Введение к работе
Актуальность. В связи с постоянным усложнением промышленных изделий, широким применением новых материалов и технологий, работой узлов и агрегатов в режимах, близких к предельным, резко возрастают требования к обеспечению технической надежности и эксплуатационной безопасности. При этом весьма актуально стоит задача диагностики состояния изделий и конструкций. Подробный анализ показал, что одним из перспективных путей решения этой проблемы следует признать метод акустической эмиссии (АЭ).
Данный метод обладает более высокой чувствительностью по сравнению с другими методами, что позволяет обнаруживать дефекты структуры материала на уровне скопления дислокаций. При этом анализируются только развивающиеся, т.е. наиболее опасные с точки зрения снижения прочностных свойств изделия, дефекты. Он позволяет сравнительно простыми средствами организовать непрерывный, оперативный контроль с выдачей результата в реальном масштабе времени.
Однако практическое применение метода АЭ для решения задач технической диагностики сопряжено с определенными трудностями. Распространяющийся в объекте акустический сигнал претерпевает существенные искажения под действием системы «объект-преобразователь». Эти искажения настолько значительны, что практически не представляется возможным восстановить истинную форму исходного сигнала. По этой причине, параметры акустического сигнала определяются путем обработки электрического сигнала с выхода преобразователя, что, при отсутствии удовлетворительных моделей процесса разрушения, не позволяют установить четких связей между параметрами состояния конструкции и характеристиками сигналов. При этом возникающие в процессе испытаний и эксплуатации акустические шумы и помехи, так же распространяются в объекте и воздействуют на входные устройства АЭ-системы. Будучи похожими по форме на сигналы, возбуждаемые дефектообразованием, они приводят к ложным срабатываниям, что заставляет предъявлять повышенные требования к помехоустойчивости аппаратуры АЭ-контроля.
Недостаточность разработанных методов и средств анализа акустических сигналов и помех приводит к низкой повторяемости результатов научных исследований и препятствует широкому использованию метода АЭ в промышленности.
Таким образом, создание информационно-измерительного комплекса (ИИК) для исследования спектральных характеристик (СХ) сигналов АЭ и акустических помех, изучение амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) образцов материалов и изделий, поиск корреляционных связей между параметрами состояния конструкции и характеристиками сигналов, решение задач обнаружения и идентификации акустических сигналов, представляется весьма актуальным.
?0СНАЦИОНАЛЬНА»!
библиотек* I
sraow
Цель работы. Разработка методик и средств спектрального анализа сигналов АЭ, возникающих в процессе изготовления, испытания и эксплуатации образцов материалов и изделий.
Решаемые задачи. В процессе выполнения работы были поставлены и решены следующие задачи:
выбор методов и средств анализа АЧХ системы «объект-преобразователь»;
разработка методики корректировки СХ по АЧХ системы «объект-преобразователь» ;
повышение помехоустойчивости и расширение динамического диапазона анализа СХ;
исследование и классификация СХ сигналов АЭ и сопутствующих шумов.
обработка СХ сигналов АЭ с выделением вторичных параметров;
распознавание сигналов АЭ от различных источников по СХ и идентификация механических характеристик объекта контроля.
Методы исследования. В диссертационной работе используются методы спектрального анализа, акустической эмиссии, теории случайных процессов, математического и машинного моделирования, теории измерительных систем, метрологии, физического эксперимента. Научная новизна.
предложена методика анализа и разработаны алгоритмы исследования АЧХ и СХ акустических сигналов при испытании образцов материалов и изделий;
разработан ИИК для исследования свойств акустических сигналов от различных источников, позволяющий в реальном времени проводить анализ СХ сигналов АЭ;
предложены методики проведения исследований образцов материалов и конструкций промышленных объектов методом АЭ, основанные на результатах предварительных экспериментов;
получены результаты исследования образцов материалов и изделий методом АЭ, позволяющие оптимизировать структуру и алгоритм работы ИИК;
обосновано использование спектрального анализа при исследовании и анализе свойств акустических сигналов промышленных объектов, предложены способы распознавания и идентификации сигналов АЭ от различных источников.
Практическая значимость. Вопросы безопасности при проведении испытаний промышленных объектов имеют первостепенное значение, особенно когда речь идет об экологически опасных объектах, повреждение которых чревато техногенной катастрофой. Создание систем контроля таких объектов имеет колоссальное значение. В данной работе предложены методы и структуры построения таких систем, предложены способы существенного повышения достоверности контроля промышленных объектов методом АЭ, разработан и внедрен ИИК для исследования СХ акустических сигналов при испытании образцов материалов и изделий. Новизна предлагаемых технических решений подтверждается авторскими свидетельствами, а так же актом об использовании научных результатов диссертационной работы во ВНИИФТИ «Дальстандарт» и актом внедрения работ, выполненных в рамках НИР.
Основные положения, выносимые на защиту.
методика анализа СХ акустических сигналов, основанная на результатах предварительных испытаний;
методика оценки и корректировки АЧХ системы «объект-преобразователь», основанная на расчетных и экспериментальных данных;
методика и результаты исследования акустических сигналов при испытании образцов материалов и изделий;
разработанные и защищенные авторскими свидетельствами технические решения и алгоритмы по ИИК для анализа СХ акустических сигналов.
Реализация результатов работы. Диссертационная работа выполнена в рамках НИР - «Разработка и изготовление экспериментального образца установки спектрального анализа сигналов АЭ», № гос. регистрации 01850007208, 1986г.; «Создание многофункциональной акустико-эмиссионной системы», № гос. регистрации 01890017623, 1991г.
Личный вклад автора при выполнении работ заключается в следующем: по выше названным темам автор работал в качестве ответственного исполнителя, им были проведены теоретические и экспериментальные исследования в области аппаратурного спектрального анализа сигналов акустической эмиссии. Был разработан ряд методик по проведению экспериментальных исследования и алгоритмов обработки спектральных характеристик сигналов акустической эмиссии, разработан и внедрен пакет прикладных программ, разработан ряд блоков и узлов, полностью определена структура установки.
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались:
Всесоюзная научно-техническая конференция "Использование современных физических методов в неразрушающих испытаниях и контроле", г. Хабаровск, 1981г.
Х-я Международная конференция по неразрушающему контролю, г. Москва,
1982г.
Ья Всесоюзная конференция "Акустическая эмиссия материалов и
конструкций", г. Ростов-на-Дону, 1984 г.
Всесоюзная конференция "Использование современных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроле", г. Хабаровск, 1984 г.
Всесоюзная конференция "Использование современных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроле", г. Хабаровск, 1987 г.
Ш-я Всесоюзная конференция по акустической эмиссии, г.Обнинск, 1992 г.
- Всероссийская научная конференция «Управление и информационные
технологии», г. Пятигорск, 2004г.
Созданная в процессе выполнения работы измерительная система была представлена на 2-й международной выставке «Метрология и метрологическое обеспечение производства» г. Москва.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 20 публикациях, из них 3 авторских свидетельства СССР, 6 публикаций в центральной печати и 11 докладов на 7 всесоюзных, всероссийских и международных конференциях.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, изложенных на 135 страницах основного текста, иллюстрированных 34 рисунками и 4 таблицами, списка используемых источников из 132 наименований и 2 приложений, в которых представлены акты о внедрении результатов диссертационной работы и описание структуры разработанного программного обеспечения.
