Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния неразрушающего контроля железнодорожных мостов в россии и за рубежом 10
1.1 Неразрушающий контроль железнодорожных мостов в России и за рубежом 11
1.2 Анализ причин возникновения дефектов в пролетных строениях металлических железнодорожных мостов 20
1.3 Обоснование выбора метода акустической эмиссии и тензометрии для неразрушающего контроля пролетных строений мостов 26
Выводы к первой главе и постановка задачи 42
2 Исследование влияния акустического тракта на информативные параметры импульсов акустической эмиссии 44
2.1 Формирование модового состава импульса 45
2.2 Экспериментальные закономерности распространения импульсов АЭ 50
2.3 Влияние параметров акустического тракта на геометрические размеры акустической антенны 53
Выводы к второй главе 59
3 Исследование влияния параметров эксплуатационной нагрузки на деформации в материале конструкции и параметры сигналов акустической эмиссии 60
3.1 Исследование связи параметров сигналов акустической эмиссии с параметрами поездной нагрузки 60
3.2 Определение типа источника АЭ по параметрам сигналов акустической эмиссии 76
3.3 Результаты АЭ контроля продольных несущих балок железнодорожного моста через реку Обь в г. Новосибирске 78
3.4 Разработка методики АЭ контроля крупногабаритных сварных объектов железнодорожного транспорта при нагрузках, не превышающих эксплуатационные 85
Выводы к третьей главе 91
4 Разработка методики определения погрешности координат источника акустической эмиссии при контроле крупногабаритных листовых объектов 93
4.1 Оценка основных влияющих факторов на погрешность координат внутри акустической антенны 94
4.2 Распределение погрешности координат источника акустической эмиссии внутри прямоугольной акустической антенны 106
4.3 Анализ экспериментальных погрешностей координат источника на продольной балке 111
Выводы к четвертой главе 120
Основные выводы 122
Список используемой литературы .124
Приложение
- Анализ причин возникновения дефектов в пролетных строениях металлических железнодорожных мостов
- Экспериментальные закономерности распространения импульсов АЭ
- Определение типа источника АЭ по параметрам сигналов акустической эмиссии
- Распределение погрешности координат источника акустической эмиссии внутри прямоугольной акустической антенны
Введение к работе
Долговечность и надежность эксплуатации искусственных сооружений зависит от запаса прочности заложенного при конструировании, качества изготовления и сборки, от характера и величины эксплуатационных нагрузок, климатических условий и ряда других влияющих факторов. В различной степени все эти факторы влияют на эксплуатационную надежность, которая определяется достоверностью информации о несущей способности основных частей конструкции.
Железнодорожные мосты - наиболее характерные представители металлоконструкций, содержащих в себе узлы сложной конфигурации и сварные соединения различного вида, к качеству которых предъявляются особо жесткие требования.
В процессе эксплуатации несущие конструкции мостовых пролетных строений (ПС) находятся под воздействием циклических эксплуатационных нагрузок. Образование и развитие усталостных дефектов происходит в длительных временных промежутках. По действующим нормам срок службы ПС составляет 60 лет. Решение о целесообразности реконструкции старого или строительстве нового моста принимается с учетом сроков проведения предполагаемых работ и материальных затрат. Запасы прочности заложенные при конструировании и реальное техническое состояние объекта позволяют, во многих случаях, безопасно эксплуатировать мосты сверх установленного срока, а некоторые по 100 лет и более. Железнодорожные мосты в условиях России являются стратегическими объектами. Кроме того, многие мосты - это историческое и культурное наследие. Таким образом, проблема продления срока гарантируемой эксплуатации мостов приобретает государственное значение.
В настоящее время практически вся информация о техническом состоянии моста формируется на основе его периодических визуальных освидетельствований. Требования к надзору за состоянием мостов и организации ремонтных работ изложены в [96].
Периодические осмотры на предмет обнаружения усталостных трещин, нарушения целостности окраски, коррозии, ослабления болтовых соединений не может считаться стопроцентно достоверным. Не выявляются скрытые дефекты, а также дефекты, расположенные в труднодоступных для осмотра местах. Усталостные трещины в сварных конструкциях (когда сварной шов не является препятствием для роста трещины) в сложных климатических условиях могут развиваться непредсказуемо. В силу этих обстоятельств решения о ремонте, принятые на основании визуальных осмотров, сводятся к засверловке концов трещины и усиления отдельных узлов конструкции. Заключение о капитальном ремонте, реконструкции или продлении эксплуатации моста является сложной инженерной задачей. Решая ее, выполняют испытания мостов с использованием средств инструментального контроля. Измеряют прогибы несущих элементов, определяют частоту собственных и вынужденных колебаний ПС, отслеживают перемещения отдельных элементов, проводят ультразвуковую дефектоскопию сварных соединений, выполняют тензометрические измерения напряжений под нагрузкой, измеряют статические напряжения различными методами структуроскопии. Подобные испытания проводятся как в статике, так и в динамике. Однако до настоящего времени не разработано ни одного достаточно достоверного, мало-затратного, простого в реализации метода прочностных испытаний и дефектоскопирования ответственных элементов мостовых конструкций. Следует отметить, что отдельные работы в этом направлении ведутся как в нашей стране, так и за рубежом [30, 34, 46, 101]. Наиболее перспективным направлением таких работ является разработка встроенных систем мониторинга мостовых конструкций еще на стадии их проектирования и монтажа. В этом случае информация о зарождении и развитии эксплуатационного дефекта может поступать непрерывно, что дает возможность не только своевременно выполнить необходимый ремонт или замену элемента, но и оценить дальнейшую эксплуатационную пригодность объекта в целом.
Данная работа направлена на разработку методики инструментального контроля ответственных элементов ПС, лишенной недостатков традиционных методов неразрушающего контроля (НК), снижающей влияние человеческого фактора, направленной на выявления различных типов дефектов и позволяющей осуществлять мониторинг в процессе всего периода эксплуатации.
Цель исследования - разработка методики акустико-эмиссионного контроля несущих элементов металлических мостовых пролетных строений под поездной нагрузкой на основе комплексного анализа информативных характеристик сигналов АЭ с учетом закономерностей распространения акустических волн в объекте контроля, параметров процессов нагружения и особенностей источников АЭ.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
- Исследовать основные закономерности процессов распространения основных мод волн Лэмба в продольной несущей балке мостового пролетного строения.
- Определить основные факторы, влияющие на погрешность определения координат источника сигналов АЭ и распределение погрешностей внутри акустической антенны. Рассчитать оптимальную геометрию акустической антенны для систем контроля несущих элементов пролетных строений мостов.
- Экспериментально исследовать зависимости комплекса основных параметров АЭ сигнала от типа и местоположения источника акустического излучения на продольных несущих балках металлических мостов.
- Исследовать зависимости характеристик сигналов АЭ от основных параметров поездной нагрузки.
- Разработать критерии оценки состояния продольных несущих балок железнодорожных мостов на основе результатов АЭ контроля.
Настоящая работа выполнялась в соответствие с планом НИОКР МПС России 2000-2003гг., Программой научно-технического сотрудничества Сибирского государственного университета путей сообщения, СО РАН и Железными дорогами регионов Сибири, Дальнего востока по совершенствованию технических средств, при обеспечении снижения эксплуатационных расходов, Планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО «РЖД» на 2005 год. (НИОКР: 7.8.02 «Разработка стенда для акустико-эмиссионного метода неразрушающего контроля и прогнозирования ресурса локомотива по перечню ЦТ»)
С использованием АЭ метода обследовано 24 продольные несущие балки железнодорожного моста через реку Обь в г. Новосибирске. Выявлено 22 источника повышенной акустической активности, 17 из которых идентифицированы как дефекты усталостного или металлургического происхождения. Четыре дефекта обнаружены впервые, то есть являлись скрытыми и не выявлялись при штатных методах обследования. Все выявленные дефекты были подтверждены активными методами НК (ультразвуковой, вихретоковый, феррозондовый).
Разработана методика АЭ контроля продольных несущих балок мостовых пролетных строений под нагрузкой проходящего поезда с использованием тензометрии в качестве параметрического канала.
Разработанная модель и программа анализа акустической антенны и вычисления координат источника АЭ, а так же программа оценки их погрешности использованы в методике АЭ контроля резервуаров тормозной системы локомотивов (метод внедрен в локомотивных депо Чернышевск ЗабЖД и Инская ЗСЖД) и при контроле котлов железнодорожных цистерн (в вагонном депо Нижнеудинск ВСЖД).
Личный вклад автора состоит в постановке задач исследований, разработке вспомогательных устройств и средств сопряжения аппаратурных комплексов;
разработке алгоритмов обработки экспериментальных данных и теоретических моделей; анализе результатов экспериментов.
Достоверность полученных результатов обеспечивается:
использованием современной сертифицированной и поверенной измерительной аппаратуры;
сходимостью с результатами ультразвукового, вихретокового, феррозондового и визуально-измерительного контроля;
- сравнительным анализом экспериментальных данных с результатами других авторов;
- повторяемостью экспериментальных результатов при многократных испытаниях однотипных объектов;
- применением фундаментальных положений акустики твердого тела для анализа акустического тракта.
На защиту выносятся следующие положения:
метод расчета геометрии акустической антенны для контроля крупногабаритных металлоконструкций из листового проката, основанный на анализе параметров акустического тракта и распределении погрешностей определения координат источника;
- анализ зависимостей потоковых характеристик сигналов АЭ, излучаемых усталостной трещиной от механических напряжений в продольной балке под действием циклической эксплуатационной нагрузки;
- методика браковки и классификации дефектов в продольной балке моста при циклических нагрузках на основе комплексной оценки энергетических характеристик источников АЭ;
- методика АЭ контроля с использованием дополнительного канала тензометрии и результаты испытаний продольных несущих балок мостовых пролетных строений.
Автор выражает свою благодарность научному руководителю заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору В.В. Муравьеву, коллегам по совместной работе: кандидату технических наук С. А. Бехеру, кандидату технических наук Е.В. Бояркину. Отдельная благодарность за техническую поддержку, обсуждение и конструктивную критику доктору технических наук, профессору Л.Н. Степановой.
Анализ причин возникновения дефектов в пролетных строениях металлических железнодорожных мостов
Детальный анализ причин трещинообразования в продольных несущих балках показывает, что изгибные колебания поясов часто превышают расчетные значения [93, 57].
Усталостные разрушения имеют место при напряжениях не ниже предела прочности металла. Но такие высокие напряжения, «рвущие» металл, являются локальными, сконцентрированными в микроскопически малой зоне, и могут иметь место при относительно невысокой среднеосевой нагрузке повреждаемого элемента. Зарождение усталостного повреждения зависит от размера концентрации, то есть от коэффициента концентрации напряжения (отношения напряжения в месте концентрации к среднему осевому напряжению элемента по его сечению брутто). Если напряжение у концентратора превышает предел текучести металла, оно может повышаться при каждом повторном приложении усилия, пусть и не превышающего среднеосевого напряжения элемента. При повторной нагрузке металла выше предела текучести этот предел постепенно повышается и металл после каждой последующей нагрузки работает упруго до напряжений, не превышающих предела текучести. При этом с каждой такой нагрузкой добавляется остаточная деформация. Накопление остаточной деформации вызывает наклеп металла, повышающий его предел текучести и предел прочности, но и повышающий одновременно с этим его хрупкость.
В зависимости от размера осевого напряжения и коэффициента концентрации, напряжения в месте концентрации могут достигнуть предела прочности металла и тогда образуется микротрещина. Трещина сама является концентратором напряжений с максимальным значением коэффициента концентрации. Дальнейшее повторение циклов напряжений вызывает рост трещины.
Направление развития трещины в зоне сварного шва во многом зависит от величины и распределения остаточных напряжений, структурных изменений в металле шва и околошовной зоны, наличия геометрических концентраторов и пластических деформаций [60]. При этом следует учитывать, что сам сварной шов не является препятствием для роста трещины.
Таким образом, рост усталостных трещин при нагрузках, не превышающих эксплуатационные, происходит в длительном временном интервале. Наличие влияющих факторов делает практически не предсказуемым время и конкретное место зарождения усталостной трещины, а также время и направление ее развития.
Поэтому можно сформулировать еще одно требование к разрабатываемым системам мониторинга мостовых конструкций -обнаружение развития усталостного дефекта на самой ранней стадии, то есть еще на стадии образования зоны повышенных концентраций напряжений.
Во всех случаях усталостных разрушений одним из основных факторов является размер зоны концентрации напряжений. Причинами концентрации напряжений являются любые нарушения непрерывности структуры или геометрической формы металла: отверстия, загрязненность металла, поры, непровары, шлаковые включения, внутренние микротрещины, поверхностные царапины или выбоины. Особо высокие напряжения наблюдаются в местах пересечения сварных швов.
Конструктивные недостатки, повышение осевых нагрузок, не предусмотренных при проектировании (что характерно для мостов старой постройки) объясняют возникновение продольных трещин типа Т-10 в стенках продольных балок у нижних концов поперечных ребер жесткости. Одна из причин трещинообразования - отсутствие жесткого закрепления поясов в поперечном направлении. Характер колебаний стенок балки, вызывающих развитие трещин, показан на рисунке 1.3 б. Напряжения у нижнего конца ребра жесткости вызываются, в основном, колебаниями из плоскости стенки продольной балки. Трещины такого типа встречаются достаточно часто. Они развиваются по окончанию сварного шва вертикального ребра жесткости и проходят параллельно нижнему поясу балки. Как уже отмечалось, ребра жесткости в местах трещинообразования имеют, как правило, увеличенные зазоры между сухариками и поясными листами, а уголковые ребра в соответствие с проектом не доводят до поясов на десятки миллиметров. Наличие таких зазоров между ребрами и поясами приводит к циклическим изгибным деформациям стенки продольной балки. Кроме того, значительная ширина горизонтального листа верхнего пояса, из-за отсутствия центровки передачи вертикальных усилий, увеличивает поперечный момент, передающийся на стенку балки от мостового полотна под поездной нагрузкой при изгибе мостовых поперечин. Еще одной причиной трещинообразования является периодическое кручение верхних поясов продольных балок в следствие деформаций поперечин под поездной нагрузкой. Это приводит к изгибу короткого участка стенки балки между верхним поясом и концами вертикальных уголков прикрепления продольных балок к поперечным балкам в наборе балочной клетки.
Появление трещин в опорных сечениях можно отнести к конструктивным недостаткам, приводящим к циклическому изгибу стенки балки. Изгиб участка стенки вызван поворотом продольной балки вслед за деформацией поперечной балки от поездной нагрузки относительно неподвижного нижнего пояса.
Дефектом усталостного характера часто встречающемся на продольных несущих балках, являются трещины в вертикальных ребрах при пересечении их с горизонтальными на внутренней стороне балки. Место развития трещин схематично показано на рисунке 1.5. Одна из причин их образования -значительная деформация продольных ребер из-за включения их в работу совместно с продольной балкой, а также - концентрация напряжений и высокие остаточные напряжения в зоне пересечения сварных швов.
В перечень характерных дефектов, часто встречающихся при обследовании продольных несущих балок, можно отнести: - трещины типа Т-9, у верхних концов сварных швов прикрепления вертикальных ребер жесткости к стенке; - трещины типа Т-10, у нижних концов сварных швов прикрепления вертикальных ребер жесткости к стенке; - трещины по сварному соединению сухарика; - трещины в вертикальных ребрах жесткости на пересечении их с горизонтальными ребрами на внутренней стороне стенки; - трещины металлургического происхождения (при нарушении режима сварки) или трещины усталостного характера, развивающиеся от пор и непроваров в сварных швах или в зоне термического влияния.
Экспериментальные закономерности распространения импульсов АЭ
По мере удаления от источника акустическая волна испытывает затухание, проявляющееся в уменьшении амплитуды сигнала. На затухание влияют такие факторы, как поглощение энергии сигнала материалом объекта и рассеяние на зернах и (или) неоднородностях. В результате этого поток ультразвуковой энергии уменьшается, переходя в другие виды энергии, в частности, в тепловую. Процессы эти достаточно изучены [91, 81, 32, 23], поддаются математическому описанию и учитываются при расчете акустического тракта. При рассмотрении вопроса затухания ультразвуковой волны, инициируемой источником АЭ, отдельное место занимает уменьшение амплитуды, связанное с расхождением волны от точечного источника, не имеющего узкой диаграммы направленности. В пластине акустическая волна расходится по окружности, распределяясь на все увеличивавшуюся линию волнового фронта. Как следствие, уменьшается поток энергии через единицу площади (интенсивность звука), С уменьшением амплитуды сигнала АЭ (по мере увеличения расстояния от источника акустической активности до ПАЭ) уменьшается отношение сигнал/шум, характеризующее чувствительность АЭ аппаратуры. Расчет затухания волны в ОК позволяет определить максимально допустимые геометрические размеры акустической антенны, превышение которых приводит к тому, что уменьшение амплитуды сигнала АЭ на дальних ПАЭ, обусловленное затуханием, уже не позволяет устойчиво выделять полезный сигнал на фоне шумов и помех. В реальных средах уменьшение амплитуды, связанное с поглощением энергии и рассеянием волн, определяется по экспоненциальному закону: где Ао - амплитуда акустического сигнала в непосредственной близости от источника АЭ; 8- коэффициент затухания [36]. Для любых типов волн рост частоты ведет к увеличению затухания. Для пластины коэффициент затухания является также функцией толщины объекта [6, 12, 13]. Дисперсия фазовой и групповой скоростей волн Лэмба существенно влияет на поведение коэффициента затухания этих волн.
В областях с сильной дисперсией фазовой скорости наблюдается довольно резкая зависимость коэффициента затухания от частоты и толщины пластины (произведения fh). Такое поведение коэффициента затухания при сильной дисперсии скорости нормальной волны присуще нормальным волнам любой природы [17]. Коэффициент затухания 8ао моды щ в материале пластины, обусловленный внутренними потерями, можно записать через коэффициенты затухания продольной 5/ и поперечной St волны [32]: В формуле (2.5) коэффициенты А и В являются функциями ./ и находятся путем численных расчетов при помощи известных дисперсионных кривых фазовой скорости в пластине.
На рисунке 2.6 представлены величины коэффициентов As, Bs, Аа Ва для нулевых симметричной и антисимметричной мод в стальной пластине. Данные кривые определяют коэффициенты затухания нормальных волн в функции/, и пересчитаны к известной толщине пластины h = 15 мм. Коэффициенты затухания продольной 5t и поперечной 8t волн складываются из коэффициентов, обусловленных вязкостью и теплопроводностью среды (коэффициент поглощения) и рассеянием на границах зерен (коэффициент рассеяния). Для малоуглеродистой стали известны приближенные формулы [31]: Наибольший интерес представляет затухание нулевой антисимметричной (высокоамплитудной) моды щ, определяющей амплитуду принятого АЭ сигнала. Коэффициент затухания этой моды определяется по формуле (2.5), с учетом А ап 0,3; В а„ 0,8 (рисунок 2.6) будет равен: Величина, обратная затуханию, соответствует расстоянию 1е, на котором амплитуда волны убывает в е раз и составляет 110 м. С учетом ослабления волны, связанного с расхождением ее фронта, выражение для определения затухания примет вид: где А] - амплитуда сигнала принятого ближайшим ПАЭ; // - расстояние от места установки ближайшего ПАЭ до источника АЭ. Определение затухания акустической волны на практике представляется затруднительным в силу невозможности достичь одинаковой чувствительности для каждого измерительного канала. В первую очередь это связано с качеством установки ПАЭ. Для калибровки АЭ системы в таком эксперименте была предложена следующая методика: четыре ПАЭ устанавливались линейно с одинаковыми расстояниями между ними в соответствие со схемой, показанной на рисунке 2.7. Датчик имитатора АЭ устанавливался поочередно на равном расстоянии между ПАЭ №№1,2; №№2,3; №№3,4.
Определение типа источника АЭ по параметрам сигналов акустической эмиссии
Полученные данные были использованы для решения задача определения типа источника по параметрам сигналов АЭ при известных параметрах поездной нагрузки. При разработке критерия выявления усталостной трещины за основу был взят известный интегрально-динамического критерий [68, 69]. Задача сводится к разработке алгоритма для определения суммарной энергии, выделяемой источником в условиях циклической нагрузки, не превышающей эксплуатационную. Энергия сигнала АЭ, зафиксированного принимающим ПАЭ, определяется [68]: где Z - импеданс цепи, в которой рассчитывается энергия; А - мгновенное значение амплитуды сигнала; tu - время импульса. В практических расчетах удобнее использовать упрощенное выражение: где Ат - амплитуда импульса; В - затухание используемого ПАЭ. Примем скорость движения составов на мосту постоянной К =35 км/ч = const. Учитывая, что при циклическом нагружении проходящим составом максимальная акустическая активность наблюдается на этапах релаксации средних растягивающих напряжений, количество которых определяется числом вагонов в проходящем составе. Суммарную энергию, выделенную источником АЭ при прохождении состава, можно определить, если известно время приложения динамической нагрузки tH к месту регистрации сигналов АЭ, средние значения суммарного счета АЭ событий N = 113 (для усталостной трещины по концу сварного шва вертикального ребра жесткости) на один такт релаксации при длительности времени разгрузки т = (1,2-5-1,5) с и размахе продольных напряжений ат= 16 МПа, под нагрузкой пассажирского вагона. Предложенный интегральный энергетический критерий оценки дефектности: где/н = — частота приложенной поездной нагрузки; п - количество вагонов hi в составе; /„ - время воздействия нагрузки; Ка - коэффициент акустической активности, определяемый из зависимости N=f(t)\ Еср - среднее значение энергии сигнала АЭ. Время воздействия нагрузки и количество вагонов в составе предлагается определять по параметрическому тензоканалу, что особенно удобно для стационарных (встроенных) систем мониторинга мостов.
При этом, определяя критическое значение параметра JKp, необходимо исключить энергию сигналов АЭ, зарегистрированных за период наблюдения, равный Ти = Т- t„, экспериментально установлено, что величину Ти можно считать постоянной для каждого типа поездной нагрузки. Критическое значение параметра Укр определялось для каждого типа источника путем регистрации АЭ при многократном прохождении пассажирских составов с различным количеством вагонов. Средние значения, суммарного счета, амплитуды и энергии принятых сигналов, под нагрузкой различного типа составов приведены в таблице 3.2. Методика проведения АЭ контроля продольных несущих балок мостов содержит следующие операции: 1. Установка ПАЭ с помощью магнитных держателей на предварительно зачищенную до металла поверхность стенки балки (диаметр места зачистки 0 = 70 мм). При размерах акустической антенны 1,5 х 2,5 м возможно использование десяти ПАЭ для контроля 11-ти метровой балки. 2. Калибровка АЭ системы с использованием имитатора, входящего в ее комплект. Датчик имитатора устанавливается в центр акустической антенны, амплитуда АЭ сигнала на принимающих ПАЭ должна быть не менее 800 мВ при амплитуде импульса на датчике имитатора 100 В. 3. Для записи информации о поездной нагрузке (время прохода, количество вагонов, напряжения) у нижнего и верхнего поясов по центру балки устанавливаются датчики продольных и поперечных напряжений тензосистемы. 4. Системы включаются на запись до захода поезда на контролируемую балку, отображение локализации сигналов АЭ с ранжированием по амплитуде (в различной цветовой гамме) на мониторе АЭ системы выполняется в реальном масштабе времени. 5. После прохода поезда и остановки записи, данные с результатами измерений сохраняются на жестком диске. 6. Дальнейшая обработка собранных данных, с учетом потоковых характеристик АЭ и координат источников, позволяет выдать заключение о типе обнаруженного источника в соответствие с интегральным энергетическим критерием и областью локализации. В период с 2000 по 2002гг. по представленной методике (приложение А) проконтролировано 24 продольные несущие балки железнодорожного моста через реку Обь в г. Новосибирске, обнаружено 22 активных источника АЭ, 12 из которых идентифицированы как усталостные трещины. Четыре источника АЭ представляют собой скрытые дефекты не обнаруженные при штатных обследованиях и выявленные методом АЭ. Результаты обследования продольных балок представлены в таблице 3.3, протоколы АЭ контроля с локализацией сигналов от характерных типов источников представлены на рисунках 3.12, 3.13.
Распределение погрешности координат источника акустической эмиссии внутри прямоугольной акустической антенны
Расчет выполнялся для прямоугольной акустической антенны размером (1,25 х 2,5) м . Необходимость в расчетных данных вне поля акустической антенны обусловлена высотой стенки несущей балки. Влияние ошибки определения РВП сигналов АЭ принятых ПАЭ №№ 1, 2, на величину погрешности координаты X (рисунок 3.6 а) значительно меньше, чем влияние РВП сигналов, поступивших на ПАЭ №№ 1, 3 (рисунок 3.6 б). При определении координаты Y величина погрешности, наоборот, в большей степени зависит от ошибки определения РВП сигналов на ПАЭ №№ 1, 2 (рис 3.7 а), по сравнению с ошибкой определения РВП сигналов на ПАЭ №№ 1, 3 (рис 3.7 б). Очевидно, что это связано с разницей расстояний на линейных сторонах акустической антенны.
В свою очередь длина стороны антенны выбиралась исходя из геометрических размеров ОК и условий затухания акустической волны. Для определения погрешности локализации источника АЭ введем в формулу (4.13) величину дисперсии скорости распространения моды So . выражения для расчета погрешности координат X, Y источника АЭ: Соотношения (4.16; 4.17) позволяют осуществлять расчет методической погрешности определения координат источника сигналов АЭ для акустической антенны произвольной конфигурации. А { (формулы 4.16 и 4.17) для случая, когда kt = 1, —— 36 %. Наименьших значений погрешность определения координат источника АЭ имеет в центре акустической антенны (рисунок 4.8). По мере смещения источника влево или вправо к границе погрешность определения координаты X увеличивается. При смещении источника к верхней или нижней границе увеличивается погрешность определения Y координаты. Кроме того, как показали проведенные исследования, точность определения координаты X в два раза выше точности определения координаты Y. Поскольку в реальной антенне участвуют четыре ПАЭ, то необходимо определить зону локализации по трем из них, а именно с №№ 1, 2, 3. Построим линии равных расстояний между ПАЭ №№ 1, 2 и №№ 3, 4, а также между ПАЭ №№ 1,3 и №№ 2,4 (рисунок 4.9). Область локализации источника АЭ в поле прямоугольной акустической антенны, состоящей из четырех ПАЭ, по трем из них с №№ 1, 2, 3 показана на рисунке 4.9 штриховкой. Три оставшиеся области локализации по трем другим группам ПАЭ будут симметричны с точки зрения распределения погрешности. Построим доверительные интервалы определения координат источника АЭ в некоторых точках поля прямоугольной акустической антенны. Доверительный интервал имеет форму эллипса, вертикальная ось которого определяется погрешностью координаты X, горизонтальная - погрешностью координаты Y. В разных точках области локализации эллипс будет вытянут либо по вертикали, либо по горизонтали в зависимости от величины погрешности определения координат X, Y источника АЭ (рисунок 3.10. где X -место расположения источника АЭ).
Как видно из рисунка 4.10, наиболее точно координаты источника АЭ определяются в центре акустической антенны. По мере смещения источника к границе акустической антенны погрешность будет увеличиваться. При приближении к верхней или нижней границе будет возрастать погрешность определения координаты Y, а при приближении к левой или правой границе -координаты X. Рисунок 4.10 - Определение доверительного интервала вычисления координат источника сигналов АЭ в зависимости от его расположения внутри акустической антенны Для использования результатов анализа распределения погрешностей локализации источников сигналов АЭ непосредственно к продольным несущим балкам, нанесем координатную сетку на протокол локализации для конкретного источника.
