Метод низкочастотной диагностики внутренних неоднородностей материалов

Внедрение: 2016 г.

В статье учёных из Южного научного центра РАН и Южного федерального университета предлагается метод низкочастотной диагностики внутренних неоднородностей (трещин), основанный на анализе параметров поверхностного волнового поля, созданного ударным возмущением [1]. Для проведения серии экспериментальных исследований был создан многофункциональный измерительный комплекс, позволяющий сопоставлять сигналы и строить спектральные характеристики датчиками различного типа. Блок-схема эксперимента представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Блок-схема эксперимента.

В качестве экспериментальных образцов использовалась стержни из алюминия длиной 500  мм и сечением 40x40 мм. Возбуждение волнового поля осуществлялось электромагнитным ударным устройством путем воздействия на край модели среды. Сигнал, регистрирующий прохождение поверхностной волны, снимается акселерометром B&K (1), усиливается усилителем заряда B&K 2626 (2) и после оцифровки блоком (3) АЦП L‑Card E14‑140 обрабатывается в программе PowerGraph на компьютере.

Характерный вид акселерограмм для образца без дефектов (сплошная линия) и образца, ослабленного трещиной длиной 30 мм (пунктир), представлен на рисунке 2. По оси абсцисс отложено время в секундах, по оси ординат – вертикальная компонента ускорения с множителем k = 108 (м/с²).

Рисунок 2. Сравнение акселерограмм для образца без дефектов и образца, ослабленного трещиной.

Для определения в образце наличия трещины и ее параметров сигнал обрабатывался при помощи биспектрального метода. С этой целью колебания точки поверхности регистрировались датчиком в течение временного интервала, достаточного для прихода отраженных волн от противоположного конца конструкции. В настоящей работе используется метод, основанный на использовании оптимальных ортогональных разложений сигналов по базису, адаптивно настраиваемому по обучающей выборке.

Рисунок 3 показывает результаты построения признакового диагностического пространства и расположения образов для образца с трещиной различной длины (30, 60 и 100 мм) с различной глубиной залегания (5, 15 и 25 мм). На рисунке 3 bd – образ для образца без дефектов, dL_h – образ для образца с трещиной (длина L и заглубление h). Результаты экспериментов показали, что имеет место четкое распределение образов в пространстве распознавания в зависимости от длины и глубины залегания трещины. Это подтверждает эффективность предложенного метода к повышению информативности сигналов при решении задач определения скрытых дефектов.

Рисунок 3. Расположение образов в пространстве распознавания для образцов с трещинами различного размера и заглубления.

Использование предложенного метода обеспечивает четкое распознавание размера и глубины залегания трещины в диагностическом пространстве образов, что может представлять интерес при решении задач определения скрытых дефектов.

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ (проекты 16‑48‑230068_р_юг_а, 14‑08‑01213, 16‑01‑00647).

Источник:
Бочарова О.В., Седов А.В., Анджикович И.Е., Калинчук В.В. Об эффективном методе обработки сигнала в задачах низкочастотной дефектоскопии // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. – 2016. – №4. – C. 20‑-25.

Разработчик: Бочарова О.В., Седов А.В., Калинчук В.В. (Южный научный центр РАН), Анджикович И.Е. (Южный федеральный университет)