Дефектоскопия структурно-неоднородных объектов

Внедрение: 2021 г.

Для дефектоскопии механических конструкций, машин и механизмов часто используют системы с волновым низкочастотным или ультразвуковым воздействием. В настоящей работе [1] предложен эффективный метод, позволяющий определить наличие дефекта и его характеристики. Предлагаемый метод основан на контроле за изменением параметров динамического процесса и может быть применен для структурно-неоднородных тел. Авторами данной работы создана экспериментальная установка, позволяющая оценивать изменение поля поверхностных волн в образцах различных функциональных материалов в лабораторных условиях. Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки.

Под действием удара на краю образца возникала поверхностная волна. Распространение поверхностной волны регистрировалось двумя акселерометрами ICP PC Piezotronics и усиливалось усилителем заряда ZET 440 Zetlab. Акселерометр 1 располагался между точкой возбуждения и дефектом, регистрирующим отраженную волну; акселерометр 2 располагался после обнаружения дефекта прошедшей волны. Модуль АЦП E14‑140 оцифровывал полученные сигналы, после чего сигнал обрабатывался программой PowerGraph.

В качестве образцов использовались балки длиной 960 мм и сечением 50 мм х 50 мм, изготовленные из материала с малой скоростью распространения волны. Образцы были ослаблены тонкой щелью и имели разные типы дефектов.

В экспериментах использовались два акселерометра. Акселерометр 1 располагался на расстоянии 237 мм от левого конца луча и регистрировал отраженную волну; акселерометр 2 располагался на расстоянии 720 мм от левого конца луча и регистрировал прошедшую волну. Исследована возможность обнаружения и эффективность распознавания наличия дефекта, его вида и размеров по отраженным и прошедшим волновым полям. На рисунке 2 представлены акселерограммы волнового поля, измеренные на поверхности образцов акселерометрами 1 и 2 соответственно.

Рисунок 2. Поле поверхностных волн для образцов с различными типами дефектов: акселерометр 1 – слева; акселерометр 2 – справа.

Авторами была проведена серия экспериментов по численной обработке сигналов. Исследована возможность метода определения характера неоднородности. На рисунке 3 представлены результаты построения конкретного диагностического пространства и расположения изображений образцов с различными типами дефектов, полученных на основе измерений акселерометра 1 и акселерометра 2 соответственно.

Рисунок 3. Расположение изображений в пространстве распознавания для образцов с различными типами дефектов (акселерометр 1) – слева. Расположение изображений в пространстве распознавания для образцов с различными типами дефектов (акселерометр 2) – справа.

В данной работе был предложен и реализован подход к обнаружению скрытых неоднородностей и определению типа неоднородности в материалах, основанный на мониторинге изменения параметров полей поверхностных волн. Для повышения информативности волнового поля разработан оригинальный метод, основанный на использовании оптимальных ортогональных разложений сигналов в адаптивно перестраиваемом базисе. Результаты экспериментов показали, что при распознавании наличия плоской неоднородности и определении ее типа более информативна прошедшая волна, что необходимо учитывать при выборе мест расположения датчиков.

Работа выполнена в рамках выполнения государственного задания Южного научного центра Российской академии наук (ЮНЦ РАН), проект № 01201354242 и при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), грантов № 19‑08‑01051, № 19‑01‑00719, № 19‑48‑230042.

Источник:
O.V. Bocharova et al. /Procedia St ructural Integrity 32 (2021) 299‑305.

Разработчик: Бочарова О.В. (ЮНЦ РАН, РнД), Анджикович И.Е. (ЮФУ, РнД), Седов А.В. (ЮРГПУ (НПИ), Новочеркасск), Калинчук В.В. (ЮНЦ РАН, ЮФУ)