Методологические аспекты акустико-эмиссионного контроля литых деталей сложной формы
Введение……………………………………………………………………….. 6
Глава 1 Анализ используемых методик акустико-эмиссионных
исследований металлических материалов и изделий и возможности их
внедрения в системы определения ресурса……………………………… 15
1.1 Изменения потоковых параметров акустической эмиссии разви-
вающихся дефектов при механическом нагружении …………………… 16
1.2 Исследования поведения основных параметров сигналов акусти-
ческой эмиссии при деформировании металлов…………………… 22
1.3 Методики локации источников сигналов акустической эмиссии.. 30
1.4 Методики идентификации источников акустической эмиссии…. 34
1.5 Возможности оценки ресурса металлических изделий с исполь-
зованием метода акустической эмиссии………………………………. 41
Вывод по первой главе…………………………………………………….. 51
Глава 2 Исследование дефектности литых деталей тележек вагонов и
факторов, снижающих их надежность…………………………………… 54
2.1 Исследование напряжений в литых деталях, возникающих в про-
цессе эксплуатации……………………………………………………… 55
2.2 Анализ дефектности боковых рам и надрессорных балок тележек
грузовых вагонов…………………………………………………………… 67
2.3 Исследования причин разрушения литых деталей тележки грузо-
вых вагонов……………………………………………………………….. 86
Выводы по второй главе………………………………………………………….. 93
Глава 3 Моделирование параметров акустической эмиссии в
деформируемых изделиях ………………………………………………… 96
3.1 Постановка задачи совершенствования системы контроля литых
деталей за счет внедрения АЭ метода …………….…………………….. 96
3.2 Моделирование актов акустической эмиссии деформируемого
материала и их параметров……………………………………………….. 104
3.3 Некоторые аспекты изменений параметров акустической эмиссии
при деформировании реального металлического объекта …. 119
Вывод по третьей главе ………………………………………………… 127
Глава 4 Исследование поведения основных характеристик
акустической эмиссии развивающихся дефектов в образцах из
низкоуглеродистой и низколегированной стали ……………………….. 129
4.1 Исследования параметров сигналов акустической эмиссии в
образцах без концентраторов…………………………………………… 129
4.2 Экспериментальные исследования акустической эмиссии в
образцах из низкоуглеродистых сталей с концентраторами при
статическом растяжении…………………………………………………. 138
4.2.1. Анализ потоковых характеристик акустической эмиссии
при статическом растяжении образцов с концентратором…… 141
4.2.2. Экспериментальное исследование изменения
индивидуальных параметров сигналов при деформировании
образцов с концентраторами …………………………………… 149
4.3 Исследование параметров акустической эмиссии при
циклическом нагружении образцов с концентраторами ……………… 158
4.4 Влияние комплексного исследования с использованием
циклического и статического нагружения на параметры сигналов
акустической эмиссии ………………………………………………………….. 163
Выводы по четвертой главе……………………………………………….. 176
Глава 5 Методические аспекты выбора основных параметров
акустико-эмиссионного контроля литых деталей……………………… 179
5.1 Анализ погрешностей определения координат источников
сигналов акустической эмиссии в литых деталях …………………… 180
5.2 Методика выбора способа определения координат источников
дискретных сигналов акустической эмиссии …………………………. 187
5.3 Анализ погрешностей определения координат источников при
комбинированном способе обработки акустико-эмиссионный
информации………………………………………………………………………………….. 194
5.4 Оценка чувствительности каналов акустико-эмиссионного
контроля литых деталей тележек вагонов……………………………… 205
5.5 Разработка методики акустико-эмиссионного контроля литых
деталей с повышенной чувствительностью в отдельных участках…… 213
Выводы по пятой главе…………………………………………………….. 222
Глава 6 Анализ результатов акустико-эмиссионного контроля литых
деталей с различной дефектностью……………………………………….. 224
6.1 Основные параметры акустико-эмиссионного контроля литых
деталей тележек грузовых вагонов………………………………………. 224
6.2 Анализ критериев оценки технического состояния литых деталей
для акустико-эмиссионного метода …………………………………….. 234
6.2.1. Анализ потоковых параметров от активных источников…. 237
6.2.2. Анализ поведения коэффициента корреляции у различных
источников акустической эмиссии в литых деталях………….. 242
6.2.3. Исследование изменения суммарной энергии сигналов
акустической эмиссии активных источников…………………… 245
6.3 Методика идентификации источников акустической эмиссии на
литейных дефектах в литых деталях…………………………………….. 248
6.4 Исследование поведения параметров сигналов акустической
эмиссии, излучаемой из участков, отремонтированных сваркой и
наплавкой ……………………………………………………………………………………… 257
6.5 Экспериментальные исследования поведения параметров
акустической эмиссии при повторных испытаниях литых деталей…… 272
Выводы по шестой главе……………………………………………………. 284
Глава 7 Применение акустико-эмиссионного метода для
прогнозирования поведения литых деталей при их эксплуатации……… 287
7.1 Разработка модифицированной интегральной методики оценки
состояния литых деталей……………………….……………………….. . 288
7.1.1 Использование акустико-эмиссионного контроля для
определения последующего срока эксплуатации литых
деталей…………………………………………………………….. 288
7.1.2 Применение тензометрии совместно с акустико-
эмиссионным методом при оценке ресурса деталей …………. 300
7.2 Разработка вероятностной модели оценки ресурса с
использованием распределения Вейбулла …………………………….. 303
7.3 Экспериментальные исследования характеристик сигналов
акустической эмиссии как элементов вероятностной модели оценки
параметров ресурса объектов контроля………… …………………….. 312
7.4 Анализ применения вероятностного способа оценки ресурса для
литых деталей тележек грузовых вагонов …………………………….. 323
Выводы по седьмой главе ………………………………………………. 330
Заключение …………………………………………………………………… 332
Библиографический список …………………………………………………….. 336
Приложение…………………………………………………………………… 370
Актуальность темы исследования. Контроль состояния различных техни-
ческих объектов и, в частности, деталей на разных стадиях производства, эксплу-
атации и ремонта требует изучения процессов формирования дефектов и динами-
ки изменения их параметров для обеспечения наиболее эффективного функцио-
нирования этих объектов с минимальными экономическими затратами. Использо-
вание любого метода неразрушающего контроля (НК) предполагает проведение
глубоких теоретических и экспериментальных исследований при встраивании
этого метода в систему технического контроля. Кроме того, важное значение име-
ет задача оценки остаточного ресурса с использованием тех же средств и методов
НК, что позволяет добиться эффекта как с технической, так и с экономической
точки зрения.
Современные методы НК позволяют решать диагностические задачи с вы-
сокой надежностью для объектов достаточно простой формы, имеющих однород-
ную структуру и свойства. Вместе с тем существует ряд объектов контроля кон-
структивно сложных, неоднородных по структуре и имеющих внутренние допу-
стимые дефекты – литые металлические изделия для транспорта, тяжелого маши-
ностроения. Наличие сложной формы и, как следствие, сильной неравномерности
напряженного состояния в процессе эксплуатации, различные типы литейных де-
фектов для большинства методов НК не позволяют с необходимой достоверно-
стью оценивать текущее состояние и тем более остаточный ресурс таких объек-
тов. Кроме того, подобного рода объекты (сложная форма, неоднородность струк-
туры, неравномерное по времени изменение напряженно-деформированного со-
стояния в разных локальных участках объекта, изменение геометрических разме-
ров в процессе эксплуатации вследствие износов) являются наиболее обобщен-
ным случаем в практике НК и оценки ресурса и в этой связи представляют науч-
ный интерес при решении задачи диагностирования объектов сложной формы,
переменой толщины и неоднородной структуры.
В мире существует большой объем научных знаний о физическом
состоянии различных материалов, их физических свойствах и динамике
изменения структуры и свойств в процессе статического и динамического
нагружения, а также накопления повреждений. Одним из наиболее
перспективных и динамически развивающихся методов в этом направлении
является метод акустической эмиссии (АЭ). Исследования возможностей АЭ
метода с использованием современной быстродействующей аппаратуры
позволяют приступить к разработке методологических подходов
функционирования систем технической диагностики, направленных на контроль
технического состояния деталей в процессе их жизни, а также проводить оценку
остаточного ресурса или срока службы деталей, конструкций узлов и механизмов.
В свою очередь, современные знания в области приборостроения и создания
аппаратуры для НК позволяют решать задачи практического моделирования,
создания и использования таких систем.
Разработка подходов к контролю состояния объектов литейного
производства в течение всего цикла их эксплуатации требует большого объема
теоретических, экспериментальных и прикладных исследований на примере
распространенных типов литых объектов массового производства, позволяющих
обобщить результаты исследований.
Степень разработанности темы исследования
Исследования в области применимости АЭ метода для НК технических
объектов на разных стадиях их жизненного цикла проводятся давно. В нашей
стране и за рубежом решением этого вопроса занимаются достаточно большое
число ученых. Несколько крупных научных школ проводят активные
исследования физических процессов формирования АЭ и методов ее регистрации
в металлических объектах. К российским исследователям и специалистам
ближнего зарубежья, внесшим наибольший вклад в знания о явлении АЭ,
относятся такие ученые, как А. Е. Андрейкив, В. М. Баранов, Г. А. Бигус, С
.И. Буйло, С. П. Быков, И. Э. Власов, В. А. Грешников, В. А. Гуменюк, Ю. Б.
Дробот, В. И. Иванов, В. Н. Куранов, Д. Л. Мерсон, В. В. Муравьев, А. Я.
Недосека, В. В. Носов, С.В. Панин, Г. А. Сарычев, Н. А. Семашко,
А. Н. Серьезнов, Л. Н. Степанова, В. А. Стрижайло, А. С. Трипалин,
В. М. Шихман, А. А. Юдин и многие другие. Активно занимались
исследованиями метода АЭ такие зарубежные ученые, как H. L. Dunegan,
D. O. Harris, M. A. Hamstad, K. Ono, C. B. Scruby, H. N. G. Wadley и другие.
В настоящее время метод АЭ активно используется для контроля состояния
сосудов, трубопроводов и аппаратов, работающих под давлением. Многие
исследователи проводят совершенствование методик контроля деталей и
конструкций более сложной формы. Безусловно, в процессе работы с такими
изделиями и конструкциями исследователи сталкиваются с рядом проблем,
основными из которых для методов НК являются:
– различная контролепригодность разных методов НК применительно к
конкретным объектам диагностики и ее неравномерность по объему сложного
изделия;
– низкая эффективность большинства методов контроля в связи с
необходимостью сканирования объекта, в том числе по труднодоступным
участкам;
– сложности в регистрации, обработке и интерпретации полученных данных
ввиду косвенной связи измеряемых параметров с характеристиками,
влияющими на надежность технического объекта;
– низкая сопоставимость результатов контроля различными методами НК.
Кроме того, есть объекты, оценка технического состояния которых, в том
числе АЭ методом, затруднена дополнительными, снижающими
контролепригодность факторами. Таким фактором является, в частности,
неоднородность механических и физических свойств, которые присущи литым
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (428 отзывов)
4.4 (59 отзывов)
4.8 (373 отзыва)
4.9 (343 отзыва)
0 (13 отзывов)
5 (285 отзывов)
4.8 (105 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
4.8 (30 отзывов)
