Формирование волн акустической эмиссии
Приведены результаны аналитических исследований волн акустической эмиссии (АЭ), возникающих и распространяю-
 щихся в тонких пластинах. Анализ проведенных исследований показал, что, используя полученные результаты, можно
 управлять параметрами АЭ волн, поступающих для дальнейшей обра...
Saved in:
| Published in: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101907 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Формирование волн акустической эмиссии/ А.Я. Недосека, С.А. Недосека // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2013. — № 3. — С. 5-8. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860236700541779968 |
|---|---|
| author | Недосека, А.Я. Недосека, С.А. |
| author_facet | Недосека, А.Я. Недосека, С.А. |
| citation_txt | Формирование волн акустической эмиссии/ А.Я. Недосека, С.А. Недосека // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2013. — № 3. — С. 5-8. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description | Приведены результаны аналитических исследований волн акустической эмиссии (АЭ), возникающих и распространяю-
щихся в тонких пластинах. Анализ проведенных исследований показал, что, используя полученные результаты, можно
управлять параметрами АЭ волн, поступающих для дальнейшей обработки в прибор. При этом характеристики АЭ
преобразователей можно получить любые, требуемые условиями измерений и обработки.
The paper gives the results of analytical studies of acoustic emission (AE) waves emerging and propagating in thin plates.
Analysis of the conducted investigations showed that by applying the derived results it is possible to control AE wave
parameters, sent to the instrument for further processing. Any characteristics of AE transducers that are required by measurement
and processing conditions can be obtained.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:25:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
5ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2013
УДК 620.12.49
ФОРМИРОВАНИЕ ВОЛН АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
А.Я. НЕДОСЕКА, С.А. НЕДОСЕКА
ИЭС им Е.О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко 11. E-mail: offi ce@paton.kiev.ua
Приведены результаны аналитических исследований волн акустической эмиссии (АЭ), возникающих и распространяю-
щихся в тонких пластинах. Анализ проведенных исследований показал, что, используя полученные результаты, можно
управлять параметрами АЭ волн, поступающих для дальнейшей обработки в прибор. При этом характеристики АЭ
преобразователей можно получить любые, требуемые условиями измерений и обработки. Библиогр. 8, рис. 4.
К л ю ч е в ы е с л о в а : АЭ, аналитическая модель, импульс АЭ, спектр АЭ
Сложность получения и обработки АЭ инфор-
мации, поступающей в измерительные приборы,
предъявляет к АЭ датчикам особые требования.
Датчик должен преобразовывать АЭ сигналы,
возбуждаемые развивающимися дефектами, к
виду, упрощающему их анализ и позволяющему
более точно принимать решение о состоянии кон-
струкции [1–8]. Расчеты показывают, что такие
возможности можно реализовать аналитическим
путем, моделируя процессы возбуждения, фор-
мирования и распространения АЭ волн. Следует
отметить трудности, возникающие при решении
такого рода задач, связанные с достаточно боль-
шим количеством факторов, влияющих на ко-
нечный результат. Сложность аналитического и
физического моделирования процессов, протека-
ющих в материалах при их разрушении, приводит
к необходимости вырабатывать специфические
требования к способу и процедуре решения задач,
к их коррекции в ходе выполнения. Это вызывает
необходимость применения определенных специ-
фических приемов в процедуре расчета, а также
выдвигает некоторые требования и к специали-
стам, обеспечивающим получение результатов на
необходимом научном уровне и в оптимальный
срок. Эти требования вполне понятны. Однако
опыт работы на протяжении многих лет показал,
что они все-таки должны быть сформулированы
и представлены в виде взвешенных частей одного
целого. Нам кажется, что условия, которым дол-
жен соответствовать специалист, должны быть
такими, как представленные на диаграмме рис.1.
Использование указанных подходов при решении
сложных аналитических задач позволило полу-
чить наглядные и доступные для анализа резуль-
таты в сравнительно короткий срок.
Итак, рассмотрим пластину небольшой тол-
щины с источником возмущения в ее центре на
некоторой глубине от поверхности. Такие задачи
нами были решены ранее [4–7]. Решения позво-
лили получить представление о характере волн,
распространяющихся в пластинах при их возбуж-
дении точечным источником на различной глуби-
не. Было показано, что элементарные АЭ волны
распространяются в неограниченном диапазоне
частот и что умелый выбор и суммирование этих
частот позволяет получить АЭ датчик с наперед
заданными характеристиками.
Так, все волновое поле условно разбито на
три диапазона: от нуля до скорости С2, от С2 до
С1 и диапазон скоростей выше С1. Как показы-
вают графики зависимостей скорости распро-
странения акустических волн от волновых чисел
(спектральные уравнения), зависимость эта с ро-
стом скоростей распространения элементарных
волн усложняется, и в случае волн, движущихся
со скоростями выше С1, приобретает хаотически
сложный вид. Эти зависимости для трех диапазо-
нов скоростей представлены на рис. 2, где С1 и С2
– базовые физические константы:
1 2
1 1
,(1 )(1 2 ) 2(1 )
E v EC Cv v v
−
= =ρ + − ρ +
(E – модуль упругости материала, МПа; ν – ко-
эффициент Пуассона; ρ =γ/g – плотность мате-
риала, кг с2/см4 (γ – удельный вес, кг/см3; g –
ускорение силы тяжести, см/с2)); Сα– мгновенная
скорость элементарных волн, составляющих пере-
мещающийся импульс АЭ (определяется спектраль-
ным уравнением (А)).
Рис. 1. Требования к специалистам, %: 5 – знания; 15 – опыт;
20 – умение; 60 – желание и настойчивость© А.Я. Недосека, С.А. Недосека, 2013
6 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2013
На рис. 2, а представлены кривые зависимо-
сти относительной скорости перемещения АЭ
волны от волнового числа α. Графики показыва-
ют нелинейную зависимость между указанными
параметрами. Нелинейность постепенно пере-
мещается к нулевому значению α и при толщине
пластины 10 см и более эта зависимость прямо-
линейна и дает постоянное значение отношения
Сα/С2, равное 0,927С2. Это скорость волны Рэ-
лея, распространяющейся по поверхности пла-
стины большой толщины. Можно также отме-
тить, что это достаточно простые зависимости,
выраженные одной нелинейной зависимостью
для каждой толщины. Анализируя далее графи-
ки рис. 2, а, видим, что для этого случая зави-
симость между волновым числом и скоростью
перемещения волны для заданной толщины
пластины однозначна, т.е. каждому значению
волнового числа α соответствует единственное
значение скорости.
Но если скорости распространения волн ста-
новятся выше скорости С2, то в случае (рис. 2, б),
когда рассматривается диапазон скоростей от С2
до С1, зависимость между скоростями и волно-
выми числами становится сложной. Так, только
для пластины толщиной 1 см все поле графика
покрывается сетью кривых, указывая на боль-
шое число элементарных волн, распространяю-
щихся в этой пластине. В этом случае наблюда-
ем неоднозначность, когда одному значению α
соответствует несколько скоростей перемеще-
ния элементарных волн.
Картина еще более усложняется, когда эле-
ментарные волны двигаются со скоростями
выше С1 (рис. 2, в). Тогда каждому значению
волнового числа соответствует бесчисленное
значение скоростей. На рисунке показана сеть
элементарных волн, покрывающая всю поверх-
ность графика с ничтожно малыми интервалами
между ними.
На графике показан диапазон скоростей,
когда Сα/С1 достигает значения 25. Нами также
были проведены расчеты до значений Сα/С1=1200
и далее. Результаты расчетов показали, что эле-
ментарные волны существуют во всех этих ди-
апазонах. В то же время можно отметить, что
величины перемещений поверхностей пластин
практически мало зависят от элементарных со-
ставляющих волн, двигающихся с очень боль-
шими скоростями.
Зная спектральные характеристики пластины,
другими словами, зная какие длины волн и при
каких скоростях они могут распространяться в
пластине, можно путем фильтрации выбрать тре-
буемый для данного конкретного случая диапазон
групп частот и шаг между ними, а также диапазон
скоростей, которые целесообразно получить для
дальнейшего анализа.
Таким образом, можно построить преобразо-
ватель АЭ, который реализует заданные условия
фильтрации волны и в прибор для дальнейшей об-
работки поступит АЭ импульс, сформированный
по наперед заданным параметрам. Анализируя
графики рис. 2, можно сделать вывод, что таки-
ми параметрами являются: α; ∆α; Cα/C1,2; ∆(Cα/C1,2)
или ∑ (∆Cα/C1,2).
Представим пример расчета параметров
АЭ преобразователя для работы с пластинами
со средней толщиной 1 см. Выберем значение
∆α = 1…10 см-1, что соответствует частотному ди-
апазону 80…800 кГц. Величину ∆(Cα/С1) примем
равной 1…3 с шагом 0,1. Проведя расчет переме-
щений верхней поверхности пластины при таких
параметрах датчика, получим спектр волн, пред-
ставленный на рис. 3.
Анализируя результаты расчета, можем сделать
вывод, что на расстоянии 71 см сформировался
импульс, распространяющийся с мгновенной ско-
ростью, равной 0,71·106 см/с (на графике выделен
областью синего цвета). Импульс имеет несколько
явно выраженных пиков с достаточно крутым пе-
редним фронтом, что позволяет проводить их обра-
ботку по специальным программам.
Можно считать, что АЭ преобразователь с та-
кими параметрами может быть использован в кон-
тролирующей аппаратуре типа ЕМА-3. В расчетах
были использованы формулы, полученные ранее
[4–7]. Программа для расчета параметров фильтра-
ции волны представлена на рис. 4.
Аналитические зависимости
0
2 2 1 0
2
0
2
1
1 2
1 cos( )1 2 1
sin( ) ( ) ,
Vvw zv
C t J r d
α
α
α
+ ⎡ ⎤= − α αγ ×⎢ ⎥− π − γ⎣ ⎦
× α α α
∫
( )
( )
22
2 1 1 0 2
1 2 1 1 0 2
22
1 2 2 1
1 0 2
2 1 cos( )sin( )sin( )
8 sin( )sin( )cos( )
4 1 sin( )
cos( )sin( ) 0
z
z
z
− γ αγ δ αγ αγ δ +
+ γ γ αγ δ αγ αγ δ +
⎡ ⎤+ Γγ γ − − γ αγ δ ×⎢ ⎥⎣ ⎦
× αγ αγ δ =
представляют математическую модель волнового
процесса для диапазона скоростей выше С1 при
возникновении мгновенного изменения объема
материала в любой точке пластины [4–6]. Модель
состоит из формулы, описывающей перемещения
поверхности пластины и спектрального уравне-
ния, определяющего состав спектра элементар-
ных волн, образующих их пакет.
7ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2013
Здесь v – коэффициент Пуассона; V0 – вне-
запное изменение объема материала, вызвавшее
АЭ, см3·с; δ – толщина пластины; z0 – глубина
залегания изменившегося объема материала V0;
t – время, с; r – радиус, см.
Остальные величины, входящие в формулы,
ясны из приведенных ниже выражений:
Рис. 2. Спектры АЭ волн для трех диапазонов волнового поля (описание а–в см. в тексте)
8 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2013
1 2
2 2
2
4
=
(1 )
γ γ
− γ
à ,
2
22
2
1
C
C
αγ = − ,
2
21
1
1
C
C
αγ = − . (А)
На рис. 4 показано окно программы расчета
волн АЭ при различных условиях фильтрации.
Программы типичные для всех трех диапазонов
скоростей волн, поэтому в качестве примера на
рисунке приведена программа для случая, когда
диапазон рассматриваемых скоростей находит-
ся между С1 и бесконечностью. В верхнем левом
углу окна приведены расчетные формулы: свер-
ху – спектральное уравнение, ниже – формула
для расчета перемещений w. Формула для рас-
чета условно представлена в пределах интегри-
рования от 0 до бесконечности – полный спектр
элементарных волн. Действительное значение
спектра выбирается по первой строке поля ис-
ходных значений (условно обозначено «преде-
лы»). Туда подставляются значения нижнего и
верхнего пределов интегрирования. Точность
выполнения расчета определяет шаг по α в по-
следней колонке верхней строки. Вторая строка
поля «пределы» определяет диапазон и шаг сче-
та выбранных скоростей волн. Еще ниже распо-
ложена строка значений и шага счета по ради-
усу от 0 до принятого для конкретного случая
значения. В поле «параметры» устанавливаются
исходные параметры счета для данной пластины
(толщина, материл, объем начального излучения,
положение источника по глубине, примерное ожи-
даемое расположение максимального импульса по
радиусу пластины). Там же указываются необхо-
димые требования к оформлению расчетных дан-
ных и способам их представления. Программы
построены для каждого диапазона скоростей.
Выводы
Построена аналитическая модель волнового
поля пластины, появляющегося при внезапном
возникновении АЭ источника.
Разработаны специальная методика и про-
граммы для выбора в общем волновом поле пла-
стин требуемых рабочих параметров АЭ преоб-
разователей.
Приведены основные параметры, характеризу-
ющие спектральный состав АЭ волны на выходе
преобразователя (α; ∆α; Cα/C1,2; ∆(Cα/C1,2 ) или
∑ (∆Cα/C1,2 )i).
Спектральный состав импульса, поступа-
ющего в прибор, зависит только от амплитуд-
но-частотной характеристики преобразователя.
1. Акустическая эмиссия и ресурс конструкций / Б. Е. Па-
тон, Л. М.Лобанов, А. Я. Недосека. – Киев: Индпром,
2012. – 312 с.
2. Андрейкив А. Е., Лысак Н. В. Метод АЭ в исследовании про-
цессов разрушения. – Киев: Наук. думка, 1989. – 176 с.
3. Механіка руйнування і міцність матеріалів / Під заг. ред.
В.В.Панасюка: Довід. посіб. Т. 5: Неруйнівний контроль
і технічна діагностика / Під ред. З.Т.Назарчука. – Львів:
ФМІ, 2001. – 1132 с.
4. Недосека А. Я. Основы расчета и диагностики сварных
конструкций / Под ред. Б.Е.Патона. – Киев: Индпром,
2008. – 815 с.
5. Недосека А. Я., Недосека С. А., Волошкевич И. Г. Волны
деформаций, возникающие при локальной перестройке
структуры материалов // Техн. диагностика и неразруш.
контроль. – 2004. – № 3. – С. 8–15.
6. Недосека А. Я., Недосека С. А., Волошкевич И. Г. О вол-
нах Рэлея в пластинах ограниченной толщины // Там же.
– 2006. – № 3. – С. 3– 8.
7. Недосека А. Я., Недосека С. А., Волошкевич И. Г. О дви-
жении волн акустической эмиссии с большими скоростя-
ми // Там же. – 2013. –№ 1. – С. 3–9.
8. Недосека А. Я., Недосека С. А., Овсиенко М. А. Влияние
методов обработки акустико-эмиссионной информации
на формирование АЭ событий и определение их коорди-
нат // Там же. – 2011. – № 2. – С. 5–14.
The paper gives the results of analytical studies of acoustic emission (AE) waves emerging and propagating in thin plates.
Analysis of the conducted investigations showed that by applying the derived results it is possible to control AE wave
parameters, sent to the instrument for further processing. Any characteristics of AE transducers that are required by measurement
and processing conditions can be obtained. 8 References, 4 Figures.
K e y w o r d s : waves in thin plates, AE parameters monitoring
Поступила в редакцию
21.05.2013
Рис. 4. Окно программы для выбора параметров АЭ преобра-
зователя путем фильтрации волнового поля пластины
Рис. 3. Перемещения верхней поверхности пластины толщи-
ной 1 см, вызванные источником излучения на глубине 0,2 см
от поверхности (параметры фильтрации приведены в тексте)
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101907 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-3474 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:25:21Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Недосека, А.Я. Недосека, С.А. 2016-06-09T08:28:18Z 2016-06-09T08:28:18Z 2013 Формирование волн акустической эмиссии/ А.Я. Недосека, С.А. Недосека // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2013. — № 3. — С. 5-8. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101907 620.12.49 Приведены результаны аналитических исследований волн акустической эмиссии (АЭ), возникающих и распространяю-
 щихся в тонких пластинах. Анализ проведенных исследований показал, что, используя полученные результаты, можно
 управлять параметрами АЭ волн, поступающих для дальнейшей обработки в прибор. При этом характеристики АЭ
 преобразователей можно получить любые, требуемые условиями измерений и обработки. The paper gives the results of analytical studies of acoustic emission (AE) waves emerging and propagating in thin plates.
 Analysis of the conducted investigations showed that by applying the derived results it is possible to control AE wave
 parameters, sent to the instrument for further processing. Any characteristics of AE transducers that are required by measurement
 and processing conditions can be obtained. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Техническая диагностика и неразрушающий контроль Научно-технический раздел Формирование волн акустической эмиссии Formation of acoustic emission waves Article published earlier |
| spellingShingle | Формирование волн акустической эмиссии Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Научно-технический раздел |
| title | Формирование волн акустической эмиссии |
| title_alt | Formation of acoustic emission waves |
| title_full | Формирование волн акустической эмиссии |
| title_fullStr | Формирование волн акустической эмиссии |
| title_full_unstemmed | Формирование волн акустической эмиссии |
| title_short | Формирование волн акустической эмиссии |
| title_sort | формирование волн акустической эмиссии |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101907 |
| work_keys_str_mv | AT nedosekaaâ formirovanievolnakustičeskoiémissii AT nedosekasa formirovanievolnakustičeskoiémissii AT nedosekaaâ formationofacousticemissionwaves AT nedosekasa formationofacousticemissionwaves |