RU2569078C1 - Method of identifying sources of acoustic emission signals arising from degradation of material, cracking and structural failure - Google Patents
Method of identifying sources of acoustic emission signals arising from degradation of material, cracking and structural failure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569078C1 RU2569078C1 RU2014125453/28A RU2014125453A RU2569078C1 RU 2569078 C1 RU2569078 C1 RU 2569078C1 RU 2014125453/28 A RU2014125453/28 A RU 2014125453/28A RU 2014125453 A RU2014125453 A RU 2014125453A RU 2569078 C1 RU2569078 C1 RU 2569078C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- acoustic emission
- cracks
- destruction
- degradation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 15
- 238000005336 cracking Methods 0.000 title claims description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 title description 6
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 title description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 20
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 29
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 5
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000005297 material degradation process Methods 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005534 acoustic noise Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 229920006335 epoxy glue Polymers 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам неразрушающего контроля материалов и изделий по условиям прочности и предназначено для идентификации источников сигналов акустической эмиссии, возникающих при деградации материала, образовании трещин и разрушении конструкции.The invention relates to methods for non-destructive testing of materials and products according to strength conditions and is intended to identify sources of acoustic emission signals arising from the degradation of the material, the formation of cracks and the destruction of the structure.
Известен способ, когда регистрацию трещин в хрупких тензопокрытиях осуществляют с применением акустико-эмиссионного контроля [1]. При этом акустико-эмиссионная система регистрирует не только сигналы, возникающие при образовании трещин в хрупком слое покрытия, но и сигналы помех, а также сигналы, вызванные деградацией материала подложки в процессе ее деформирования и разрушения.A known method is when the registration of cracks in brittle stress coatings is carried out using acoustic emission control [1]. In this case, the acoustic emission system registers not only the signals arising from the formation of cracks in the brittle coating layer, but also interference signals, as well as signals caused by degradation of the substrate material during its deformation and destruction.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является Патент №2403564 РФ: МПК G01N 29/14, опубликованный 10.11.10 [2].The closest technical solution adopted for the prototype is Patent No. 2403564 of the Russian Federation: IPC G01N 29/14, published on 10.11.10 [2].
В исследуемых зонах конструкции устанавливают хрупкие тензоиндикаторы, для дистанционного контроля за состоянием которых: регистрацией и локацией образующихся трещин используется акустико-эмиссионная система. Для отделения «полезных» сигналов (образования трещин в хрупком слое тензоиндикаторов) от всех других сигналов выполняется их фильтрация.In the studied areas of the structure, fragile strain gauges are installed, for remote monitoring of the state of which: registration and location of the resulting cracks is used acoustic emission system. To separate “useful” signals (cracking in a brittle layer of strain gauges) from all other signals, they are filtered.
Недостатком этого технического решения является то, что в процессе фильтрации теряется полезная информация, которую дает метод акустической эмиссии (АЭ) о степени деградации материала подложки в процессе ее деформирования.The disadvantage of this technical solution is that during the filtering process, useful information is lost, which is provided by the method of acoustic emission (AE) on the degree of degradation of the substrate material during its deformation.
Задача, на решение которой направленно данное техническое решение, является разработка способа, позволяющего в процессе акустико-эмиссионной диагностики изделий идентифицировать источники регистрируемых сигналов, распознавать сигналы, возникающие при деградации материала, образовании трещин и разрушении конструкции в ходе ее деформирования.The task to which this technical solution is directed is to develop a method that allows, in the process of acoustic emission diagnostics of products, to identify the sources of recorded signals, to recognize signals that occur during material degradation, cracking and structural destruction during its deformation.
При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача осуществляется путем введения диаграммы параметров, характеризующих скорость затухания импульса и усредненную частоту выбросов.When implementing the claimed technical solution, the task is carried out by introducing a diagram of parameters characterizing the pulse attenuation rate and the average emission frequency.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что при регистрации сигналов акустико-эмиссионной системой дополнительно использован алгоритм для распознавания сигналов по форме затухающей волны.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that when registering the signals with an acoustic emission system, an algorithm is additionally used for recognizing signals by the shape of a damped wave.
В качестве существенных признаков, наиболее информативных для распознавания сигналов по форме затухающей волны, применены комбинированные параметры: As the essential features, the most informative for recognizing signals by the shape of a damped wave, the combined parameters are used:
um/NИ, NИ/tИ, u m / N AND , N AND / t AND ,
где um - максимальная амплитуда импульса,where u m is the maximum amplitude of the pulse,
NИ - число выбросов,N And - the number of emissions
tИ - длительность импульса.t And - pulse duration.
Для классификации регистрируемых сигналов АЭ в поле этих параметров специально разработано программное обеспечение, позволяющее на диаграмме дескрипторов um/NИ и NИ/tИ проследить динамику формирования кластеров сигналов при деградации материала, образовании трещин и разрушении конструкции в процессе ее нагружения.To classify detected AE signals in the field of these parameters specially developed software that allows the diagram descriptors u m / N D and N AND / t and trace the dynamics of the formation of clusters of signals in material degradation, the formation of cracks and destruction of the structure during its loading.
Границы кластеров, формируемых сигналами АЭ, возникающими при деградации материала, образовании трещин и разрушении конструкции, для параметра um/NИ зависят от порога регистрации uth и их вычисляют по формуле:The boundaries of the clusters formed by AE signals that occur during material degradation, cracking and structural failure for the parameter u m / N And depend on the detection threshold u th and are calculated by the formula:
где (uth)min - минимально возможное значение порога регистрации, соответствующее 26 дБ, при котором не регистрируются шумы электрического тракта используемой АЭ аппаратуры,where (u th ) min is the minimum possible value of the registration threshold, corresponding to 26 dB, at which the electrical noise of the AE equipment used is not recorded,
K - коэффициент для определения границ кластера устанавливается в зависимости от природы источника сигнала и уровня порога uth.K - the coefficient for determining the boundaries of the cluster is set depending on the nature of the signal source and the threshold level u th .
Технико-экономическая эффективность изобретения следует из технического результата, получаемого при осуществлении изобретения, т.е. контроля за состоянием материала конструкции в процессе ее деформирования, а следовательно, диагностики степени ее деградации и предотвращения разрушения материалов и изделий по условиям прочности.The technical and economic efficiency of the invention follows from the technical result obtained by the implementation of the invention, i.e. monitoring the state of the material of the structure during its deformation, and therefore, diagnosing the degree of its degradation and preventing the destruction of materials and products according to the strength conditions.
В качестве примеров демонстрации заявляемого способа рассмотрено применение диаграммы параметров um/NИ и NИ/tИ при исследовании акустико-эмиссионных свойств многослойного оксидного тензопокрытия. Примеры сопровождаются графическими иллюстрациями, которые представлены на фиг. 1-7:As examples of demonstration of the proposed method, the application of the parameter diagram u m / N И and N И / t И is considered in the study of the acoustic emission properties of a multilayer oxide tensile coating. The examples are accompanied by graphical illustrations, which are presented in FIG. 1-7:
Фиг. 1 - схема образования трещины в оксидном тензоиндикаторе;FIG. 1 is a diagram of crack formation in an oxide strain gauge;
Фиг. 2 - график изменения деформации по длине балки при изгибе;FIG. 2 is a graph of strain changes along the length of the beam during bending;
Фиг. 3 - сопоставительная локационная картина распределения сигналов в хрупком слое;FIG. 3 - comparative location picture of the distribution of signals in a brittle layer;
Фиг. 4 - осцилограмма сигналов при образовании трещин в тензоиндикаторах;FIG. 4 - waveform of signals during the formation of cracks in strain gauges;
Фиг. 5 - кластер сигналов АС при образовании трещин в хрупком слое тензоиндикатора при уровне порога uth, равном 26 дБ;FIG. 5 - a cluster of AC signals during cracking in a brittle layer of a strain gauge at a threshold level u th equal to 26 dB;
Фиг. 6 - кластер сигналов акустической эмиссии при образовании трещин в хрупком слое тензоиндикатора при уровне порога uth=60 дБ;FIG. 6 - cluster of acoustic emission signals during the formation of cracks in the brittle layer of the strain gauge at a threshold level of u th = 60 dB ;
Фиг. 7 - кластер сигналов акустической эмиссии при образовании трещин в хрупком слое тензоиндикатора при уровне порога uth=32 дБ.FIG. 7 - a cluster of acoustic emission signals during the formation of cracks in the brittle layer of the strain gauge at a threshold level of u th = 32 dB .
Хрупкий оксидный тензоиндикатор фиг. 1 представляет собой тонкую алюминиевую фольгу, подвергнутую электрохимическому анодированию для получения прозрачной оксидной пленки (толщиной 15-35 мкм) и наклеенную на исследуемый элемент конструкции [3].The brittle oxide strain gauge of FIG. 1 is a thin aluminum foil subjected to electrochemical anodization to obtain a transparent oxide film (15-35 μm thick) and glued to the structural element under study [3].
При возникновении в подложке алюминиевой фольги деформаций ε1, превышающих величину пороговой деформации ε0 в оксидной пленке тензоиндикаторов, образуются картины трещин, отражающие силовое поле наибольших главных напряжений (деформаций) на поверхности конструкции. Используя тестовые характеристики тензочувствительности (σ0, ε0) и график изменения численности трещин в хрупкой оксидной пленке (Ψ) от уровня деформаций в подложке, можно с погрешностью не большей 15% с применением тензоиндикаторов произвести оценку значений главных напряжений (деформаций) на исследуемой поверхности конструкции в области распространения трещин [3].When deformations ε 1 occurring in the aluminum foil substrate exceed the threshold strain ε 0 in the oxide film of strain gauges, crack patterns are formed that reflect the force field of the highest principal stresses (deformations) on the surface of the structure. Using the test characteristics of the strain sensitivity (σ 0 , ε 0 ) and the graph of the change in the number of cracks in a brittle oxide film (Ψ) versus the level of deformations in the substrate, it is possible to estimate the values of principal stresses (deformations) on the test surface with an error of not more than 15% structures in the area of crack propagation [3].
Хрупкий оксидный тензоиндикатор представляет собой многослойное покрытие, которое включает хрупкий наружный слой толщиной 10-35 мкм, беспористый барьерный слой толщиной порядка 1 мкм, слой алюминиевой фольги толщиной 60-90 мкм и хрупкий слой эпоксидного клея толщиной 60-100 мкм. Все слои тензоиндикатора являются потенциальными источниками сигналов АЭ. По мере повышения уровня деформации в подложке разрушение тензоиндикатора происходит в следующей последовательности. Вначале разрушается наружный хрупкий слой оксида алюминия, затем барьерный слой, потом возникают пластические деформации в алюминиевой фольге и, наконец, разрушается клеевой слой, связывающий тензоиндикатор с поверхностью изделия. Каждый слой генерирует свои сигналы, отличающиеся как по энергетическим, так и по временным параметрам.The brittle oxide strain gauge is a multilayer coating that includes a brittle outer layer with a thickness of 10-35 μm, a non-porous barrier layer with a thickness of about 1 μm, a layer of aluminum foil with a thickness of 60-90 μm and a brittle layer of epoxy adhesive with a thickness of 60-100 μm. All layers of the strain gauge are potential sources of AE signals. As the level of deformation in the substrate increases, the destruction of the strain gauge occurs in the following sequence. First, the outer brittle layer of alumina is destroyed, then the barrier layer, then plastic deformations occur in the aluminum foil and, finally, the adhesive layer connecting the strain gauge to the surface of the product is destroyed. Each layer generates its own signals, which differ in both energy and time parameters.
Для исследования акустико-эмиссионных свойств оксидных тензоиндикаторов использовалась алюминиевая фольга А7 толщиной 100 мкм, которая наклеивалась на поверхность тестовых образцов с применением эпоксидного клея. Электрохимическое анодирование алюминиевой фольги проводилось в 15% водном растворе серной кислоты с использованием предварительно отработанных режимов оксидирования. Длительность процесса электрохимического анодирования варьировалась от 20 до 60 минут, плотность тока от 4 до 6 А/дм2, температура электролита от 0 до 20°С. Такой способ получения тензоиндикаторов позволял регулировать их чувствительность от предельно низких значений ε0, равных 400÷500 мкм/м, до ε0, равных 2000÷2500 мкм/м.To study the acoustic emission properties of oxide strain gauges,
Экспериментальные исследования АЭ свойств оксидных тензоиндикаторов проводились на тестовых образцах в виде калибровочных балок с размерами 200×20×5 мм. При тестировании тензоиндикаторов использовались калибровочные балки из оргстекла СТ-1 и эпоксидной смолы ЭД-20. Эти материалы имеют при относительно низком модуле упругости Е, равном 2900 МПа, предел прочности σB, равный или более 100 МПа, и относительное удлинение при разрыве не менее 3% [4]. К тому же они не являются источниками сигналов АЭ, что особенно важно для уменьшения количества помех, возникающих при тестовых испытаниях тензоиндикаторов.Experimental studies of the AE properties of oxide strain gauges were carried out on test samples in the form of calibration beams with dimensions of 200 × 20 × 5 mm. When testing the strain gauges, calibration beams made of ST-1 plexiglass and ED-20 epoxy were used. These materials have a relatively low modulus of elasticity E equal to 2900 MPa, tensile strength σ B equal to or more than 100 MPa, and elongation at break of at least 3% [4]. In addition, they are not sources of AE signals, which is especially important to reduce the amount of interference arising from test tests of strain gauges.
На фиг.2 показана схема расположение тензоиндикаторов и преобразователей АЭ на поверхности калибровочных балок при испытаниях на консольный изгиб. Между уровнем прилагаемой на конце балки нагрузки и величиной ее прогиба имеет место следующая зависимость:Figure 2 shows a diagram of the location of the strain gauges and AE converters on the surface of the calibration beams when tested for cantilever bending. Between the level of the load applied at the end of the beam and the magnitude of its deflection, the following relationship takes place:
Е - модуль упругости материала балки,E is the modulus of elasticity of the material of the beam,
L - длина консоли от заделки до места приложения нагрузки,L is the length of the console from termination to the place of application of the load,
b и h - ширина и толщина калибровочной балки.b and h are the width and thickness of the calibration beam.
При величине прогиба f, равной 1 мм, деформации в подложке тензоиндикатора изменялись в зависимости от расстояния до заделки от 60 до 200 мкм/м.With a deflection f equal to 1 mm, deformations in the substrate of the strain gauge changed depending on the distance to embedment from 60 to 200 μm / m.
Для регистрации сигналов АЭ при испытаниях образцов исследуемых материалов и тестировании тензоиндикаторов использовались многоканальная многопараметрическая акустико-эмиссионная система A-Line 32D ООО «Интерюнис» и двухканальная система DiSP-2 фирмы «РАС». В качестве акустико-эмиссионных преобразователей (ПАЭ) использовались преобразователи GT200 ООО «ГлобалТест» и резонансные преобразователи DP-151 фирмы «РАС».To record AE signals when testing samples of the materials under study and testing strain gauges, we used the multi-channel multi-parameter acoustic emission system A-Line 32D of OOO Interyunis and the two-channel DiSP-2 system of RAS. As acoustic emission transducers (PAE), GT200 transducers of GlobalTest LLC and resonance transducers DP-151 of the RAS company were used.
Собственные шумы электрического тракта АЭ системы A-Line 32D, включающего ПАЭ, предусилитель, блок сбора и предварительной обработки информации, составляли 26 дБ, а для АЭ системы DiSP-2 с интегральными преобразователями DP-151 - 24 дБ. В зависимости от акустических шумов, возникавших при испытаниях, порог регистрации сигналов АЭ устанавливался в пределах от 26 до 60 дБ.The intrinsic noise of the A-Line 32D AE electrical circuit, including the PAE, preamplifier, and data collection and preprocessing unit, was 26 dB, and for the DiSP-2 AE with DP-151 integrated converters, it was 24 dB. Depending on the acoustic noise arising from the tests, the threshold for detecting AE signals was set in the range from 26 to 60 dB.
Сопоставление распределения сигналов АЭ, слоцированных в процессе нагружения калибровочной балки, с картиной распространения трещин в хрупком слое покрытия показано на фиг. 3. В верхней части фигуры приведена локационная картина распределения сигналов АЭ, отражающая процесс распространения трещин в хрупком слое оксидной пленки при нагружения тензоиндикатора. Из фигуры видно, что количество лоцированных сигналов и их распределение между ПАЭ 1 и 2 достаточно хорошо согласуется с числом трещин и их расположением по длине тензоиндикатора. Каждый лоцируемый сигнал АЭ отражает процесс распространения трещины в хрупком слое покрытия.A comparison of the distribution of AE signals, which are localized during loading of the calibration beam, with the pattern of crack propagation in the brittle coating layer is shown in FIG. 3. In the upper part of the figure, a location pattern of the distribution of AE signals is presented, which reflects the process of propagation of cracks in a brittle layer of an oxide film upon loading of a strain gauge. The figure shows that the number of localized signals and their distribution between
Возникновение и распространение трещин в хрупком слое тензоиндикатора генерирует сигналы АЭ, параметры которых зависят от многих факторов, в том числе и от толщины хрупкого слоя. Чем больше толщина, тем больше амплитуда импульса, генерируемая при образовании трещины в тензопокрытии. Сигналы, регистрируемые при образовании трещин в хрупком слое тензопокрытия, характеризуются значительной амплитудой и высокой скоростью затухания. На фиг.4 приведены осциллограммы типичных импульсов сигналов, генерируемых образованием трещин в тензопокрытиях при толщине хрупкого слоя 21 и 33 мкм.The occurrence and propagation of cracks in the brittle layer of the strain gauge generates AE signals, the parameters of which depend on many factors, including the thickness of the brittle layer. The greater the thickness, the greater the amplitude of the pulse generated by the formation of a crack in the tensile coating. The signals recorded during the formation of cracks in the brittle layer of the tensile coating are characterized by a significant amplitude and a high attenuation rate. Figure 4 shows the waveforms of typical pulses of signals generated by the formation of cracks in the strain coatings with a brittle layer thickness of 21 and 33 μm.
С применением разработанной программы, позволяющей в поле дескрипторов um/NИ, NИ/tИ проследить динамику формирования кластеров сигналов в процессе деформирования и разрушения объекта АЭ диагностики, проведены тестовые испытания многослойной структуры тензоиндикатора в процессе его деформирования и разрушения. На диаграмме параметров um/NИ, NИ/tИ определены кластеры, формируемые сигналами АЭ, возникающими при разрушении хрупкого слоя, алюминиевой фольги (подложки) и клеевого слоя.Using the developed program, which allows us to trace the dynamics of the formation of signal clusters in the process of deformation and destruction of the AE diagnostic object in the descriptor field u m / N И , N И / t И , we tested the multilayer structure of the strain gauge during its deformation and destruction. The parameter diagram u m / N И , N И / t И defines the clusters formed by AE signals arising from the destruction of a brittle layer, aluminum foil (substrate) and adhesive layer.
Анализ диаграмм, регистрируемых сигналов АЭ, вызываемых образованием трещин в хрупком слое тензопокрытия показал, что границы параметра um/NИ кластеров регистрируемых сигналов зависят от уровня порога регистрации uth. С повышением порога uth уменьшается количество регистрируемых выбросов, а следовательно, возрастает величина параметра um/NИ. An analysis of the diagrams of the recorded AE signals caused by the formation of cracks in the brittle layer of the tensile coating showed that the boundaries of the parameter u m / N AND of the clusters of the recorded signals depend on the level of the detection threshold u th . With increasing threshold u th decreases the number of recorded emissions, and therefore, increases the value of the parameter u m / N And .
На фиг. 5 и фиг. 6 приведены диаграммы рассматриваемых параметров для сигналов АЭ, вызываемых образованием трещин в хрупком слое для тензоиндикаторов с величиной пороговой деформации ε0, равной 500 мкм/м, при уровне порога регистрации uth, равном 26 и 60 дБ. С повышением уровня порога интервал значений параметра um/NИ регистрируемых сигналов существенно возрастает от 20 до 80 мкВ/ед. при uth, равном 26 дБ, а также возрастает до 200-1000 мкВ/ед. при uth, равном 60 дБ. При этом интервал усредненных частот выбросов NИ/tИ регистрируемых импульсов при образовании трещин в хрупком слое покрытия сохраняется в одних и тех же границах от 90 до 170 кГц. Для сигналов, амплитуда которых превышает порог регистрации не более чем в два раза (менее, чем на 6 дБ), параметр NИ/tИ может достигать 200 кГц.In FIG. 5 and FIG. Figure 6 shows diagrams of the considered parameters for AE signals caused by the formation of cracks in the brittle layer for strain gauges with a threshold strain ε0equal to 500 μm / m, at the level of the registration threshold uth, equal to 26 and 60 dB. With increasing threshold level, the interval of um/ NAND the recorded signals increases significantly from 20 to 80 μV / unit. at uthequal to 26 dB, and also increases to 200-1000 μV / unit. at uthequal to 60 dB. The interval of the averaged emission frequencies NAND/ tAND detected pulses during the formation of cracks in the brittle coating layer is stored in the same boundaries from 90 to 170 kHz. For signals whose amplitude exceeds the registration threshold by no more than two times (less than 6 dB), the parameter NAND/ tAND can reach 200 kHz.
Как показали проведенные экспериментальные исследования, границы кластеров, формируемых сигналами образования трещин в тензопокрытии и сигналами, возникающими при разрушении материала подложки, для параметра um/NИ, зависят от устанавливаемого уровня порога регистрации uth и могут быть подсчитаны по формуле:As shown by experimental studies, the boundaries of the clusters formed by the signals of crack formation in the strain coating and the signals arising from the destruction of the substrate material for the parameter u m / N И depend on the set level of the detection threshold u th and can be calculated by the formula:
(uth)min - минимально возможное значение устанавливаемого порога регистрации, соответствующее 26 дБ, при котором не регистрировались шумы используемой АЭ аппаратуры,(u th ) min - the minimum possible value of the set detection threshold, corresponding to 26 dB, at which noises of the AE equipment used were not recorded,
K - коэффициент для определения границ кластера, величина которого в зависимости от природы источника сигнала и уровня порога uth изменяется от 0,1 до 1,1.K is the coefficient for determining the boundaries of the cluster, the value of which, depending on the nature of the signal source and the threshold level u th, varies from 0.1 to 1.1.
В качестве примера определим границы кластера для сигналов АЭ, возникающих при образовании трещин в хрупком слое тензоиндикатора при уровне порога uth, равном 32 дБ. При этом величина коэффициента для определения границ кластера сигналов АЭ составит 0,33. Такое значение коэффициента применяется, когда uth превышает (uth)min на 2 дБ и более.As an example, we define the cluster boundaries for AE signals that arise when cracks form in the brittle layer of a strain gauge at a threshold level u th equal to 32 dB. In this case, the coefficient for determining the boundaries of the AE signal cluster will be 0.33. This coefficient value is applied when u th exceeds (u th ) min by 2 dB or more.
В приведенной выше формуле границы кластеров параметра um/NИ подсчитываются как отношение максимальной амплитуды сигнала (мкВ) к количеству выбросов (ед.) до ухода волны под порог uth, величина которого также измеряется в мкВ. Для перехода к децибелам в формуле используется следующая зависимость: 20·(lg(uth)-lg(uth)min).In the above formula, the boundaries of the clusters of the parameter u m / N И are calculated as the ratio of the maximum signal amplitude (μV) to the number of emissions (units) before the wave goes below the threshold u th , the value of which is also measured in μV. To go to decibels in the formula, the following dependence is used: 20 · (log (u th ) -lg (u th ) min ).
Исходя из того, что при (uth)min, равном 26 дБ, границы параметра um/NИ кластера, формируемого сигналами АЭ, возникающими при образовании трещин в хрупком слое тензоиндикатора при толщине оксидной пленки 33 мкм, составляют 20 и 80 мкВ/ед. (см. фиг.5), определим примерные границы кластера при uth, равном 32 дБ:Based on the fact that at (u th ) min equal to 26 dB, the boundaries of the parameter u m / N AND of the cluster formed by AE signals arising from the formation of cracks in the brittle layer of the strain gauge with an oxide film thickness of 33 μm are 20 and 80 μV / units (see Fig. 5), we determine the approximate boundaries of the cluster at u th equal to 32 dB:
(um/NИ)H=0,33.(32-26).20=40 мкВ/ед.;(u m / N I ) H = 0.33. (32-26) .20 = 40 μV / unit;
(um/NИ)B=0,33.(32-26).80=160 мкВ/ед.(u m / N AND ) B = 0.33. (32-26) .80 = 160 μV / unit.
Подсчитанные значения границ параметра um/NИ кластера достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными при уровне порога uth, равном 32 дБ (см. фиг.7) для сигналов АЭ, возникающих при образовании трещин в хрупком слое тензопокрытия.The calculated values of the boundaries of the parameter u m / N AND of the cluster are in rather good agreement with the experimental data obtained at the threshold level u th equal to 32 dB (see Fig. 7) for AE signals arising from the formation of cracks in the brittle layer of the tensile coating.
Сигналы АЭ, генерируемые разными слоями тензоиндикатора, на диаграмме um/NИ, NИ/tИ имеют свои специфические области кластеризации. Для записи сигналов АЭ, генерируемых при пластическом деформировании и разрыве алюминиевой фольги, использовались два способа: первый, когда образец фольги непосредственно подвергался испытанию на разрыв, и второй, когда фольга наклеивалась на калибровочную балку из оргстекла, которая нагружалась консольным изгибом.AE signals generated by different layers of the strain gauge in the diagram u m / N И , N И / t И have their own specific clustering areas. Two methods were used to record AE signals generated during plastic deformation and rupture of aluminum foil: the first, when the foil sample was directly subjected to a tensile test, and the second, when the foil was glued onto a plexiglass calibration beam, which was loaded by cantilever bending.
С целью регистрации сигналов АЭ, наблюдаемых при разрушении клеевого слоя и отслаивании фольги, были проведены следующие эксперименты. К калибровочным балкам из оргстекла с размерами 240×22×6 мм приклеивались полоска алюминиевой фольги длиной 200 мм и шириной 20 мм. Наклейка осуществлялась с одного конца фольги на длине 140 мм. Свободный конец фольги длиной 60 мм загибался под прямым углом и зажимался с края на длине 40 мм между стальными накладками. Затем балка жестко крепилась в неподвижных опорах, установленных на расстоянии 200 мм. Преобразователи DP-151 размещались на верхней плоскости балки на расстоянии 160 мм. Испытания фольги на отрыв проводились в несколько этапов. На каждом новом этапе нагрузка повышалась на 10 Н и выдерживалась в течение 30 секунд, если не наблюдался отрыв фольги. После этого образец разгружался и выдерживался в течение 3 минут перед следующим испытанием.In order to record AE signals observed during the destruction of the adhesive layer and peeling of the foil, the following experiments were carried out. A strip of
На фиг.7 для уровня uth, равного 32 дБ, на диаграмме дескрипторов um/NИ, NИ/tИ приведены кластеры сигналов АЭ, генерируемых различными слоями тензоиндикатора в процессе его разрушения при повышении уровня растягивающих деформаций в подложке.In Fig. 7, for the level u th equal to 32 dB, the diagram of descriptors u m / N И , N И / t И shows clusters of AE signals generated by various layers of the strain gauge during its destruction with an increase in the level of tensile deformations in the substrate.
Как видно из фигуры, границы кластера, образуемого сигналами, возникающими при разрушении хрупкого слоя тензоиндикатора (1), частично перекрываются кластером сигналов, возникающих при разрушении клеевого слоя и отслаивании фольги от подложки (3). Границы кластеров (2) и (4), формируемых сигналами, возникающими при пластическом деформировании и разрыве алюминиевой фольги, располагаются заметно ниже.As can be seen from the figure, the boundaries of the cluster formed by the signals arising from the destruction of the brittle layer of the strain gauge (1) are partially overlapped by the cluster of signals arising from the destruction of the adhesive layer and peeling of the foil from the substrate (3). The boundaries of clusters (2) and (4) formed by signals arising from plastic deformation and rupture of aluminum foil are noticeably lower.
Для разделения сигналов кластеров (1) и (3) могут быть использованы параметры времени, нагрузки или деформации. Активное разрушение хрупкого слоя тензоиндикатора происходит в области упругих деформаций, задолго до возникновения необратимых структурных изменений в материале подложки. Разрушение же клеевого слоя наблюдается лишь при значительных пластических деформациях, как правило, превышающих 104 мкм/м, когда в хрупком слое тензоиндикатора уже имеет место высокая плотность трещин и процесс образования новых трещин заметно затормаживается, требуя все большего приращения нагрузки. Поэтому при таких значениях деформаций рост активности сигналов АЭ в основном обусловлен процессами отслаивания покрытия и разрушения подложки.To separate the signals of clusters (1) and (3), parameters of time, load, or strain can be used. Active destruction of the brittle layer of the strain gauge occurs in the region of elastic deformations, long before the occurrence of irreversible structural changes in the substrate material. The destruction of the adhesive layer is observed only with significant plastic deformations, usually exceeding 10 4 μm / m, when a high density of cracks already occurs in the brittle layer of the strain gauge and the process of formation of new cracks slows down noticeably, requiring an increasing load increment. Therefore, at such strain values, the increase in AE signal activity is mainly due to the processes of peeling of the coating and destruction of the substrate.
Приведенные примеры показали высокую информативность заявляемого способа не только для регистрации сигналов образования трещин в тензоиндикаторе, но и для оценки степени деградации материала подложки в процессе ее деформирования.The above examples showed the high information content of the proposed method, not only for recording signals of cracking in the strain gauge, but also for assessing the degree of degradation of the substrate material during its deformation.
ЛитератураLiterature
1. Махутов Н.А., Шемякин В.В, Ушаков Б.Н., Петерсен Т.Е., Васильев И.Е. Применение акустической эмиссии для контроля за процессом образования трещин в хрупких оксидных тензоиндикаторах // Заводская лаборатория. - 2011. №6. 41-44 с.1. Makhutov N.A., Shemyakin V.V., Ushakov B.N., Petersen T.E., Vasiliev I.E. The use of acoustic emission to control the process of cracking in brittle oxide strain gauges // Factory Laboratory. - 2011. No. 6. 41-44 p.
2. Патент №2403564 РФ, МПК G01N 29/14. Устройство для диагностики предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения материалов и изделий/ Васильев И.Е., Иванов В.И., Махутов Н.А., Ушаков Б.Н.; заявитель и патентообладатель Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, №2009100183/28, заяв. 11.01.09, опубл. 10.11.10, Бюл. №31.2. Patent No. 2403564 of the Russian Federation, IPC G01N 29/14. A device for diagnosing the limit state and early warning about the danger of destruction of materials and products / Vasiliev I.E., Ivanov V.I., Makhutov N.A., Ushakov B.N .; Applicant and patent holder A.A. Blagonravova RAS, No. 2009100183/28, application. 01/11/09, publ. 10.11.10, Bull. No. 31.
3. Напряженно-деформированные состояния ЖРД. / Под ред. Махутова Н.А., Рачука B.C. М.: Наука, 2013, - 646 с.3. Stress-strain states of the rocket engine. / Ed. Makhutova N.A., Rachuk B.C. M .: Nauka, 2013, 646 p.
4. Методы и средства определения полей деформаций: Справочник / Под. ред. Н.И. Пригоровского. М.: Машиностроение, 1983. 248 с.4. Methods and means of determining the fields of deformations: Reference / Under. ed. N.I. Prigorovsky. M.: Mechanical Engineering, 1983. 248 p.
Claims (1)
где um - максимальная амплитуда импульса,
NИ - число выбросов,
TИ - длительность импульсов сигналов,
при этом границы параметра um/NИ кластеров регистрируемых сигналов устанавливают в зависимости от уровня порога регистрации uth и определяют по формуле:
,
где KB,Н - коэффициент для определения верхней и нижней границы кластера равен 0,9-1,1. A method for recognizing sources of acoustic signals arising from the formation of cracks and destruction of the structural material, including acoustic emission diagnostics of the controlled object, characterized in that the maximum pulse amplitude, the number of emissions are measured by the shape of the damped wave of the acoustic emission signals during cracking and structural destruction and the pulse duration of the signals, after which establish the ratio of the parameters u m / N AND , N AND / t AND
where u m is the maximum amplitude of the pulse,
N And - the number of emissions
T And - the pulse duration of the signals,
the boundaries of the parameter u m / N And the clusters of the detected signals are set depending on the level of the registration threshold u th and determined by the formula:
,
where K B, N is the coefficient for determining the upper and lower boundaries of the cluster is 0.9-1.1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014125453/28A RU2569078C1 (en) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | Method of identifying sources of acoustic emission signals arising from degradation of material, cracking and structural failure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014125453/28A RU2569078C1 (en) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | Method of identifying sources of acoustic emission signals arising from degradation of material, cracking and structural failure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2569078C1 true RU2569078C1 (en) | 2015-11-20 |
Family
ID=54598306
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014125453/28A RU2569078C1 (en) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | Method of identifying sources of acoustic emission signals arising from degradation of material, cracking and structural failure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2569078C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649081C1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-03-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method for monitoring degradation of material structure and determining residual strength of article |
RU2690200C1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-05-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of acoustic-emission monitoring of degradation of material structure and predicting residual product strength |
RU2704575C1 (en) * | 2019-02-07 | 2019-10-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of simulating transient processes of accumulation of damages in a diagnosed object and a device of a bifurcation model |
RU2787964C1 (en) * | 2022-01-31 | 2023-01-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method for monitoring the load-bearing capacity of products |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1425536A1 (en) * | 1987-02-04 | 1988-09-23 | Кишиневский Сельскохозяйственный Институт Им.М.В.Фрунзе | Method of non-destructive check of coatings |
SU1455294A1 (en) * | 1986-11-19 | 1989-01-30 | Институт технической механики АН УССР | Acoustic emission method of inspecting welded joints of flat articles |
RU2063029C1 (en) * | 1993-01-11 | 1996-06-27 | Научно-технический центр "Нефтепромдиагностика" | Acousto-emission method of inspection of pipe-lines with flowing liquid |
US6823736B1 (en) * | 2002-11-20 | 2004-11-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Nondestructive acoustic emission testing system using electromagnetic excitation and method for using same |
RU2403564C2 (en) * | 2009-01-11 | 2010-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт Машиноведения им. академика А.А. Благонравова РАН | Device for diagnosing limiting state and early warning on risk of breakage of materials and articles |
US20110185814A1 (en) * | 2008-08-08 | 2011-08-04 | A.E.T. International S.R.L. | Method for non-destructive investigation of the bottom of metallic tank structures |
-
2014
- 2014-06-24 RU RU2014125453/28A patent/RU2569078C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1455294A1 (en) * | 1986-11-19 | 1989-01-30 | Институт технической механики АН УССР | Acoustic emission method of inspecting welded joints of flat articles |
SU1425536A1 (en) * | 1987-02-04 | 1988-09-23 | Кишиневский Сельскохозяйственный Институт Им.М.В.Фрунзе | Method of non-destructive check of coatings |
RU2063029C1 (en) * | 1993-01-11 | 1996-06-27 | Научно-технический центр "Нефтепромдиагностика" | Acousto-emission method of inspection of pipe-lines with flowing liquid |
US6823736B1 (en) * | 2002-11-20 | 2004-11-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Nondestructive acoustic emission testing system using electromagnetic excitation and method for using same |
US20110185814A1 (en) * | 2008-08-08 | 2011-08-04 | A.E.T. International S.R.L. | Method for non-destructive investigation of the bottom of metallic tank structures |
RU2403564C2 (en) * | 2009-01-11 | 2010-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт Машиноведения им. академика А.А. Благонравова РАН | Device for diagnosing limiting state and early warning on risk of breakage of materials and articles |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649081C1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-03-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method for monitoring degradation of material structure and determining residual strength of article |
RU2690200C1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-05-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of acoustic-emission monitoring of degradation of material structure and predicting residual product strength |
RU2704575C1 (en) * | 2019-02-07 | 2019-10-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of simulating transient processes of accumulation of damages in a diagnosed object and a device of a bifurcation model |
RU2787964C1 (en) * | 2022-01-31 | 2023-01-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method for monitoring the load-bearing capacity of products |
RU2816129C1 (en) * | 2023-10-06 | 2024-03-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук (ПФИЦ УрО РАН) | Method for differential evaluation of damage stages of article made from composite material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3070467B1 (en) | Ultrasonic test system, ultrasonic test method and method of manufacturing aircraft part | |
WO2020057270A1 (en) | Ultrasonic nondestructive detection method for expanded size of micro crack of material | |
JP2007155730A (en) | Ultrasonic inspection system and method | |
US10197537B2 (en) | Non-destructive testing method and a non-destructive testing device for an anchor bolt | |
KR102157903B1 (en) | System and method for warning of fatigue crack failure based on nonlinear ultrasonic modulation, and system and method for estimating residual life of structure using the same | |
KR101732494B1 (en) | Method for detecting crack using nonlinear utrasound modulations schemes | |
Moctezuma et al. | Performance analysis of acoustic emission hit detection methods using time features | |
RU2569078C1 (en) | Method of identifying sources of acoustic emission signals arising from degradation of material, cracking and structural failure | |
RU2403564C2 (en) | Device for diagnosing limiting state and early warning on risk of breakage of materials and articles | |
RU2649081C1 (en) | Method for monitoring degradation of material structure and determining residual strength of article | |
Makhutov et al. | Integrated diagnostics of limit states and early warning of emergency conditions of structures | |
Ran et al. | Assessment of reliability performance of fatigue crack detection by intelligent coating monitoring and piezoelectric sensors | |
Michaels et al. | Self‐Calibrating Ultrasonic Methods for In‐Situ Monitoring of Fatigue Crack Progression | |
RU2816673C1 (en) | Method of detecting latent defects in composite materials by standing waves | |
Matvienko et al. | The acoustic-emission properties of oxide tensosensitive indicators and signal recognition during the formation of cracks in a brittle coating layer | |
Carboni et al. | A preliminary feasibility analysis about the structural health monitoring of railway concrete sleepers by acoustic emission and digital image correlation | |
Dayal et al. | Micro-crack detection in CFRP laminates using coda wave NDE | |
RU2690200C1 (en) | Method of acoustic-emission monitoring of degradation of material structure and predicting residual product strength | |
RU2505780C1 (en) | Method of analysing strains and stresses in fragile strain indicators | |
Teng et al. | Evaluation of micro-flaws in metallic material based on a self-organized data-driven approach | |
Piñal Moctezuma | Characterization of damage evolution on metallic components using ultrasonic non-destructive methods | |
Meisner et al. | Durability assessment of PZT-transducers for guided wave based shm systems using tensile static and fatigue tests | |
Rabiei et al. | An impedance-based approach for detection and quantification of damage in cracked plates and loose bolts in bridge structures | |
Yu et al. | Comparative study of active and passive sensing with AE and PWAS transducers | |
Lee et al. | Fatigue crack monitoring via load-differential guided wave methods |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190625 |