Совершенствование технологии акустико-эмиссионного контроля на основе конечно-элементного анализа акустического тракта

Сыч, Татьяна Викторовна
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Введение ……………………………………………………………………….. 4
1 Анализ существующих методов моделирования процесса
распространения акустических волн в объектах………………….. 10
1.1 Анализ существующих методов исследования различных объектов
неразрушающего контроля ……………………………………………… 10
1.2 Моделирование источника акустико-эмиссионного сигнала ………….. 14
1.3 Моделирование процесса распространения упругих волн деформации 19
1.4 Моделирование акустических преобразователей ……………………… 26
1.5 Моделирование границы раздела сред …………………………………. 29
1.6 Выводы по разделу 1 ……………………………………………….……. 31
2 Совершенствование методов расчета элементов
преобразователей акустической эмиссии …………………………… 33
2.1 Расчет пьезоэлектрической керамики ………………………….………. 34
2.2 Расчет преобразователя как многослойной структуры………………. 41
2.3 Разработка конструкции акустической головки для повышения
надежности и точности акустико-эмиссионного контроля …………… 47
2.4 Выводы по разделу 2………………………………………………………. 50
3 Численное моделирование процессов распространения волн в
тестовых задачах ……………………………………………………….. 52
3.1 Численное моделирование процессов распространения волны в
линейных объектах ……………………………………………………… 53
3.2 Численное моделирование процессов распространения волны в
плоских объектах ………………………………………………………… 63
3.3 Численное моделирование процессов преломления волн на границе
раздела двух сред ………………………………………………………… 78
3.4 Численное моделирование процесса распространения волны
в объемных объектах …………………………………………..………… 84
3.5 Расчетно-экспериментальное моделирование процессов
распространения АЭ сигнала в плоских объектах от источника
Су-Нильсена …………………………………………………………….. 87
3.6 Выводы по разделу 3……………………………………………………… 101
4 Повышение информационной надежности акустико-
эмиссионного неразрушающего контроля объектов
железнодорожного транспорта..…………………………………….… 102
4.1 Анализ существующей технологии неразрушающего контроля литых
деталей тележки грузового вагона ……………………………………… 102
4.2 Моделирование процесса распространения волны в боковой раме
тележки грузового вагона ……………………………………………….. 105
4.3 Экспериментальные исследования распространения волн при
испытаниях боковой рамы тележки грузового вагона ………………… 117
4.4 Алгоритм калибровки преобразователей при проведении
акустико-эмиссионного контроля ……………………………………… 124
4.5 Выводы по разделу 4 …………………………………………………….. 128
Заключение …………………………………………………………………….. 130
Список сокращений и условных обозначений………………………………. 132
Список литературы …………………………………………………………… 133
Приложение А. Патент на полезную модель «Акустическая головка» …… 147
Приложение Б. Патент на изобретение «Способ относительной
калибровки преобразователей акустической эмиссии»…………………….. 148
Приложение В. Акт об использовании результатов диссертационной
работы ………………………….……………………………………………….. 149

Актуальность темы исследования

При акустико-эмиссионном контроле ответственных конструкций важным
является повышение точности определения координат источников акустической
эмиссии. Для этого необходим детальный анализ процесса распространения
акустико-эмиссионных волн в объектах контроля с различными особенностями.
Теоретическое решение волнового уравнения для задач распространения
акустических волн в твердых телах, имеющих геометрические и физические
неоднородности, сложные граничные и начальные условия, затруднено.
Численные методы дают возможность прогнозирования напряженно-
деформированного состояния объекта, его динамического отклика на различные
воздействия. По сравнению с аналитическим решением, при численном анализе
можно получить информацию о расположении локальных зон объекта контроля с
наибольшими перемещениями или концентрацией напряжений.
При установке преобразователей акустической эмиссии в места с
наибольшим значением нормальных перемещений исследуемой поверхности
объекта, на выходе преобразователя будет формироваться максимальный сигнал.
В настоящее время места установки пьезоэлектрических преобразователей
определяются по результатам трудоѐмких предварительных экспериментов.
Численный же анализ процесса распространения акустико-эмиссионных волн
может быть проведен для объектов с различной геометрией с учетом их
особенностей и требует меньше затрат, при этом позволяет прогнозировать
поведение поверхности объекта контроля. В связи с этим разработка численных
алгоритмов расчета акустического тракта и анализ результатов расчетов является
актуальным.
Целью работы является повышение достоверности акустико-эмиссионного
контроля объектов сложной формы за счет применения методов численного
моделирования распространения акустических волн.
Для достижения цели в ходе исследования решались следующие задачи:
1. Разработка методики расчета элементов акустического тракта
преобразователя акустической эмиссии (ПАЭ).
2. Усовершенствование методики акустико-эмиссионного неразрушающего
контроля боковых рам тележек грузового вагона за счет разработки алгоритма
моделирования распространения акустических волн в линейных, плоских,
объемных задачах.
3. Разработка способа относительной калибровки преобразователей
акустической эмиссии.
4. Разработка устройства крепления преобразователя акустической эмиссии
к объекту контроля, обеспечивающего повышение метрологической надежности и
достоверности контроля.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:
1. Разработана численная модель преобразователя акустической эмиссии и
получены закономерности его работы при приеме продольной и поперечной волн.
2. Разработана методика численного моделирования процесса

Основные научные выводы и практические рекомендации заключаются
в следующем:
1. Получена методика расчета элементов акустического тракта
преобразователя акустической эмиссии, для одиночного пьезоэлемента
получен отклик на приход на него двух типов волн – продольной и
поперечной, получены результаты прохождения волны в слоистой структуре
преобразователя при приходе на него продольной волны.
2. Предложен, реализован и отработан на тестовых моделях алгоритм
прохождения акустико-эмиссионных волн в одномерных, двумерных,
трехмерных моделях неразрушающего контроля. Получены результаты
моделирования распространения акустико-эмиссионных волн в моделях с
концентраторами напряжений и моделями трещин.
3. Получены сравнительные результаты аналитического и численного
расчета распространения акустико-эмиссионных волн для объемной модели.
4. Полученные результаты распространения акустико-эмиссионной
волны в боковой раме тележки грузового вагона позволили дать
рекомендации по оптимальному расположению преобразователей при
проведении акустико-эмиссионного контроля. Полученные
экспериментальные результаты подтверждают результаты численного
моделирования.
5. Предложена конструкция магнитной системы и преобразователя АЭ,
позволяющая улучшить чувствительность преобразователя акустической
эмиссии, а также продлить срок службы преобразователя и его
долговечность.
6. Предложен способ калибровки преобразователей акустической
эмиссии, который возможно применять непосредственно на объекте
контроля любой формы в производственных условиях. С использованием
данного способа можно проводить относительную калибровку ПАЭ.
Из вышеизложенного следует, что исследование распространения
акустических волн в твердых телах с геометрическими неоднородностями,
неоднородностями свойств и структуры самого материала является
актуальным и позволяет повысить достоверность результатов
неразрушающего контроля.
Численное моделирование процесса распространения акустических
волн дает возможность прогнозировать характер перемещений точек
поверхности объекта контроля, и, соответственно, обосновывать места
установки датчиков, используемых для регистрации сигналов АЭ.
Результаты численного моделирования хорошо согласуются с
известными аналитическими выражениями и экспериментальными данными,
полученными в результате выполнения диссертационной работы.
Выполненные исследования позволили значительно расширить область
применения численных методов в практике неразрушающего контроля.
Использование данных результатов и рекомендаций позволяют повысить
точность и достоверность проведения акустико-эмиссионного
неразрушающего контроля за счет повышения чувствительности
преобразователей акустической эмиссии и оптимизации их расположения на
объекте контроля.
Таким образом, предлагаемый подход позволяет повысить
достоверность получаемой информации и упрощает контроль объектов
сложной геометрической формы.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АЭ – акустико-эмиссионный

ПАЭ – преобразователь акустической эмиссии

УЗК – ультразвуковой контроль

АЭК – акустико-эмиссионный контроль

ПЭП – пьезоэлектрический преобразователь

НК – неразрушающий контроль

ОК – объект контроля

МКЭ – метод конечных элементов

МГЭ – метод граничных элементов

КЭ – конечно элементная

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету