемые в работе данные были получены с помощью станции «Прогноз-5». Акустико-эмиссионная система была разработана ВНИИФТИ «Дальстандарт» и ИГД ДВО РАН (г. Хабаровск), имеет 5 каналов, содержит встроенный ПК и обеспечивает измерение задержек времени сигнала и его амплитуд. При разработке математических моделей задач акустической локации импульсных источников АЭ обычно используют ряд упрощённых предположений о свойствах объектов контроля и аппаратуры. Следует отметить, что эти гипотезы в экстремальных случаях могут служить причиной существенных погрешностей локации.

Укажем основные из этих предположений:

1. «Изотропность» скорости звука в объекте и неизменность крутизны фронта приходящих сигналов.

2. Диаграмма направленности приемных преобразователей (ПП) является круговой (сферической)

3. Ложные локационные серии могут быть предварительно отсеяны или аппаратурой, содержащей встроенные методы селекции, или программно.

По результатам анализа имеющихся данных сделан вывод о том что, на современном этапе, для обеспечения необходимой точности измерений и достоверности контроля при диагностировании методом АЭ необходимы дальнейшие разработки по следующим направлениям: анализ влияния формы и типа OK на результат АЭД; разработка эффективных методов локации источников акустической эмиссии; разработка корректных процедур оценки степени концентрации дефектов; разработка методов оценки акустических и волноводных свойств объектов.

Во второй главе приводятся результаты математического моделирования процессов распространения упругих волн в различных волноводах. Сопоставляются результаты экспериментальных и теоретических исследований волноводных свойств объектов типа стержень, пластина и труба (эксперименты проведены на базе ФГУП ВНИИФТИ «Дальстандарт»).

Для проведения экспериментальных исследований объектов была использована следующая установка.

Рис. 1. Блок-схема установки для измерения волноводных свойств объектов: 1 - импульсный лазер; 2- система наведения; 3 - линза; 4 - образец; 5 - приемник УЗ колебаний; б - предварительный усилитель; 7 - регистрирующая аппаратура; 8 - фотодиод запуска.

В экспериментальных исследованиях использовались следующие образцы:

1) стержни различного сечения (круг, квадрат) д линой от 10 мм до 10 м, изготовленные из различных материалов (сталь, сплав Д16Т, конструкционные керамики). Возбуждение и прием УЗ колебаний осуществлялось соосно на торцевых поверхностях стержней (ряд экспериментов проведен при возбуждении УЗ колебаний с боковой поверхности, используя наклонный УЗ преобразователь).

2) пластины размерами 300 х 3000 мм, толщиной Ь от 0,8 до 3 мм

3) трубы из нержавеющей стали длиной до 2 м, диаметром 80 мм (труба 1), 90 мм (труба 2), 100 мм (труба 3) и толщиной стенки 5 мм.

Для труб заполненных жидкостью установка (рис.1) была дополнена гидравлической системой (обеспечивает давление до 9х.106 Па (90 атм.)) и устройством имитации течи.

Измерение частотных характеристик производилось с использованием пьезо-преобразователя (ПП) в качестве излучателя УЗ колебаний. Преобразователь имел форму клина и изготавливался из пластины ЦТС-19, толщиной 0,4 мм. Размеры излучающей поверхности (острый конец клина) ПП составляли 0,4 х 0,4 мм2, неравномерность АЧХ в полосе частот 0,05 ...2 МГц не превышала 1 дБ.

В результате проведенных экспериментов получили следующие формы УЗ импульсов (рис. 2 - 4).

Для определения дисперсионных искажений сигнала необходимо решение задач динамической упругости. В частности для пластин исходные уравнения принимают вид (для более сложных объектов граничные условия усложняются)

Г 1 Л ,--2 д]

Ф =0,

д-Л5?

. с23

7 = 0,

где Ф, Ч* - скалярный и векторный потенциалы перемещений, ¥

= ¡Ч^+кЧ^.

-1

.fir*

Рис. 2. Форма УЗ импульсов для стержней различного диаметра: а - 0. = 10 мм; б, в, г - 0. = 5 мм; д - исходный УЗ импульс; а,в,д- развертка 100 нс/дел; б - 2 мкс/дел; г - 10 мкс/дел.

в Si

ГЛ^Л

Рис. 3. Форма УЗ импульсов в пластинах при различных расстояниях г от точки возбуждения до точки приема: а —г = 90 мм; б -г = 30 мм; в~г= 10 мм; г - г = 90 мм; д-г= 10 мм; развертка -10 мкс/дел.

Рис. 4. Форма УЗ импульсов в трубах при различных расстояниях г от точки возбуждения до точки приема: а-г = 20 см; б -г = 50 см (развертка - 20 мкс/дел), в - г = 90 см; г - 150 см (развертка -100 мкс/дел).

Смещения (м) и напряжения (б) в ультразвуковой волне определяются соот-

дФ

ношениями: их =--1---, и2 =

дх & дг

ди. ( ди. вхх=2/и—-+А —-дх дх

дФ дУ,

диг ' дг

дх

.Схг =М

диг дит

-+-

дх дг

Огг= 2ц-

д1± дг

-+Л

диг ди,

-н--

дх дг

Граничные условия - нулевые:

(2)

По результатам решения поставленных задач был сделан вывод о том, что теоретический учет волноводных свойств, особенно для объектов типа труба, заполненных жидкостью, не всегда обеспечивает правильный выбор типа волн и учет дисперсионных факторов, т.е. еще раз подтверждается целесообразность акустической аттестации ОК (рис.5, 6). Решение упругой задачи для трубы, заполненной жидкостью, моду колебаний Ьз (рис. 6, а) никак не описывает.

Оосл. дБ/м

Л ДБ

№

г" 5 см

'^/г=50 см

ААп

г=80 см

гоо 400 «со

/.кГц

100 150 кГц

200 400 600

/".кГц

Рис. 5. Акустические характеристики труб: а - скорость распространения; б - спектр УЗ импульсов при различных г (труба 3); 3 кГц; в - удельное ослабление для фазы 5; 1 - труба 1; 2 - труба 2; 3 - труба 3

Далее приводится анализ изменения длительности фронтов и формы ультразвукового импульса при наличии дисперсии скорости и коэффициента затухания, предложена процедура и алгоритм поправок на «дисперсию».

Рассмотрены «расчетные» и «экспериментальные» искажения сигнала. Показано, что изменения формы сигнала, по мере его распространения в объекте контроля, можно заблаговременно смоделировать.

а б в

Рис 6. Акустические характеристики труб, заполненных водой' а - скорость распространения;

6 - спектр УЗ импульсов при различных г (труба 3) Д/- = 3 кГц; в - удельное ослабление; 1 - труба 1; 2 — труба 2; 3 - труба 3 (фаза 5У, 4 - труба 1; 5 - труба 2 (фаза 1.з), 6 - труба 1;

7 - труба 2 (фаза Ьв)

На основании полученных результатов предложена процедура коррекции времени прихода сигнала на ПП, с учетом волноводных свойств. Апробация процедуры на натурных данных показала, что ее применение позволяет снизить погрешность локации источников для объектов типа стержень, пластина и труба до 1...2 %.

В третьей главе приведены методы аттестации приемников АЭ сигналов, аттестации ОК и методы амплитудной селекции сигналов.

Перед проведением АЭ контроля при минимально необходимом числе ПП (с известными характеристиками) в антенне необходимо знать такие акустические параметры объекта контроля, как скорость распространения сигналов АЭ и коэффициент их затухания. Величина последнего используется как для восстановления амплитуды (акустической энергии) сигнала в источнике, так и для решения вопроса о размещении ПП (максимально возможном их удалении от предполагаемых источников) и селекции ложных сигналов.

Поскольку при акустической аттестации координаты размещения имитатора и ПП известны, то возможно рассчитать указанные акустические параметры, а также провести оценку погрешностей локации. При этом важно провести аттестацию ПП. Блок схема установок для аттестации ПП показана на рис. 7.

ЕЪ

Вх. 1

Яг* П X

_X. \

Вх. 2

ЧУ

>Х2

НЧЗЧИ ШН^Н-ЧЗНЖЬ-ш

Рис. 7. Блок-схемы установок для аттестации преобразователей акустического сигнала в режиме приема: а - прецизионные и образцовые средства измерения; б - рабочие средства измерения; 1 - аттестуемый преобразователь; 2 - оптически отражающий слой; 3 - измерительная аппаратура; 4 - излучатель звука; 5 — генератор радиоимпульсов; 6 - акустическая нагрузка; 7 - лазерный интерферометр; 8 - блок сканирования, 9 - лазер; 10 - делитель; 11 — осциллограф; 12 — задающий генератор; 13 — частотомер; I - измерительное лазерное устройство.

Для проведения непосредственно аттестации «объект + аппаратура» использовалась схема представленная на рис. 8. При этом возбуждение УЗ импульса производилось лазерным методом.

запуск

т-

Рис. 8. Схема акустической аттестации ОК: 1 - измерительный блок АЭ системы, 2 - объект контроля; 3.1+3.4 - приемные преобразователи; 4 - импульсный лазер типа ОГМ-20; 5 - система наведения; 6 - стеклянная пластина; 7 - фотодиод запуска.

Метод амплитудной селекции основан на измерении (кроме задержек времени прихода сигнала) также и амплитуд сигналов, принятых разнесенными ПП.

Как было отмечено ранее, локация источников АЭ сопровождается грубыми ошибками, связанными с появлением ложных локационных серий. В силу появления множества причин указанных серий ложные отсчеты координат могут занимать значительную долю в базе данных. В связи с этим отсеивание ложных локационных серий предлагается реализовать программно, используя амплитудную селекцию и анализ измеренных задержек времени прихода сигнала на разнесенные ПП.

В алгоритме учтено, что измеряются не абсолютные моменты времени, а задержки, т.е. предусмотрена необходимая сортировка списков данных для определения преобразователя, первым принявшего сигнал.

При этом производится анализ выполнения следующего принципа: чем больше задержка времени (следовательно, чем дальше ПП от источника), тем меньше должна быть измеренная амплитуда сигнала вследствие его затухания (предполагается, что источник сигнала имеет круговую диаграмму направленности).

Приведенный алгоритм был реализован в специальной программе, а проверка его работы была проведена на локальной базе, включающей 76 записей локационных серий, полученных с помощью аппаратуры «Прогноз - 5» на натурном объекте. Записи имели следующие поля: порядковый номер записи в локальной базе данных; то же в глобальной базе; дата события АЭ и его абсолютное время; измеренные задержки времени (пять полей для пяти использованных ПП); измеренные амплитуды (пять полей).

В результате применения данного фрагмента программы установлено, что взятая локальная база содержит 65 % ложных локационных серий.

Отметим, что ложные отсчеты координат источников АЭ обычно расположены хаотично и достаточно удалены друг от друга. Поэтому формирование очагов микроразрушений по принципу близости взаимного расположения также служит целям селекции полезных сигналов.

В четвертой главе приводятся аналитические решения задачи локации. Основное внимание уделяется пространственной задаче как наиболее сложной, реализация которой осуществляется при контроле массивных объектов. При этом решение одномерных и плоских задач было получено из решения общей пространственной задачи. В целях упрощения математических выкладок, с учетом данных аналитического обзора, был принят ряд следующих предположений:

1) допустима коррекция задержек времени;

2) при необходимости может быть выполнена акустическая аттестация «объект + аппаратура»;

3) затухание сигналов АЭ при их распространении подчиняется закону:

А = Вг? ехр{- аг), (3)

где А - амплитуда сигнала на расстоянии г от источника; В - константа, определяемая передаточными характеристиками системы приемник - усилительный траст; Р - константа, определяемая расстоянием от источника АЭ сигнала до приемника, амплитуда сигнала в источнике (например, в ближней зоне р =0, а в дальней зоне Р = -1); ос - коэффициент затухания УЗ колебаний в материале ОК.

В целях автоматизации, увеличения скорости вычислений и ликвидации чисто арифметических ошибок практически все современные АЭ системы снабжены достаточно «мощными» компьютерами, оснащенными математическим программным обеспечением. Поэтому предпочтение отдано использованию современных систем компьютерной математики (СКМ), в которые встроена реализация основных шагов алгоритмов, пригодных для акустической локации, в частности СКМ Maple.

Реализация алгоритма сводится к подстановке конкретных данных в полученное системой решение. Основными критериями приемлемости решений являются: быстродействие алгоритма (для оперативной локации источников), однозначность решений и чувствительность к ошибкам исходных данных.

Рассмотрим общий случай. Предположительно антенна состоит из пяти ПП с произвольным расположением (координаты ПП х„ у„ :,). Начало локальной системы декартовых координат совмещено с первым преобразователем, ось Z направлена вертикально. Источник сигнала имеет координаты х, у, Измеряются временные задержки: r2, i3, и, /5. В этом случае система уравнений измерений примет вид:

Г * +У +г2 ;

(x-x2f +(у-у2)2 +(z-z2)2 -(r+v/2)2 =0 ^ (х-х3)2 +(У-Уз)2 +(z-z3)2 -(r+v/3)2 =0 (х-Х,У+(у-у<)2 +(2-2,)2 -{r + Vtty = 0

v (x-xsf +(y-y5f +(z-z5)2 "(r+vi5)2 =0

(4)

Аналитического решение этой задачи в общем случае не получено (в СКМ Maple выдается пустой результат). Рассмотрим следующие способы (численное решение системы уравнений измерений не рассматривается, так как оно дает частный результат для конкретных задач):

1) линеаризация системы уравнений измерений;

2) использование результатов акустической аттестации объекта контроля.

В ряде рассмотренных задач, в исходную (нелинейную) систему уравнений (4) измерений ордината у источника АЭ в силу особенностей принятой локальной

системы координат входит только в виде слагаемого у . При этом неоднозначность вследствие изменения знака у исчезает. Для плоских задач с линейной антенной эта неоднозначность физически связанна с возможностью существования двух источников АЭ, расположенных симметрично относительно оси X, т.е. с одинаковыми абсциссами х, но ординатами у противоположного знака. Выбор единственного решения в некоторых случаях возможен на основе физических соображений. Ликвидировать указанную двузначность также можно путем увеличения числа ПП в антенне с нарушением их симметричного расположения.

Линеаризация уравнений измерений приводит к устранению из них слагаемо-2

го у и ликвидации указанной двузначности. Однако при этом число уравнений уменьшается на единицу, поэтому для нахождения всех искомых неизвестных в исходной нелинейной системе (4) необходимо иметь одно избыточное уравнение сверх минимально необходимого их числа или знать значение скорости распространения сигнала у, предварительно определив ее путем акустической аттестации ОК. В линеаризованных системах уравнений измерений имеются члены, со-

держащие в виде сомножителей выражения ц, у и V , для которых двузначность отсутствует (т.к. нет смысла в отрицательной скорости звука или отрицательном расстоянии).

Наличие частных решений системы (4) позволило оценить погрешности локации. Предположим, что координаты источника Р являются функцией нескольких переменных

р = р(х,,х2.....х„), (5)

где х, - обобщенные параметры.

В нашем случае - это и координаты ПП, и время прихода сигнала. Относительную погрешность их определения можно оценить по формуле

АР=у P 2-

81nF(xi,..JC„)

дх,

&х„ (6)

где Axt - погрешность определения /-го параметра.

Рассмотрим влияние погрешностей Sx,, St, на погрешности определения координат источника 5Х и SY в зависимости от его положение для плоского случая. В качестве исходных данных примем координаты приемных преобразователей: х2 = 8 м, х} = 14 м, х4= 20 м, скорость v = 3000 м/с. Положим, что погрешность позиционирования четвертого приемника: Sx4= 1 см, погрешность определения задержки сигнала на четвертом приемнике: Л4= 1 мкс.

На рис.9, 10 приведены результаты определения погрешностей, отображенные графическими средствами СКМ Maple. Посредством изменения конфигурации антенны приемников, можно достичь их оптимального размещения.

На рис. 9 видно, что влияние значения <5*3 на разрешающую способность антенны намного ниже, чем влияние значения Sx4, а влияние погрешности измерения времени на точность определения координаты X менее значимо, чем на координату Г (рис. 10).

Проанализировав влияние неточности позиционирования по параметру х} (рис.11, о и б) на погрешность координаты X, был сделан вывод, что наибольшая погрешность концентрируется в центре антенны (плоскость х = 17). Для сечения за антенной (плоскость х = 46) погрешность определения X начинает снижаться. Следовательно, погрешность зависит от того, как располагается по отношению к антенне источник. На практике, в большинстве случаев, затруднительно подоб-

рать расположение ПП таким образом, чтобы погрешность была минимальна для всех случаев.

Рис. 9. Влияние погрешности позиционирования приемного преобразователя (ПП): а - ПП4; б - ППЗ на точность определения координаты X источника

Вместе с тем, следует заметить, что возникающая погрешность определения координат источника АЭ в основном обусловлена неточностью определения временных интервалов (рис. 9 и 10).

Рис. 10. Влияние погрешности определения задержки времени I/. а - на точность определения координаты X источника; б - на точность определения координаты У источника

Рис. 11. Объемная задача — плоская антенна из пяти приемных преобразователей: ПП1(0.0.0); ПП2(35.0.0); П173(46.0.33); ПП4(17.0.54), ПШ(-Ю.О.ЗЗ); влияние погрешности позиционирования ПП5 (дг5) на погрешность определения координаты X источника АЭ: а - сечение х = 17; б -сечение х = 46

Для установления влияния погрешности определения скорости звука на точность расчета координат источника воспользуемся следующим соотношением

X = vt\ 6Х = \SXr\ + \SX,\ =

( Sv St \

+ —

V V t /

(7)

где Sv/v,5t/t - относительные погрешности измерения величин у и t соответственно.

Из приведенного соотношения следует, что вклад величин v и t в результирующую погрешность при определении координат источника «равноправен». Общеизвестно, что достаточно часто в практике АЭ контроля встречаются объекты, для которых характерно наличие дисперсии скорости звука, являющейся дополнительной составляющей погрешности 5Х.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что решение исходной системы уравнений (при условии, если ошибки исходных данных погрешности локации не превышают 0,01 %) в СКМ Maple осуществляется достаточно надёжно и основная ошибка в определении координат источника АЭ возникает вследствие погрешностей определения скорости и времени прихода сигнала АЭ на датчики.

В четвертой главе рассмотрены так же методы оценки концентрации источников АЭ сигналов и кинетики развития разрушения.

Предложена модель оценки концентрации источников АЭ сигналов по критерию «взаимной близости», т.е. выделение близко расположенных друг к другу источников, образующих очаги микроразрушения (параметр «близости» для каждой конкретной задачи определяется индивидуально). Описана процедура построения «геометрии» очага и расчета его кинематических и динамических (энергетических) характеристик. Сделан анализ выделенных очагов по натурным данным.

Проведено сопоставление с данными, полученными при достаточно частом используемом доменном подходе, основанном на разбиении зоны контроля на совокупные тесно упакованные, примыкающие друг к другу прямоугольники (плоская задача) или параллелепипеды (пространственная задача).

Показано, что доменная модель по сравнению с предложенной моделью по критерию «близости» дает более грубые оценки, а иногда и грубые промахи.

В этой связи, совместно со специалистами ФГУП ВНИИФТИ «Дальстандарт» и ИГД ДВО РАН, была разработана программа локации и обработки источников АЭ для плоской и пространственной задач ЬОС5У-1.2.

Программа ЬОС5У-1.2 «Локация и группировка источников акустической эмиссии в массивах горных пород» предназначена для машинной обработки ранее зарегистрированных данных об источниках АЭ и обеспечивает следующие операции:

- расчет координат источников импульсных АЭ сигналов;

- расчет акустической энергии указанных источников;

- амплитудную селекцию сигналов;

- группировку источников в очаги микроразрушений;

- расчет параметров очагов;

- распределение источников АЭ по локальным пространственным элементам (доменам);

- накопление данных по доменам с течением времени;

- визуализацию пространственного поля источников АЭ;

- визуализацию данных по доменам;

- запись результатов обработки в файлы на магнитный диск.

Параметры источников АЭ и очагов микроразрушений могут служить показателями степени опасности ситуации по близости момента разрушения объекта контроля.

В приложении приведено: описание и контрольные примеры задач локации (приложение 1); акт внедрения и свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 2497 от 7 апреля 2003г. (приложение 2); листинг программы ШС5-1.2, описание и листинг процедур локационной библиотеки 1осНЬ (приложение 3).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

что в трубах заполненных жидкостью коэффициент ослабления ультразвуковых колебаний по сравнению с незаполненными увеличивается на (2 -*• 6) дБ/м и возможно «появление» мод колебаний не предсказываемыми известными моделями.

2. Проведен анализ погрешностей локации, связанных с ошибками определения задержек времени и позиционирования приемных преобразователей. Показано, что наиболее существенное влияние на результаты измерений оказывают ошибки измерения временных интервалов. Предложена методика и алгоритм акустической аттестации системы «объект +аппаратура».

3.Разработана библиотека процедур обработки акустико-эмиссионной информации, обеспечивающая упрощение выполнения основных операций локации и анализа очагов микроразрушений. Тело процедур обеспечивает возможность редактировании и адаптирования к конкретным условиям контроля.

4. Посредством системы компьютерной математики Maple получены аналитические решения задач локации источников импульсных акустических сигналов для различных сочетаний конфигураций приемных антенн и взаимного расположения антенн и источников (линейные, плоские и пространственные задачи). Аналогичные программы на языке Maple могут быть вместе с самой системой встроены в персональные компьютеры, входящие в акустико-эмиссионную аппаратуру, что обеспечит достаточно точную и оперативную локацию источников акустической эмиссии.

5. Предложена модель формирования и выделения очагов микроразрушений. Разработаны алгоритмы и программы реализации модели. Апробация алгоритмов на модельных и натурных данных показала устойчивую и правильную работу программ их визуализацию и оценку параметров очагов. Показана возможность оценки близости макроразрушения путём сопоставления параметров очагов микроразрушений и динамических событий в объекте контроля.

6. Предложен метод селекции «ложных» сигналов, обеспечивающий отсечку значительного числа сигналов не связанных с процессами формирования очагов микроразрушений, позволяющий более точно анализировать экспериментальные данные и надежно осуществлять диагностику объекта контроля. Разработана программа амплитудной селекции сигналов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Дробот, Ю.Б, Автоматическая локация источников импульсных акустических сигналов / Ю.Б. Дробот, E.H. Романова // 60-я региональная научно-практическая конференция творческой молодежи: тр. конф. В 2 т. Т.2. / ДВГУПС, под. ред. С.М. Гончарук, - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2002. - С. 211 - 213.

2. Дробот, Ю.Б. Расчет координат импульсных источников акустической эмиссии / Ю.Б. Дробот, E.H. Романова // Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике: 3-я междунар. конф. (тезисы докладов). Москва, 23-25 марта. - М., 2002. - С. 56.

3.Дробот, Ю.Б. Расчет координат импульсных источников акустической эмиссии / Ю.Б. Дробот, E.H. Романова // Контроль. Диагностика. - 2002. - №3. -С. 53.

4.Drobot, Ju. В. Spatial source separation of pulse acoustic emission signals / Ju. B. Drobot, E.N. Romanova // Computer methods and inverse problems In ndt and diagnostics: the3d international scientific conference. - Moscow, 2002 y. - Moscow, 2002.-P. 55.

5. Романова, E.H. Расчет координат источников акустической эмиссии с помощью математического пакета Maple / E.H. Романова // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: труды 3-ей международной научной конференции творческой молодежи. - Хабаровск, 2003 г. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2003. - Том 2. - С. 118-120.

6.Дробот, Ю.Б. Алгоритм решения пространственной задачи плоской антенны из пяти приемных преобразователей / Ю.Б. Дробот, E.H. Романова // Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности: тр. 43-й всерос. науч.-практ. конф. ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки. В 4 т. Т. 4. / ДВГУПС, под. ред. Ю.А. Давыдова, - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2003.-С. 169-173.

7. Дробот, Ю.Б. Автоматическая локация импульсных источников акустических сигналов / Ю.Б. Дробот, А.И. Кондратьев, E.H. Романова // Сейсмоакустика переходных зон: материалы докладов III всерос. симпозиума / Дальневост. ун-т; отв. ред. Г. И. Долгих. - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 2003. - С. 33-35.

8. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 2497. LOC5V - 1.2 (Локация и группировка источников акустической эмиссии в массивах горных пород) / Ю.Б. Дробот, И.Ю. Рассказов, E.H. Романова. - Зарегистр. в Отраслевом фонде алгоритмов и программ 07. 04. 2003. - М, 2003.

9. Дробот, Ю.Б. Автоматизация расчетов координат импульсных источников акустической эмиссии / Ю.Б. Дробот, Б.Я. Маслов, E.H. Романова // Неразрушающий контроль и диагностика в промышленности: 3-я международная выставка и конференция: (тезисы докладов). Москва 15-17 марта. - М., 2004 г. - С. 52.

10. Романова, E.H. Программа локации и обработки сигналов источников акустической эмиссии / E.H. Романова // Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: тр. 62-й межвуз. науч.-техн. конф. творч. молодежи. В 2 т. Т. 2. / ДВГУПС, под. ред. Ю.А. Давыдова, - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004.-С. 61.

11. Дробот, Ю.Б. Сравнение двух методов локации источников акустической эмиссии / Ю.Б. Дробот, E.H. Романова // Контроль. Диагностика. - 2005. - № 9. -С. 23-25.

12. Романова, E.H. Об оценке опасности источников акустической эмиссии / E.H. Романова // Безопасность труда в промышленности: ежемес. массовый науч.-производственный журнал. - М., 2005. -№ 9. - С. 40-42.

13. Кондратьев, А.И. Исследование акустических волноводных свойств объектов контроля: препринт № 66 / А.И. Кондратьев, E.H. Мурая. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. - 32 с.

14. Мурая, E.H. Анализ погрешности при локации источников акустической эмиссии / E.H. Мурая // Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: тр. регион, науч.-техн. конф. творческой молодежи. В 2 т.

'Г. 2. / ДВГУПС: отв. ред. Ю.А. Давыдов. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. -С. 198-201.

15. Мурая. E.H. Исследоиание волноводных свойств объекта / E.H. Мурая // Проблемы теоретической и прикладной математики: сб. науч. тр. / ДВГУПС; отв. ред. А.И. Ливашвмли. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС. 2006. - С. 54-58.

16. Романова. E.H. Проблемы развития акустико-эмиссионой диагностики на железнодорожном транспорте / E.H. Романова // Проблемы теоретической и прикладной математики: сб. науч. тр. / ДВГУПС: отв. ред. А.И. Ливашвили. - Хабаровск: Изд-во ДВГУ11С. 2006. - С. 64-67.

17. Кондратьев. А.И. Аттестация приемников акустических колебаний / Кондратьев. А.И., Иванои. А.Н., Мурая. E.H. // Материалы докладов. Пятый всероссийский симпозиум «Физики геосфер». - Владивосток. 3-7 сентября. ТОЙ ДВО РАН, 2007.-С. 73-77.

Мурая Елена Николаевна

ЛОКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ С УЧЕТОМ ВОЛНОВОДНЫХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Сдано в набор 17 12 2007 г. Подписано в печать 01.10.2008 г. Формат 6(К84'/|<, Гарнитура «Times New Roman» Уел печ л 1,2. Зак 276 Тираж 100 экз

Издательство ДВГУПС 680021, г Хабаровск.ул Серыщева,47

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Мурая, Елена Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМ

АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ.

1.1 Физические основы акустико-эмиссионного метода контроля.

1.2 Локация источников акустической эмиссии.

1.3 Аппаратное и программное обеспечение акустико-эмиссионной диагностики.

1.4 Анализ погрешностей акустико-эмиссионной диагностики.

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ВОЛНОВОДНЫХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТА НА ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ АКУСТИЧЕСКОЙ

ЭМИССИИ.

2.1 Стержневые и плоские образцы.

2.1.1 Теоретический анализ дисперсионных характеристик.

2.1.1.1 Случай симметричных относительно оси стержня колебаний.

2.1.1.2 Изгибные колебания.

2.1.2 Объекты типа «пластина».

2.1.3 Экспериментальные исследования.

2.2 Анализ распространения ультразвуковых волн в трубах.

2.2.1 Теоретический анализ.

2.2.2 Экспериментальные исследования волноводных свойств труб.

2.2.3 Исследование характеристик сигнала типа «течь».

2.3 Дисперсионные искажения ультразвукового импульса в волноводе.

ГЛАВА 3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЭТАПЫ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ.

3.1 Аттестация приемников акустических колебаний.

3.2 Акустическая аттестация системы контроля.

3.3 Алгоритм обработки данных при акустической аттестации системы контроля

3.4 Амплитудная селекция сигналов.

ГЛАВА 4. ЛОКАЦИЯ ОДИНОЧНОГО ИСТОЧНИКА АКУСТИЧЕСКОЙ

ЭМИССИИ.

4.1 Исходные предположения при решении задач локации.

4.2 Технология решения и примеры программ локации для типичных случаев.

4.2.1 Анализ технологии решения задач локации.

4.2.2 Задачи и программы локации упорядоченных антенн.

4.2.3 Задачи локации для пространственного случая.

4.3 Анализ погрешностей при локации источников акустической эмиссии.

4.3.1 Погрешности определения временных интервалов и по- 100 грешности позиционирования приёмных преобразователей

4.3.2 Влияние погрешности определения скорости на точность измерения координат источников акустической эмиссии.

4.4. Критерии оценки концентрации источника акустической эмиссии и кинетики его развития.

4.4.1. Подходы к оценке концентрации источника акустической эмиссии.

4.4.2 Алгоритм «машинного» расчета оценки близости микроразрушения.

4.4.2.1. Технические характеристики программы.

4.4.2.2. Особенности программы LOC5-P.

Введение диссертация по физике, на тему "Локация источников акустической эмиссии с учетом волноводных свойств объекта контроля"

Разрушения технических и природных объектов в настоящее время не являются редкостью. Статистика аварий, регулярно приводимая в журнале Госгортехнадзором России («Безопасность труда в промышленности»), свидетельствует о том, что довольно часты случаи разрушений таких технических объектов, как трубопроводы, сосуды давления, подъемно-транспортные механизмы, шахтные и горнопромышленные сооружения и др. Последствия от произошедших при этом аварий могут сопровождаться значительными финансовыми, материальными и экологическими потерями. Поэтому весьма актуальной является проблема предотвращения внезапных разрушений технических объектов и сооружений [1,2].

Процесс разрушения в общем случае носит крайне сложный характер. Рассматривают, в основном три вида разрушения, характеризующиеся своими металлографическими аспектами: хрупкое разрушение; скол; вязкое разрушение [5, 17, 22, 35, 38, 49, 57, 61, 69, 70, 82, 84, 94, 99]. Однако для всех видов макроразрушения характерен некоторый предварительный во времени подготовительный период. Как правило, он протекает следующим образом: возникновение отдельных микроразрушений; концентрация (локализация) отдельных микроразрушений в очаги микроразрушений; развитие этих очагов (продвижение, увеличение, объединение). Макроразрушение наступает далее при достижении параметрами очага определенных критических значений [9, 11, 22, 23, 74, 81].

Одним из эффективных способов обнаружения и оценки параметров микроразрушений является их акустическая локация (акустико-эмиссионные методы контроля и диагностики) [4, 7, 10, 13, 34, 55, 56, 58, 62]. К настоящему времени разработано несколько математических моделей акустической локации импульсных источников звука, генерируемого в процессе разрушения [2, 7, 10, 13, 75]. Однако эти модели описывают лишь частные случаи конфигураций приемных антенн и взаимного расположения антенны и источника сигнала. Кроме того, «численная» реализация моделей приводят к громоздким вычислениям, что снижает оперативность локации.

Для систематизации и критического анализа материалов, были проработаны труды отечественных и зарубежных ученых: В.К. Анисимова, К.Б. Ва-кара, В.А. Грешникова, Ю.Б Дробота, И.И. Перепечко, В.А. Иванова, О. Крамера, И. Вэна, Л. Бергмана, X. Хайнца, А. Файса, Д Франка и др.

Основные проблемы современной акустико-эмиссионной диагностики (АЭД) заключаются в следующем:

• в отсутствии надежных и достаточно простых методов селекции «полезного» сигнала, не позволяющих выделить его на фоне помех;

• отсутствии простых и надежных алгоритмов локации источников сигналов акустической эмиссии (АЭ), обеспечивающих проведение контроля при произвольном расположении приемников сигнала;

Цель работы. Исследования факторов влияющих на результативность и достоверность акутико-эмиссионного метода контроля.

Решаемые задачи. В процессе выполнения работы были поставлены и решены следующие задачи:

2. Разработка методов аттестации приемников сигналов АЭ.

3. Разработка алгоритмов акустическая аттестация объектов контроля (ОК).

5. Получение аналитических решений задачи расчета координат источников АЭ и их анализ.

7. Анализ погрешностей акустико-эмиссионных систем локации дефектов.

Научная новизна

3. Разработана программа локации источников АЭ. Создана библиотека процедур, позволяющая реализовать основные операции локации источников АЭ, объединить их в очаги микроразрушений и оценить параметры очагов.

Практическая значимость. Задачи определения координат источника микроразрушения и амплитудной селекции ложных отсчетов имеют первостепенное значение, особенно тогда, когда это касается ответственных технических и природных объектов, подверженных возможному разрушению. В силу этого предложен пакет программ для решения задач локации и оценки концентрации импульсных источников АЭ в названных объектах. Пакет программ прошел апробацию на натурных данных, полученных в условиях регистрации АЭ сигнала в горных выработках. Результаты показали информативность и объективность полученной информации.

Основные положения, выносимые на защиту

2. Методика и алгоритм акустической аттестации объекта контроля.

5. Алгоритмы и процедуры определения координат источников АЭ.

6. Методика определения очага микроразрушений.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались:

1. На 60-й региональной научно-практической конференции творческой молодежи (г. Хабаровск, 2002).

2. 3-й международной конференции «Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле» (г. Москва, 2002).

3. 3-м всероссийском симпозиуме «Сейсмоакустика переходных зон» (г. Владивосток, 2003).

4. 43-й Всероссийской научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки «Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности» (г. Хабаровск, 2003).

5. 3-й Международной научной конференции творческой молодежи «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» (г. Хабаровск, 2003).

6. 3-й международной выставке и конференции «Неразрушающий контроль и диагностика в промышленности» (г. Москва, 2004).

7. 62-й межвузовской научно-технической конференции творческой молодежи «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования» (Хабаровск, 2004).

8. 5-й всероссийский симпозиум «Физика геосфер» (г. Владивосток, 2007)

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в

17 публикациях, из них одно свидетельство об отраслевой регистрации разработки, 3 публикации в центральной печати и 8 докладов на конференциях, в том числе два - на международных.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и трёх приложений. Работа изложена на 136 страницах основного текста, содержит 33 рисунок, 9 таблиц, 121 ссылок на используемые источники.

Заключение диссертации по теме "Акустика"

Выводы по главе

1. СКМ Maple не обеспечивает аналитического решения пространственной задачи локации в общей постановке, однако эта задача в пакете Maple численно решается успешно. Методы численного решения задач локации в пакете Maple целесообразно использовать для акустической аттестации объекта контроля.

2. Линеаризация системы уравнений измерений позволяет во многих случаях найти аналитическое решение задачи локации.

3. При отсутствии ошибок исходных данных погрешности локации не превышают 0,01 %.

4. Наличие аналитического решения позволяет рассчитать погрешности локации, связанные с неточностями измерения задержек времени и позиционирования 1111. 7

5. При типичных погрешностях данных наибольшие погрешности локации определяются измерениями задержек времени прихода сигнала на приемные преобразователи.

6. Разработана программа, позволяющая успешно выделять скопления близко расположенных источников АЭ (очаги микроразрушений) и прослеживать кинетику их развития.

-121-ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведены теоретические и экспериментальные исследования особенностей распространения звука в образцах типа стержень, пластина, труба и труба заполненная жидкостью. Показана необходимость учета волноводных свойств объекта контроля при осуществлении АЭ - контроля. Экспериментально установлено, что в трубах заполненных жидкостью коэффициент ослабления ультразвуковых колебаний по сравнению с незаполненными увеличивается на (2 -г- 6) дБ/м и возможно «появление» мод колебаний не предсказываемыми известными моделями.

2. Проведен анализ погрешностей локации, связанных с ошибками определения задержек времени и позиционирования 1111. Показано, что наиболее существенное влияние на результаты измерений оказывают ошибки измерения временных интервалов. Предложена методика и алгоритм акустической аттестации системы «объект +аппаратура».

3. Разработана библиотека процедур обработки АЭ информации, обеспечивающая упрощение выполнения основных операций локации и анализа очагов микроразрушений. Тело процедур обеспечивает возможность редактировании и адаптирования к конкретным условиям контроля.

4. Посредством системы компьютерной математики Maple получены аналитические решения задач локации источников импульсных акустических сигналов (акустической эмиссии - АЭ) для различных сочетаний конфигураций приемных антенн и взаимного расположения антенн и источников (линейные, плоские и пространственные задачи). Аналогичные программы на языке Maple могут быть вместе с самой системой встроены в персональные компьютеры, входящие в АЭ-аппаратуру, что обеспечит достаточно точную и оперативную локацию источников АЭ.

5. Предложена модель формирования и выделения очагов микроразрушений. Разработаны алгоритмы и программы реализации модели. Апробация алгоритмов на модельных и натурных данных показала устойчивую и правильную работу программ их визуализации и оценку параметров очагов. Показана возможность оценки близости макроразрушения путём сопоставления параметров очагов микроразрушений и динамических событий в объекте контроля.

6. Предложен метод селекции «ложных» сигналов, обеспечивающий отсечку значительного числа сигналов не связанных с процессами формирования очагов микроразрушеий, позволяющий более точно анализировать экспериментальные данные и надежно осуществлять диагностику объекта контроля. Разработана программа амплитудной селекции сигналов.

-123

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Мурая, Елена Николаевна, Хабаровск

1. ГОСТ 27655-88. Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения Текст. -Введ. 2001-01 01 -М.: Изд-во стандартов, 2001. - 208 с.

2. A.c. 1179119 (СССР) Способ контроля герметичности изделий Текст. / Ю.Б. Дробот, В. В. Лупанос (СССР). № 3714310/25-2; заявл. 21.03.84; опубл. 15.08.1985; МКИ 01М3124; Открытии изобретения. - 1985. -№34.-С. 153.

3. Анисимов, В.К. Исследование погрешности мгновенного определения координат источников сигналов акустической эмиссии на участке сферической поверхности Текст. / В.К. Анисимов // Дефектоскопия.- 1981. — №81. С. 108 - 111.

4. Анисимов, В.К. О «мгновенном» определении двух координат источников сигналов акустической эмиссии Текст. / В.К. Анисимов // Дефектоскопия. 1980. - № 8. - С. 66 - 69.

5. Анисимов, В.К. О «мгновенном» определении трех координат источников сигналов акустической эмиссии Текст. / В.К. Анисимов // Дефектоскопия. 1982. - №3. - С. 8 - 11.

6. Анисимов, В.К. О фактической погрешности определения координат источников сигналов Текст. / В.К. Анисимов, Б.А. Дудунков // Дефектоскопия, 1981.-№9.-С. 17-21.

7. Анисимов, В.К. Однозначное определение координат источников акустической эмиссии в листовых материалах Текст. / В.К. Анисимов // Дефектоскопия. -1990. №7. - С.11 - 15.

8. Анисимов, В.К. Приближенное определение местоположения источников акустической эмиссии Текст. / В.К. Анисимов // Дефектоскопия.- 1988.-№8.-С. 49-52.

9. Архипов, В.И. О качестве образцов для ультразвуковых измерений Текст. / В.И Архипов, А.И. Кондратьев // Дефектоскопия. -1991. -№ 10.-С. 41-49.-12517. Атомистика разрушения Текст. / пер. с англ.; под ред. Р. В. Гольдштейна. -М.: Мир, 1987. 246 с.

10. Атомный механизм разрушения Текст. / под ред. Г. Либовиц. — М.: Металлургиздат, 1963. 460 с.

11. Бакшеев, В. Г. Анализ погрешностей ультразвуковых стержневых мер для калибровки приемных преобразователей Текст. / В.Г. Бакшеев, В.И. Панин // Акустические измерения в твердом теле: сб. науч. тр. М.: ВНИИФТРИ, 1983 . - С. 25 - 28.

12. Баранов, В.М. Акустические измерения в ядерной энергетике Текст. /В.М. Баранов. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 320 с.

13. Баранов, В.М. Применение акустической эмиссии для исследования и контроля коррозионных процессов / В.М. Баранов, Т.В. Губина. М.: МИФИ. 1990. - 72 с.

14. Болотин, Ю.И. Акустическая локация хрупких микроразрушений Текст. / Ю.И. Болотин, Ю.Б. Дробот. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2003. -154 с.

15. Бондаренко А .Я. Локализация сигналов акустической эмиссии с использованием метода Монте-Карло Текст. / А.Я. Бондаренко // Контроль. Диагностика. 2004. - № 9. - С. 14-18.

16. Бондаренко, А.Н. Оптическая установка для измерения сверхмалых акустических колебаний Текст. / А.Н. Бондаренко, Б .Я. Маслов [и др] IIПТЭ. 1975. - №6. - С. 211

17. Бондаренко, А.Н. Прецизионные акустические измерения оптическими и емкостными методами Текст. / А.Н. Бондаренко, Ю.Б. Дробот, А.И Кондратьев. Владивосток: ТОЙ ДВО АН СССР, 1990. - 240 с.

18. Бреховских, Л.М. Акустика слоистых сред Текст. / Л.М. Бреховских, О.А.Годин. М.: Наука, - 1989. - 411 с.

19. Викторов, И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах Текст. / И.А. Викторов. М.: Наука, 1981.-287 с.

20. Викторов, И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике Текст. / И.А. Викторов. — М.: Наука, 1966. 168 с.

21. Горбунов, А.И. Установка «СПЕКТР» для анализа спектральных характеристик акустической эмиссии Текст. / А.И. Горбунов [и др.] // Дефектоскопия 1988. -№1. - С. 31-36.

22. Грешников, В. А. Акустическая эмиссия Текст. / В. А. Грешников, Ю.Б. Дробот. М. : Изд-во стандартов, 1976. - 272 с.

23. Гринченко, В.Т. Распространения волн в полом упругом цилиндре с жидкостью Текст. / В.Т Гринченко, Г. Л. Комисарова // Прикладная механика. — 1981. № 1. — С. 21 -26.

24. Гуменюк, В. А. Анализ сигналов АЭ от трения берегов полуэллиптической усталостной трещины Текст. / В. А. Гуменюк [и др.] // Диагностика и прогнозирование разрушения сварных конструкций. 1989. — Вып. 3.-С. 21-36.

25. Дробот, Ю.Б. Неразрушающий контроль усталостных трещин акустико-эмиссионным методом Текст. / Ю.Б. Дробот, A.M. Лазарев. М. : Изд-во стандартов, 1987. - 128 с.

26. Дъеласан, Э. Упругие волны в твердых телах Текст. / Э. Дъеласан, Д. Руайе. М.: Наука, 1982. - 424 с.

27. Ерминсон, A.JI. Акустико-эмиссионные приборы и системы / A.JI. Ерминсон, Г.Б. Муравин, В.В. Шип Текст. // Дефектоскопия. -1986.-№5. С. 3 - 2.

28. Ермолов, И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля Текст. / И.Н. Ермолов. М.: Машиностроение, 1981. - 240 с.

29. Иванов, В.И. Акустико-эмиссионный контроль сварки и сварных соединений Текст. /В.И. Иванов, В.М. Белов. -М.: Машиносторение, 1981. -184 с.

30. Иванов, В.И. Вероятностная оценка достоверности акустико— эмиссионного контроля Текст. / В.И. Иванов, С.П. Быков // Тр. ЦНИИТМАШ. 1987. - № 203.— С.66-69.

31. Иванов, В.И. Классификация источников акустической эмиссии Текст. / В.И. Иванов, С.П. Быков // Диагностика и прогнозирование разрушения сварных конструкций. 1985. - №1. - С. 67—74.

32. Иванов, В.И. Микроскопическая модель акустической эмиссии при разрушении Текст./ В.И. Иванов. Деп. в НИИИнформэнергомаш, №366 эм 87. 1987.

33. Иванов, В.И. О критериях оценки степени опасности дефекта по параметрам акустической эмиссии Текст./ В.И. Иванов, С.П. Быков, А.Н. Рябов // Дефектоскопия. 1985. - №2. - С. 62-68.

34. Иванов, В.И. Применение метода акустической эмиссии для неразрушающего контроля и исследования материалов Текст. / В.И. Иванов // Дефектоскопия. 1980. - №5. - С.65-84.

35. Иванов, В.И. Устойчивость параметров акустической эмиссии при изменении толщины контактного слоя преобразователь-объект Текст. / В.И. Иванов, В.А. Миргазов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. Киев. 1992. -№1. - С. 27 - 31.

36. Иванов, В.И. Численное моделирование прохождения импульсных сигналов через акустические преобразователи Текст. / В.И. Иванов, В.А. Миргазов //Дефектоскопия. 1990. - №5. - С. 15-22.

37. Ильгамов, М.А. Колебания упругих оболочек, содержащих жидкость и газ Текст. / М.А. Ильгамов. М.: Наука, 1969. - 284 с.

38. Исследование распространения упругих импульсов в твердых средах ограниченных размеров Текст. : отчет о НИР; № гос. регистрации 112456, инв. №800561 Зб.-Хабаровск, 1983. 56 с.

39. Кондратьев, А.И. Экспериментальные исследования волноводных свойств объектов Текст. / А.И. Кондратьев // Акустические измерения в твердом теле: сб. науч. тр. М. : ВНИИФТРИ, 1983. - с. 20 - 24.

40. Маслов, Б.Я. Обнаружение растущей трещины методом акустической эмиссии и определение ее координат Текст. / В.В. Денисов, О.И. Холькин, Ю.Г. Людмирский // Дефектоскопия. 1978. -№1.-С. 67-74.

41. Методика проведения акустико—эмиссионного контроля трубопроводов и сосудов, работающих под давлением Текст.: сб. документов. Серия 27. - Вып.2. - М., 1992. - 154 с.

42. Методические рекомендации по акустико-эмиссионному контролю сосудов, работающих под давлением и трубопроводов нефтехимических производств Текст.: методические рекомедации. MP 38.18.01594. Волгоград, 1994. -150 с.

43. Методы акустического контроля металлов Текст./ Н.П. Алешин [и др.]. М.: Машиностроение, 1989. - 455 с.

44. Неразрушающий контроль и диагностика Текст.: Справочник. В.В.Клюев [и др.]; под ред. В.В.Клюева. -М.: Машиностроение, 1995.-448 с.

45. Неразрушающий контроль Текст.: справочник. В 7 т. Книга 1. Методы акустической эмиссии / В.И. Иванов, И.Э. Власов; под ред.

46. B.В.Клюева. — М.: Машиностроение, 2005. 828 с.

47. Никитина, Н.Е. Об одной составляющей погрешности измерения фазовой скорости ультразвука импульсным методом Текст. / Н.Е. Никитина // Дефектоскопия. 1989. - №8. - С. 23-29.

48. Новацкий, В. Теория упругости Текст. / В. Новацкий. М.: Мир, 1975.-572 с.

49. Новиков, С.Р. Показатели достоверности измерительного контроля Текст. / С.Р. Новиков // Измерительная техника. 1985. - №2.1. C.13-14.

50. Партон, В.З. Механика разрушения: от теории к практике Текст. / В.З. Партон. М.: Наука, Гл. ред. физ-мат. лит., 1990. - 240 с.

51. Расчеты и испытания на прочность. Применение метода акустической эмиссии для контроля сосудов, работающих под давлением: методические рекомендации МР 204-86. М.,1992. 100 с.

52. Рекомендации по применению акустико-эмиссионной диагностики технологического оборудования и трубопроводов газохимических комплексов Текст. М.: РАО Газпром, 1997. 50 с.

53. Руковишников В.А. Численное и асимптотическое решение уравнения распространения гидроупругих колебаний в изогнутом трубопроводе Текст. / В.А. Руковишников, О.П. Ткаченко // Прикладная математика и техническая физика. 2000. - Т. 41. - №6. - С. 161-169.

54. Сравнение алгоритмов вычисления энергии и энергетических параметров сигналов акустической эмиссии Текст. / И.Э. Власов, В.И. Иванов // Дефектоскопия. 1999. - № 3. - С.20-26.

55. Степанова, Л.Н. Анализ погрешностей определения координат источников сигналов акустической эмиссии при использования пьезоантенны произвольной формы Текст. / Л.Н. Степанова, А.Е. Кареев // Контроль. Диагностика. 2003 .- №8. - С. 13-18.

56. Трипалин, A.C. Акустическая эмиссия Текст. / A.C. Трипалин, С.И. Буйло. Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 1986. - 160 с.

57. Труэл, Р. Ультразвуковые методы в физике твердого тела Текст. / Р. Труэл, Ч. Эльбаум, Б. Чик. М.: - Мир, 1978. - 544 с.

58. Филиппов, И.Г. Нестационарные колебания и дифракция волн в акустических и упругих средах Текст. / И.Г. Филиппов, O.A. Егорычев. М.: Машиностроение, 1977. - 270 с.

59. Ширяев, A.M. Алгоритмы, критерии и расчетные формулы для визуализации источников акустической эмиссии Текст. / A.M. Ширяев // Дефектоскопия. 2005. - №3- С.36-42.

60. Шкутин, Л.И. Численный анализ разветвленных форм изгиба стержней Текст. / Л.И. Шкутин // Прикладная математика и техническая физика.-2001.-Т. 42.-№2.-С. 141 147.

61. Эшелби, Дж. Континуальная теория дислокаций Текст. / Дж. Эшелби. -М.: ИЛ, 1963. 504 с.

62. Юдин, А.А. О причине ослабления сигналов акустической эмиссии при пластической деформации металлов за пределом текучести Текст. / А.А. Юдин, В.И Иванов // Проблемы прочности. — 1988. — №10. — С.74-77.

63. Юдин, А.А. Связь сигнала акустической эмиссии с пластической деформацией металла Текст. / А.А. Юдин, В.И Иванов // Проблемы прочности.- 1986.- №6. С.103-105.

64. Dioadati, P. Acoustic emission at the Stromboli volcano: scaling laws and seismic activity / P. Dioadati, P. Bak, F. Marchesoni // Earth Plenet. Sci. Letts. 2000. - v. 182. - P. 253-258.

65. Ditchi, T. Broadband determination of ultrasonic attenuation and phase velocity in insulating materials / T. Ditchi, C. Alquie J. Lewiner // J Acoust. Soc. Amer.- 1993.-V. 94.-N6.-P. 3061-3066.

66. Dunegan, H.L. Acoustic emission: a promising technique / H.L. Dunegan // UCID-4643. Lowrence Radiation laboratory, Lowermore. California, 1963. -Dec. 9.-P. 203-238

67. Jeong, H. Experimental analysis of porosity induced ultrasonic attenuation and velocity change in carbon composites / H. Jeong, D.K Hsu // Ultrasonic. 1995. -V. 33. -№3. - P. 195-203

68. Jmano Kazuhico. Measurement method of ultrasonic velocity in liquid and solid using continuons wave signal / Jmano Kazuhico, Jnoue Hiroshi // JaP. J. Appl. Phys.pt. 1. 1995. 34. - N5 B. - P. 2774-2777.

69. Kaiser, J. Untersuhugen under das Aufitreter Gerauschen beim Zugversuch : Ph. D. Thesis / J. Kaiser. Germamy,1950. - 123 p.

70. Kinra, V.K. A new Technique for Ultrasonic. Nondestructive Evaluation on Thin Specimens / V.K. Kinra, V. Dayal // Experimental Mechanics.- 1988. 28. N3. - P. 288-297.

71. Liptai, R. G. Acoustic Emission Technique in Material Research. Vol 3, N1/ R. G Liptai, D. O. Harris, R. B. Engle, C. A.Tatro. Int J. Nondestruct. Test, 1971.- 105 p.

72. Martynyuk, S. Investigation and optimization of a waveguide slot antenna array by finite-difference time-domain method / S.Martynyuk // On Mathematical methods in Electromagnetic Theory, MMET: in Int. Conf. 2000. -vl.-P. 166-168.

73. Naik, G.M. A Modified Acusto-optic Technique for Measuring Ultrasonic Velocity and Attenuation / G.M. Naik, A. Selvarajan, P.S. Narayanan // Indian Jornal of Technology. 1986. - V. 24. - N 10. - P. 639-642.

74. Prikryi, R. Acoustic emissionCharacteristics and failure of uniaxially stressed granitic rocks: the effect of rock fabric / R. Prikryi, T. Lokajicek, C. Li, V. Rudajev // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2003. -v. 36. - №4.-P. 255 -270.

75. Sckofield, B. Acoustic Emission under applied stress / B. Sckofield, B.Barreiss c. t. c. Boston, Mass: WADC Technical Report. Lessells and Associates, Inc. N 58-194., 1958.-38 p.

76. Tatro, C. Sonic Techniquers in the Detection of Crystel Slip in Metals. Progress Repotr / C.Tatro // Engineering Research. — 1957. № 5. — P. 23-28.

77. Ultrasonic velocity measurement using optical deflection / Matsuoka Tatsuro, Kumata Akihiro, Koda Shinobu, Nomura Hirogasu // JaP. J. Appl. Phys.pt. 1 1995. - 34. N5 B. - P. 2778-2780

78. Vahaviolos, Miller R.K. Detection and location of cracks in buriend pipelines using / Vahaviolos, Miller R.K, D.J. Watts, V.V. Shemyakin, S.A. Strizkov // Progress in acoustic emission: X the Japanese Society for NDI. 2000. - P. 249-256.

79. Wang, Y. An apparaturs for Ultrasonic Velocity and Attenuation Measurements / Y. Wang, M. Wei // Appl. Acoust. 1989. - 8. N2. - P. 1-5.1. Публикации автора

80. Кондратьев, А.И. Исследование акустических волноводных свойст объектов контроля: препринт №66 / А.И. Кондратьев, E.H. Мурая. -Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006.- 32 с.

81. ИЗ. Кондратьев, А.И. Аттестация приемников акустических колебаний / Кондратьев, А.И., Иванов, А.Н., Мурая E.H. // Материалы докладов. Пятый всероссийский симпозиум «Физика геосфер». Владивосток, 3-7 сентября. ТОЙ ДВО РАН, 2007. С. 73-77.

82. Мурая, E.H. Исследование волноводных свойств объекта / E.H. Мурая // Проблемы теоретической и прикладной математики: сб. науч. тр. / ДВГУПС; отв. ред. А.И. Ливашвили. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. -С.54-58.

83. Романова, E.H. Об оценке опасности источников акустической эмиссии / E.H. Романова // Безопасность труда в промышленности: ежемес. массовый науч. производственный журнал. - М.,2005. - №9. - С. 40 - 42.