способ определения момента времени возникновения предразрывного состояния нагруженного материала

Классы МПК:G01N29/14 с использованием акустической эмиссии
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Петров Валентин Алексеевич,
Красильников Андрей Зиновьевич
Приоритеты:
подача заявки:
1992-09-29
публикация патента:

Изобретение относится к области исследования материалов путем определения их физических свойств, конкретно - к определению критериев разрушения твердого тела, и может использоваться для определения момента времени формирования локализованного очага разрушения в деталях машин и механизмов, в массивах горных пород при подготовке горных ударов и землетрясений. Способ решает задачу количественного определения момента времени возникновения предразрывного состояния материала. Для этого при регистрации сигналов от образующихся в материале трещин измеряют времена прихода п последовательных сигналов и производят вычисление по предложенной формуле, повторяют вышеперечисленные операции для последующих совокупностей таких сигналов, строят график вычисленной величины до тех пор, пока он не пройдет через нуль, верхнюю и нижнюю границы доверительного интервала, определенного для точки d = 0, а момент времени возникновения предразрывного состояния материала определяют как точку пересечения функцией оси абсцисс. Способ может применяться при прогнозировании горных ударов, землетрясений, разрушения деталей машин и механизмов. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Формула изобретения

Способ определения момента времени возникновения предразрывного состояния нагруженного материала, заключающийся в том, что регистрируют время tj возникновения акустоэмиссионных сигналов от образующихся трещин, отличающийся тем, что по результатам измерения по n последовательным сигналам определяют функцию

способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028 где

способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028

а момент времени возникновения предразывного состояния нагруженного материала определяют по моменту равенства нулю указанной функции при превышении ею перед этим положительного и отрицательного заданных порогов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области исследования материалов путем определения их физических свойств, а конкретно к определению критериев разрушения твердого тела, и может использоваться для определения момента формирования локализованного очага разрушения /магистральной трещины/ в деталях машин, конструкциях и массивах горных пород при подготовке горных ударов и землетрясений.

Аналогом является способ /1/, в котором регистрируют акустическую эмиссию в нагруженном материале, измеряют ее активность способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028 в зависимости от времени t, строят график способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028, на котором сильное возрастание активности интерпретируют как близкое разрушение объекта. Недостаток этого способа заключается в отсутствии количественного критерия возрастания величины способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028.

В способе прототипе /2/ регистрируют акустическую эмиссию от образующихся трещин и измеряют временные интервалы Dt между хронологически последовательными сигналами. Для имеющих случайный характер интервалов в различные моменты времени вычисляют коэффициент вариации V. Уход величины V от единицы в сторону больших значений определяется как возникновение предразрывного состояния формирование локализованного очага разрушения. Этот способ позволяет зафиксировать переход от стационарного к нестационарному потоку величины способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028t. Однако, принципиальная нестационарность генерации трещин и на стадии, предшествующей вознковению предразрывного состояния, не позволяет считать прототип конкректным. Эта нестационарность вызвана увеличением среднего интервала способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028 во времени t и проявляется, в частности, как "затухание" активности способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028, которая, будучи определяемой отношением числа зарегистрированных импульсов акустоэмиссии к длительности наблюдения, равна способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028.

Задачей изобретения является определение момента времени возникновения предразрывного состояния нагруженного материала /нахождение количественного критерия/.

Эта задача решается тем, что, в известном споcобе определения момента времени возникновения предразрывного состояния нагруженного материала путем регистрации сигналов от образующихся трещин и измерения их временных характеристик, согласно формуле изобретения, измеряют времена прихода n последовательных сигналов tj, j 0,1,2. / n I/, вычисляют величину

способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028

где способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028

повторяют вышеперечисленные операции для последующих подобных совокупностей сигналов, строят график d(t) до тех пор, пока он не пройдет через нуль и верхнюю и нижнюю границы доверительного интервала, определенного для точки d 0 и момент времени возникновения предразывного состояния материала определяют как точку пересечения функцией оси абсцисс.

Сущность способа.

Установлено, что разрушению /распаду на части/ нагруженных твердых тел предшествуют две стадии термоактивированного трещинообразования: делокализованное /хаотическое /накопление стабильных трещин в объеме, сопровождающееся спонтанной клоастеризацией /укрупнением начальных трещин/, приводящей к формированию очага разрушения магистральной трещины /первая стадия/, и локализованный рост магистральной трещины, переходящей в атермический режим /вторая стадия/.

Авторами заявляемого способа впервые установлено, что эти стадии различаются не только по указанному выше характеру пространственных корреляций при развитии трещин, но и зависимостью от времени среднего временного интервала способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028 в потоке трещин. В силу исчерпания резервуара неразрушенных элементов и структурной неоднородности материала на первой стадии функция способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028 возрастает. Увеличение концентрации напряжений в окрестности магистральной трещины при ее росте приводит на второй стадии к убыванию способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028. Таким образом, смене стадий на графике способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028 отвечает максимум, обнаружение которого имеет смысл регистрации момента возникновения предразрывного состояния. В момент прохождения функции способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028 через максимум ее производная становится равной нулю. Статистическим эквивалентом /среднеквадратичной оценкой/ этой производной, отражающим случайный характер времен прихода сигналов, как установлено авторами, является величина d(t), выражение для которой приведено в формуле изобретения. Возникающие при обработке /например, компьютерной /банка времен прихода сигналов статистически обусловленные площадки на графике функции способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028 приводят к появлению ложных нулей величины d(t) в окрестности которых, однако, функцию d(t) можно разместить внутри некоторого интервала, называемого доверительным. Доверительный интервал зависит от объема выборки, вида функции распределения коэффициента надежности. Величина d в области ложных нулей не выходит за границы доверительного интервала, а признаком истинного /глобального/ нуля случайной величины d(t) считается пересечение функциeй d(t) обеих границ доверительного интервала /полосы/ в окрестности нулевого значения.

Пример.

Был использован образец в форме двойной лопатки из низкоуглеродистой стали со сварным швом. Образец растягивался циклической нагрузкой и доводился до разрушения. Образование трещин фиксировалось методом акустической эмиссии. Осуществлялся непрерывный сбор и запись времен tj прихода сигналов. На фиг.1 графически представлена заключительная часть банка полученных значений tj и соответствующих им интервалов способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028tj /значения которых соединены линией/. На основе этих данных на фиг.2 компьютером построен график функции d(t) и пунктиром обозначены границы доверительного интервала при d=0. При расчетах в данном примере величина объема выборки n принималась равной не менее 10, но не более 10% от общего числа накопленных сигналов. Вообще, значение n не может быть задано априори и его выбор зависит от характера диагностируемого объекта. Как видно из фиг.2 график d (t) проходит через нуль несколько раз в различные моменты времени. Однако обе границы доверительного интервала пересекает только фрагмент графика, проходящий через нуль в момент способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 20630281=120. Согласно формуле изобретения этот момент времени отвечает возникновению предразрывного состояния, а все другие точки пересечения оси абсцисс графиком d(t), не выходящим за пределы доверительного интервала, являются ложными нулями и не определяют момента времени возникновения предразрывного состояния.

Вскоре после момента способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 20630281 исследуемый образец был разгружен и в нем в области сварного шва была обнаружена микротрещина длиной 1,3 мм. Поскольку размер ранее генерируемых трещин составлял в среднем 30 мкм, обнаруженную более крупную трещину классифицировали как локализованный очаг дальнейшего разрушения. Действительно, последующее наблюдение за нагруженным образцом показало, что эта трещина растет и приводит к распаду образца.

Таким образом, приведенный пример подтверждает возможность определения заявленным способом момента времени возникновения предразрывного состояния нагруженного материала локализованного очага разрушения.

На фиг.3 представлена рассчитанная для рассматриваемого образца временная зависимость коэффициента вариации величин способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 2063028tj, согласно прототипу призванная регистрировать возникновение предразрывного состояния. Видно, что "цель" пропущена момент способ определения момента времени возникновения   предразрывного состояния нагруженного материала, патент № 20630281 или какой-либо другой не выделен никакой особенностью. Применение способа не ограничено характером материала /металлы, сплавы, полимеры, горные породы и др. /, видом напряженного состояния /растяжение, изгиб, кручение, сложно-напряженное состояние/, способа регистрации сигналов от образующихся трещин /которые могут быть акустоэмиссионными, электрическими, электромагнитными/. Информации о действующих значениях напряжений, виде напряженного состояния, структуре материала и его предыстории /длительности пребывания под нагрузкой, концентрации накопленных трещин / не требуется.

Способ может применяться как в режиме непрерывной регистрации сигналов, так и в режиме периодической региcтрации в течение определенных интервалов времени. Применение способа возможно в условиях эксплуатации объекта, нагруженного рабочими напряжениями. Если измеряемые при этом интервалы между сигналами слишком велики, их регистрация может быть проведена в режиме "перегрузки" объекта /они создаются при пневмо- или гидро-испытаниях сосудов давления, взрывах в шахтах и другими способами/. В этом случае величина временного интервала между сигналами уменьшается, что однако, не сказывается при установлении характера стадии трещинообразования, на которой находится диагностируемый материал, и не влияет на способ определения момента времени его предразрывного состояния.

Класс G01N29/14 с использованием акустической эмиссии

способ акустико-эмиссионного контроля качества сварных стыков рельсов и устройство для его осуществления -  патент 2528586 (20.09.2014)
способ контроля дефектности сляба для производства горячекатаной полосы -  патент 2525584 (20.08.2014)
способ оперативного определения качества микроструктуры титанового сплава упругого элемента -  патент 2525320 (10.08.2014)
способ локации дефектов -  патент 2523077 (20.07.2014)
способ контроля физического состояния железобетонных опор со стрежневой напрягаемой арматурой -  патент 2521748 (10.07.2014)
способ повышения точности локации шумоподобных источников акустической эмиссии на основе спектрально-временного самоподобия -  патент 2515423 (10.05.2014)
способ исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах -  патент 2505780 (27.01.2014)
преобразователь акустической эмиссии -  патент 2504766 (20.01.2014)
способ определения координат источника акустической эмиссии -  патент 2498293 (10.11.2013)
способ механического испытания на сплющивание с анализом акустико-эмиссионных сигналов -  патент 2497109 (27.10.2013)
Наверх