Діагностування механізмів руйнування сталі 38ХН3МФА за вейвлет-перетворенням сигналів акустичної емісії
Розглянуто руйнування конструкційної середньолегованої сталі за вейвлет-аналізом сигналів акустичної емісії (АЕ). Показано, що воно супроводжується сигналами АЕ різних типів, яким можна поставити у відповідність різні його механізми руйнування. Для опису амплітудно-частотних характеристик сигналів в...
Saved in:
| Published in: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102469 |
| 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: | Діагностування механізмів руйнування сталі 38ХН3МФА за вейвлет-перетворенням сигналів акустичної емісії / В.Р. Скальський, Л.Р. Ботвіна, О.М. Станкевич, О.С. Дубицький, Ю.Я. Матвіїв // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 3. — С. 12-17. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859707676942925824 |
|---|---|
| author | Скальський, В.Р. Ботвіна, Л.Р. Станкевич, О.М. Дубицький, О.С. Матвіїв, Ю.Я. |
| author_facet | Скальський, В.Р. Ботвіна, Л.Р. Станкевич, О.М. Дубицький, О.С. Матвіїв, Ю.Я. |
| citation_txt | Діагностування механізмів руйнування сталі 38ХН3МФА за вейвлет-перетворенням сигналів акустичної емісії / В.Р. Скальський, Л.Р. Ботвіна, О.М. Станкевич, О.С. Дубицький, Ю.Я. Матвіїв // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 3. — С. 12-17. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description | Розглянуто руйнування конструкційної середньолегованої сталі за вейвлет-аналізом сигналів акустичної емісії (АЕ). Показано, що воно супроводжується сигналами АЕ різних типів, яким можна поставити у відповідність різні його механізми руйнування. Для опису амплітудно-частотних характеристик сигналів використано неперервне вейвлет-перетворення. Перевірено ефективність використання критерію оцінки механізмів руйнування за значеннями вейв-лет-коефіцієнтів на всіх ділянках діаграми розтягу.
Fracture of a structural alloy steel was studied with wavelet analysis of acoustic emission signals. It is shown that the fracture process is accompanied with the acoustic emission signals of different types corresponding to certain fracture mechanisms. The description of amplitude-frequential characteristics of signals is performed with continuous wavelet transform. A criterion for the evaluation of fracture mechanisms based on the values of wavelet coefficients was found effective along the entire stress-strain diagram.
|
| first_indexed | 2025-12-01T04:01:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК: 539.3:620.179.17
ДІАГНОСТУВАННЯ МЕХАНІЗМІВ РУЙНУВАННЯ СТАЛІ
38ХН3МФА ЗА ВЕЙВЛЕТ-ПЕРЕТВОРЕННЯМ СИГНАЛІВ
АКУСТИЧНОЇ ЕМІСІЇ
В. Р. СКАЛЬСЬКИЙ, Л. Р. БОТВІНА, доктори техн. наук, О. М. СТАНКЕВИЧ, інж.,
О. С. ДУБИЦЬКИЙ, Ю. Я. МАТВІЇВ кандидати техн. наук
(Фіз.-мех. ін-т ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів)
Розглянуто руйнування конструкційної середньолегованої сталі за вейвлет-аналізом сигналів акустичної емісії (АЕ).
Показано, що воно супроводжується сигналами АЕ різних типів, яким можна поставити у відповідність різні його
механізми руйнування. Для опису амплітудно-частотних характеристик сигналів використано неперервне вейвлет-
перетворення. Перевірено ефективність використання критерію оцінки механізмів руйнування за значеннями вейв-
лет-коефіцієнтів на всіх ділянках діаграми розтягу.
Fracture of a structural alloy steel was studied with wavelet analysis of acoustic emission signals. It is shown that the
fracture process is accompanied with the acoustic emission signals of different types corresponding to certain fracture
mechanisms. The description of amplitude-frequential characteristics of signals is performed with continuous wavelet transform.
A criterion for the evaluation of fracture mechanisms based on the values of wavelet coefficients was found effective along
the entire stress-strain diagram.
Розвиток техніки та підвищення рівня інтенсивності
її експлуатації спонукають не лише до створення
матеріалів із високою міцністю та в’язкістю руй-
нування, але й піднімають на новий рівень методи
неруйнівного контролю та технічного діагностуван-
ня. Практично всі конструкційні матеріали неод-
норідні за структурою, хімічним складом тощо, що
має свій вплив на опір матеріалів руйнуванню, тому
дослідження механізмів руйнування та факторів, які
сприяють його розвитку, становить актуальну і над-
звичайно важливу науково-технічну задачу.
Серед існуючих переваг методу АЕ з поміж
інших методів неруйнівного контролю варто звер-
нути увагу на можливість виявлення початку про-
цесів руйнування на ранніх стадіях його зарод-
ження. Оскільки до важливих факторів руйнування
матеріалів відносять накопичення пошкоджень у ло-
кальних зонах концентрації пластичних деформацій,
що може призвести до локального інтенсивного ут-
ворення тріщиноподібних дефектів, то завданням ме-
тоду АЕ стає ідентифікація механізмів руйнування
з метою правильного прийняття рішень щодо подаль-
шого експлуатування об’єкта контролю.
Стан проблеми. Вивченню проблеми розпіз-
навання механізмів руйнування конструкційних
матеріалів методом АЕ присвячено велику
кількість публікацій. Серед них варто зупинитись
на працях, присвячених встановленню природи
джерел сигналів АЕ. Так, у праці [1] підкрес-
люється суттєвий вплив на параметри АЕ умов
деформування, виду та стану матеріалу, типу
кристалічної гратки, а також інших факторів. У
[2] показано, що джерелом генерування пружних
хвиль АЕ є прискорений рух дислокацій та їх різка
зупинка. Вивчаючи дислокаційні механізми гене-
рування сигналів АЕ на монокристалах фториду
літію, автори праці [3] механізм появи сигналів
пов’язують зі взаємодією між групами дислокацій
та перепонами, навколо яких наростає локальна
енергія напружень, а появу вторинної АЕ розгля-
дають як наслідок зіткнень між когерентними гру-
пами рухомих дислокацій і перешкод у площинах
їх ковзання. Нарешті, емісія з альтернативним ти-
пом коливань виникає за високих напружень після
масштабної пластичної деформації, коли концен-
трації напружень у голові дислокаційних скупчень
спричинюють утворення і розвиток мікротріщин.
У свою чергу автори праці [4], які досліджували
деформацію монокристалів міді, магнію, заліза,
полікристалів латуні та сплаву Cu–7%Al, дійшли
висновку, що спалахи АЕ відповідають процесові
формування смуг ковзання шляхом лавино-
подібного руху дислокацій. Суттєві результати
для розуміння природи джерел АЕ отримано у
працях [5–7], де наведено результати досліджень
на лужногалоїдних кристалах KCl та LiF. Вста-
новлено, що генерація кожного імпульсу АЕ про-
ходить у результаті одночасного руху дуже вели-
кої кількості дислокацій. Якщо просумувати їх
довжину, отримаємо декілька тисяч сантиметрів.
На цій підставі висунуто гіпотезу про залежність
інтенсивності сигналів АЕ від ступеня деформації.
Можливість визначення міцнісних характерис-
тик сталей методом АЕ досліджувалась у працях
[8–10]. Зокрема, в [10] досліджено закономірності
зміни сигналів АЕ під час деформування розтягом
© В. Р. Скальський, Л. Р. Ботвіна, О. М. Станкевич, О. С. Дубицький, Ю. Я. Матвіїв, 2011
12 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011
зразків середньовуглецевих конструктційних ста-
лей. Результати досліджень показали нерів-
номірний характер АЕ під час деформування ста-
лей, зокрема відносно високий рівень сигналів АЕ
реєстрували на пружній ділянці навантаження.
Для визначення характеристик міцності вибраних
матеріалів методом АЕ найцікавішим є регуляр-
ний пік АЕ поблизу межі плинності σ0,2, макси-
мум якого відповідає межі пружності σ0,05, а його
початок — межі пропорційності σпц. Таким чи-
ном, у праці доведено, що методом АЕ можна ви-
являти ранні стадії руйнування матеріалів за будь-
яких механізмів його перебігу.
Уперше ідентифікування механізмів руйнуван-
ня конструкційних матеріалів за сигналами АЕ
зроблено у працях [11, 12]. Авторами встановлено,
що під час формування пластичних деформацій
реєструють довготривалі та незначні за ампліту-
дою сигнали АЕ, за крихкого руйнування фіксу-
ють короткотривалі імпульси з великими ампліту-
дами. Водночас, від амплітуди сигналу та його
тривалості залежить кількість імпульсів АЕ. За
умови збільшення тривалості сигналів АЕ і
незмінної амплітуди зростає кількість імпульсів,
які сприймаються, зокрема, резонансними пер-
винними перетворювачами сигналів АЕ, тому
слід очікувати сигнали з малими амплітудами і
порівняно великим їх сумарним рахунком. За-
родження та ріст макро- і мікротріщин пород-
жують сигнали АЕ з великими амплітудами і
відносно невеликим сумарним рахунком.
Разом із тим, використання зазначених особ-
ливостей для ідентифікації сигналів АЕ від тріщи-
ни, що розвивається, ефективне за умови наяв-
ності лише двох механізмів генерування АЕ: плас-
тичної деформації і росту макротріщини. Проте
у деяких матеріалах з’являються додаткові дже-
рела АЕ, наприклад, руйнування крихких вклю-
чень [13] чи утворення мікротріщин. У праці [14]
на підставі проведених численних експериментів
на різних конструкційних матеріалах запропоно-
вано критерій оцінки типів руйнування, який ура-
ховує специфіку зміни амплітудно-частотних ха-
рактеристик сигналів АЕ під час докритичного
росту тріщин, руйнування різного роду включень,
утворення мікротріщин тощо. Спроби визначення
особливостей макроруйнування матеріалів за
енергетичним критерієм та розподілом вейвлет-
коефіцієнтів протягом усього часу навантаження
зразка (аж до повного його руйнування) предс-
тавлено у праці [15].
Отже, метод АЕ дедалі частіше застосовують
у фундаментальних і прикладних дослідженнях
як пластичного деформування, так і зародження
й розвитку руйнування у різних конструкційних
матеріалах. Разом із тим, досягнення вищої ефек-
тивності методу можливе за умови подальшого
вдосконалення методик обробки сигналів АЕ.
Останнім часом серед різноманітних методів
цифрової обробки сигналів набув розвитку вейв-
лет-аналіз. Вейвлет-перетворення (ВП) сігналів
АЕ (вейвлет-хвилька) — це знаходження частот-
ного розподілу складових сигналу АЕ у часовому
інтервалі вимірювань. Цей ефективний засіб ло-
калізації й класифікації особливих точок нес-
таціонарних сигналів дозволяє здійснювати аналіз
одночасно в частотній та часовій областях [16].
Мета роботи — оцінити механізми руйнування
конструкційної середньолегованої сталі за умов
квазістатичного розтягу зразків за результатами
вейвлет-аналізу сигналів АЕ.
Методика досліджень. Згідно з означенням
[16], неперервне вейвлет-перетворення (НВП)
сигналу s(t) обчислюють за формулою
Ws(a, b) = 1
√⎯⎯a
∫ s(t)ψ
⎛
⎜
⎝
t − b
a
⎞
⎟
⎠
dt,
(1)
де ψ(t) — материнський вейвлет; a — масштаб;
b — часовий зсув; t — час.
Наявність у сигналі значних флуктуацій у де-
який момент часу визначається великими значен-
нями вейвлет-коефіцієнтів. Чим сильніше вираже-
на особливість сигналу, тим сильніше вона
виділяється на спектрограмі і тим вищий рівень
вейвлет-коефіцієнтів.
Для аналізу нестаціонарних сигналів, як пра-
вило, неперервні базиси конструюють на основі
функції Гауса, яка має найкращі показники ло-
калізації як у часовій, так і у частотній областях.
У програмі AGU-Vallen Wavelet [17] для вейвлет-
перетворення сигналів АЕ за материнський виб-
рано вейвлет Габора, в основі якого лежить фун-
кція Гауса:
ψ(t) = π−1 ⁄ 4
⎛
⎜
⎝
ωp
γ
⎞
⎟
⎠
1 ⁄ 2
exp
⎡
⎢
⎣
− t
2
2
⎛
⎜
⎝
ωp
γ
⎞
⎟
⎠
2
+ iωpt
⎤
⎥
⎦
,
(2)
де ωр — несуча частота; γ — константа (γ =
= π(2ln2)1/2 = 5,336).
НВП сигналів АЕ є важливим джерелом одер-
жання діагностичної інформації, за якою можна
ідентифікувати механізми макроруйнування у
будь-якому часовому інтервалі навантаження. У
попередніх дослідженнях [18] для кількісної
оцінки сигналів АЕ під час руйнування різних
типів скломатеріалів на основі НВП було запро-
поновано критеріальний параметр k, який урахо-
вує параметри вимірювального тракту і особли-
вості спектрів сигналів АЕ:
k =
WTmax × Δf0
Δf
,
(3)
де WTmax — максимальне значення вейвлет-ко-
ефіцієнта для події АЕ; Δf — ширина частотної
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011 13
смуги для події АЕ в координатах WT– f; Δf0 —
ширина робочої смуги АЕ-тракту, що визначається
робочою смугою частот первинного перетворювача.
Враховуючи те, що під час розтягання цилін-
дричних зразків конструкційних матеріалів можуть
виникати різні типи руйнування (мікротріщиноут-
ворення, розтріскування включень, утворення плас-
тичних деформацій, що супроводжуються перероз-
поділом дислокацій та їх скупчень за різними ме-
ханізмами, макроруйнування тощо), постала не-
обхідність визначення цих механізмів на ранніх
стадіях руйнування матеріалу. Цю проблему вив-
чали здебільшого за допомогою металографії та
мікрофрактографічним аналізом [14]. Такі підходи
сьогодні вже не задовольняють дослідників і тим
більше експлуатаційників. Важливо під час моніто-
рингу об’єктів тривалого експлуатування проводити
таку оцінку методами неруйнівного контролю в ре-
жимі on-line. Саме таким чином можна запобігти
передчасному руйнуванню об’єктів контролю.
Результати досліджень та їх обговорення.
Досліджували розтягом циліндричні зразки з кон-
струкційної сталі 38ХН3МФА діаметром 4 мм та
довжиною 44 мм. Сталь 38ХН3МФА належить
до класу конструкційних покращених сталей, які
використовують після загартовування з високим
відпуском. У нашому випадку він становив 893К.
Структура сталі після покращення — сорбіт.
Склад сталі 38ХН3МФА у стані поставки: вуг-
лець 0,33…0,4 %; хром 1,20…1,50 %; нікель
3,00…3,50 %; марганець 0,25…0,50 %; ванадій
0,10…0,18 %; кремній 0,17…0,37 %; мідь — не
більше 0,30 %; фосфор — не більше 0,025 %;
сірка — не більше 0,025 %. Мікроструктура сталі
у початковому стані, як правило, має дрібнозер-
нисту феритну структуру з дрібнодисперсними
карбідами. Після термообробки можливе утворен-
ня карбідів заліза, хрому, ванадію та молібдену,
а також складнолегованих карбідів з їх коагу-
ляцією, сульфідів марганцю.
Під час розтягу зразка в реальному масштабі часу
сигнали АЕ реєстрували за допомогою акустико-
емісійної вимірювальної системи SKOP-8 [14]. Сму-
гу частот вимірювального АЕ-тракту визначали ро-
бочою смугою частот первинного перетворювача
АЕ, яка становила 0,2…0,6 МГц. Далі в режимі пос-
тобробки результатів будували діаграми розтягу
(рис. 1) та аналізували параметри сигналів АЕ.
Аналіз сигналів АЕ здійснювали у такому по-
рядку: 1 — визначали за хвильовим відображен-
ням кожного сигналу АЕ максимальне значення
амплітуди Ai та час ti настання АЕ-події від по-
чатку експерименту; 2 — встановлювали за не-
перервним вейвлет-перетворенням (з використан-
ням програмного забезпечення AGU-Vallen Wa-
velet) для кожного сигналу, що супроводжує
подію АЕ, максимальний вейвлет-коефіцієнт
WTmax; 3 — оцінювали ширину смуги частот Δf
спектра сигналів АЕ на основі 2D-проекції НВП сиг-
налу на площину «вейвлет-коефіцієнт WT— частота
f", що відповідає WTmax даної події (рис. 2, б); 4
— за отриманими таким чином даними обчислю-
вали критеріальний параметр k за залежністю (3).
Для ділянки I діаграми розтягу (рис. 1) харак-
терні такі типи сигналів АЕ, що супроводжують
процес руйнування сталі. Спочатку сигнали АЕ
мають низькі значення максимальних амплітуд
(150…250 мкВ), широкі смуги частотних спектрів
Δf (0,2…0,3 МГц) у момент часу, який відповідає
WTmax, а значення самих максимальних вейвлет-ко-
ефіцієнтів WTmax не перевищують 0,1 (0,03…0,08).
Відповідно величини критеріального параметра k
лежать у діапазоні 0,03…0,15. Умовно віднесемо
сигнали з такими параметрами до сигналів пер-
шого типу (рис. 2).
У деякий момент часу (наприклад, t ≈ 200…210 с
від початку експерименту) з’являються сигнали АЕ
зі значно більшими значеннями амплітуд
(400…600 мкВ). Окрім того, вони мають вужчу
ширину смуги частот Δf (0,12…0,19 МГц), а зна-
чення WTmax перевищують 0,1 (0,11…0,15), у ре-
зультаті чого зростають і значення параметра k,
що вже визначається діапазоном 0,2…0,5. Таким
чином, з’являються сигнали другого типу (рис. 3),
які чергуються на цій ділянці діаграми розтягу із
сигналами першого типу. Із наближенням до межі
плинності σ0,2 амплітуди сигналів обох типів пос-
тупово збільшуються і перевищують початкові
амплітуди приблизно на порядок, але при цьому
ширина смуги частот Δf, максимальні вейвлет-ко-
ефіцієнти WTmax та значення критеріального па-
раметра k зберігаються у межах, встановлених ви-
ще, для кожного із двох виділених типів.
Співставивши отримані результати із раніше
отриманими числовими результатами оцінки ме-Рис. 1. Діаграма розтягу гладкого циліндричного зразка зі
сталі 38ХН3МФА (опис I–III — див. у тексті)
14 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011
Рис. 2. Характерні сигнали АЕ першого типу: а — хвильове відображення; б — НВП сигналу АЕ; в — проекція НВП сигналу
АЕ на площину «WT – f» у момент часу, що відповідає WTmax
Рис. 3. Сигнали АЕ, що характерні для другого типу руйнування (а–в те саме, що і на рис. 2)
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011 15
ханізмів крихкого руйнування скла [18], сигнали
другого типу умовно можна віднести до таких,
що характеризують крихке руйнування, а першого
типу — в’язке.
Отже, на підставі зробленого аналізу сигналів
АЕ на I ділянці діаграми розтягу, можна припус-
тити, що на початку руйнування матеріалу пере-
важають механізми в’язкого руйнування. З поя-
вою сигналів АЕ із вищими значеннями амплітуд
гіпотетично можна вважати, що відбувається роз-
виток мікротріщиноутворення та початок макро-
руйнування матеріалу (крихке руйнування). Під
час подальшого розтягу процес мікротріщиноут-
ворення чергується із процесом розвитку пластич-
них деформацій, оскільки чергуються сигнали
двох встановлених типів. Особливо активно це
відбувається з наближенням до межі плинності
σ0,2 матеріалу. В її околі відбуваються інтенсивні
дислокаційні процеси, які супроводжуються від-
повідними низькоамплітудними та широкосмуго-
вими сигналами АЕ [14].
Наведені міркування щодо механізмів руйну-
вання, встановлених за сигналами АЕ, які гене-
руються під час навантаження зразків зі сталі
38ХН3МФА, підтверджуються результатами,
представленими у праці [19]. У ній автори зафік-
сували фрактографічно (рис. 4) утворення внут-
рішніх мікротріщин у перерізі зразка вздовж осі
прикладання зусиль розтягу.
Серед сигналів АЕ, які реєстрували на ділянці
II діаграми розтягу, здебільшого проявлялись сиг-
нали першого типу і рідко з’являлися сигнали дру-
гого типу, а на ділянці III спостерігали доміну-
вання сигналів першого типу.
Отримані результати АЕ-досліджень показують,
що під час руйнування сталі механізми руйнування
чергуються між собою: в’язке змінюється крихким
і навпаки. Це підтверджує основоположні принципи
лінійної механіки руйнування [20] про початкові
стадії руйнування: утворення пластичних зон,
стрибкоподібне підростання тріщин, руйнування
крихких включень. Очевидно, що на кожному етапі
просування тріщини ці механізми наявні, про що
свідчить НВП сигналів АЕ.
Висновки
Під час зародження і розвитку руйнування кон-
струкційної сталі 38ХН3МФА спостерігаються
різні типи сигналів АЕ, які відповідають різним
його механізмам. Неперервне вейвлет-перетворен-
ня цих сигналів показало ефективність застосу-
вання вейвлет-коефіцієнтів для побудови критерію
оцінки механізмів руйнування.
Ранні стадії руйнування сталі характеризують-
ся низькими значеннями критеріального показни-
ка k і сигнали АЕ, що генеруються у цей час, гіпо-
тетично супроводжують відшарування включень
у в’язкій феритній матриці, їх розтріскування, а
також дислокаційні механізми мікротріщиноутво-
рення. Такий тип руйнування можна вважати в’яз-
ким. Зі збільшенням навантаження поза межі
плинності з’являються дискретні сигнали АЕ з ви-
сокими амплітудними значеннями і вузькими час-
тотними спектрами, а значення k відповідають
крихкому руйнуванню (співмірні зі значеннями
цього критерію у випадку руйнування скла).
Застосування критеріального параметра k доз-
воляє ефективно встановлювати механізми руйну-
вання конструкційних матеріалів під час
технічного діагностування чи моніторингу різних
виробів та елементів конструкцій.
Развитие техники и повышение уровня интенсив-
ности ее эксплуатации приводят не только к созда-
нию материалов с высокой прочностью и вязкостью
разрушения, но и поднимают на новый уровень ме-
тоды неразрушающего контроля и технической ди-
агностики. Практически все конструкционные ма-
териалы неоднородны по структуре, химическому
составу и т. д., что по-своему влияет на сопро-
тивление материалов разрушению, поэтому иссле-
дование механизмов разрушения и факторов, кото-
рые способствуют его развитию, является актуаль-
ной и очень важной научно-технической задачей.
Среди существующих преимуществ метода
АЭ среди других методов неразрушающего кон-
троля стоит выделить возможность обнару-
жения начала процессов разрушения на ранних
стадиях его зарождения.
Изучению проблемы распознавания механизмов
разрушения конструкционных материалов мето-
дом АЭ посвящено большое количество публика-
ций. Среди них работы по установлению природы
источников сигналов АЭ, возможности опреде-
ления прочностных характеристик сталей мето-
дом АЭ, оценке типов разрушения с учетом ам-
плитудно-частотных характеристик сигналов
Рис. 4. Утворення внутрішніх мікротріщин під час розтягання
зразка з технічно чистої (99,9 %) електролітної міді у стані
поставки [19]
16 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011
АЭ, определению особенностей макроразрушения
материалов по энергетическому критерию и рас-
пределению вейвлет-коэффициентов и т. д.
Таким образом, метод АЭ все чаще применяют
в фундаментальных и прикладных исследованиях
как пластической деформации, так и зарождения
и развития разрушения в разных конструкцион-
ных материалах. В то же время достижение
высшей эффективности метода возможно при
условии дальнейшего усовершенствования мето-
дики обработки сигналов АЭ.
Последнее время среди разных методов циф-
ровой обработки сигналов получил развитие вейв-
лет-анализ, который является эффективным
средством локализации и классификации особен-
ных точек нестационарных сигналов и разрешает
осуществлять анализ одновременно в частотной
и временной областях.
Непрерывное вейвлет-преобразование является
важным источником диагностической инфор-
мации, с помощью которой можно идентифици-
ровать механизмы разрушения на любом временном
интервале нагрузки. Наличие в сигнале значитель-
ных флуктуаций в некоторый момент времени оп-
ределяется большими значениями вейвлет-коэффи-
циентов. Чем сильнее выражена особенность сиг-
нала, тем сильнее она выделяется на спектрограм-
ме и тем выше уровень вейвлет-коэффициента.
Исследовали растяжением цилиндрические об-
разцы из конструкционной стали 38ХН3МФА диа-
метром 4 мм и длиной 44 мм. При зарождении и
развитии разрушения в образцах наблюдаются раз-
ные типы сигналов АЭ, которые соответствуют
разным его механизмам. Непрерывное вейвлет-пре-
образование этих сигналов показало эффективность
использования вейвлет-коэффициентов для постро-
ения критерия оценки механизмов разрушения.
Ранние стадии разрушения стали характери-
зуются низкими значениями критериального по-
казателя k и сигналы АЭ, которые генерируются
в это время, гипотетически сопровождают от-
слоение включений в вязкой ферритной матрице,
их растрескивание, а также дислокационные ме-
ханизмы микротрещинообразования. Такой тип
разрушения можно считать вязким. С увеличе-
нием нагрузки за предел текучести появляются
дискретные сигналы АЭ с высокими амплитуд-
ными значениями и узкими частотными спект-
рами, а значения k соответствуют хрупкому раз-
рушению (соизмеримы со значениями этого кри-
терия в случае разрушения стекла).
Использование критериального параметра k да-
ет возможность эффективно устанавливать ме-
ханизмы разрушения конструкционных материалов
при техническом диагностировании или мониторин-
ге различных изделий и элементов конструкций.
1. Fitzgerald E. R. Mechanical resonance dispersion and plastic
flow in crystalline solids // J. Acoust. Soc. Amer. — 1960.
— 32, № 10. — P. 1270–1289.
2. Ookawa А., Yazu К. The energy radiated from a dislocation by
an accelerated motion through impurity fields // J. Phys. Soc.
Japan. — 1963. — 18 (Supplement I). — P. 36–43.
3. Engle R. B. Acoustic emission and related displacements in
lithium fluoride single crystals / Ph. D. Thesis. Michigan
State University, East Lansing Michigan. — 1966.
4. Fisher R. M., Lally L. S. Microplasticity detected by an aco-
ustic technique // Canad. J. Phys. — 1967. — 45, № 2. —
P. 1147–1159.
5. James D. R. The sourse of acoustic emission in deforming
single crystals / In: Int. conf. on Mechanical Behaviour of
Materials, 1971, Kyoto, Abstr. — 3. — P. 960–961.
6. Segwick R. T. Acoustic emission from single crystals of
LiF and KCl // J. Appl. Phys. — 1968. — 39, № 3. — P.
1728–1740.
7. James D. R., Carpenter S. H. Relationship between acoustic
emission and dislocation kinetics in crystalline solids // Ibid.
— 1971. — 42, № 12. — P. 4685–4697.
8. Применение акустической эмиссии для определения пре-
дела упругости конструкционных сталей / А. В. Скобло,
А. П. Жигин, Л. П. Дулина, С. А. Колосов // Завод. лаб.
— 1971. — С. 363–367.
9. Исследование деформирования образцов с выточками
методом акустической эмиссии / С. М. Пичков, В. В. Да-
нилин, С. Д. Шеряков, Ю. Л. Гагарин // Физ.-хим. меха-
ника материалов. — 1980. — № 3. — С. 120–122.
10. Определение механических характеристик стали мето-
дом акустической эмиссии / Ю. И. Фадеев, О. А. Барте-
нев, З. Г. Волкова, Н. Г. Чекмарев // Дефектоскопия. —
1987. — № 8. — С. 44–49.
11. Филоненко С. Ф., Городиский Н. И., Бирюков В. С. Осо-
бенности сигналов акустической эмиссии при пласти-
ческом деформировании и хрупком разрушении матери-
алов // Физ.-хим. механика материалов. — 1985. — № 6.
— С. 105–106.
12. Методические аспекты применения метода акустичес-
кой эмиссии при определении статической трещинос-
тойкости материалов / А. Е. Андрейкив, Н. В. Лысак, В.
Р. Скальский, О. Н. Сергиенко (Препр. АН УССР. Физ.-
хим. ин-т; № 165). — Львов, 1990. — 34 с.
13. Скальський В. Р., Сергієнко О. М., Окрепкий Ю. С.
Підходи до оцінки руйнування включень у твердому тілі
(Огляд) // Техн. диагностика и неразруш. контроль. —
2007. — № 3. — С. 18–25.
14. Назарчук З. Т., Скальський В. Р. Акустико-емісійне діаг-
ностування елементів конструкцій: науково-технічний
посібник: у 3 т. — Киев: Наук. думка, 2009. — 878 с.
15. Скальський В., Станкевич О., Галан П. Визначення
особливостей макроруйнування матеріалів за вейвлет-
аналізом сигналів акустичної емісії // Матеріали конфе-
ренції: «Електромагнітні та акустичні методи не-
руйнівного контролю матеріалів та виробів
ЛЕОТЕСТ-2011», 21–26 лютого 2011 р. — Львів, 2011.
— С. 67–71.
16. Яковлев А. Н. Введение в вейвлет-преобразования: учеб.
пособие. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. — 104 с.
17. Vallen Systeme: The Acoustic Emission Company. — [Vir-
tual Resource]. — Access Mode: URL: http://www.val-
len.de/ software/index.html.
18. Скальский В. Р., Буйло С. И., Станкевич Е. М. Критерий
оценки хрупкого разрушения стекла по сигналам акусти-
ческой эмиссии // Дефектоскопия. — 2011.
19. Puttik K. E. Ductile Fracture in Metals // Phil. Mag. — 1959.
— 4. — P. 964–969.
20. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение ма-
териалов / Пер. с англ.; под ред Е. М. Морозова, Б. М.
Струнина. — М.: Мир, 1970. — 443 с.
Надійшла до редакції
09.05.2011
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2011 17
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102469 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-3474 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-01T04:01:52Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Скальський, В.Р. Ботвіна, Л.Р. Станкевич, О.М. Дубицький, О.С. Матвіїв, Ю.Я. 2016-06-12T02:16:15Z 2016-06-12T02:16:15Z 2011 Діагностування механізмів руйнування сталі 38ХН3МФА за вейвлет-перетворенням сигналів акустичної емісії / В.Р. Скальський, Л.Р. Ботвіна, О.М. Станкевич, О.С. Дубицький, Ю.Я. Матвіїв // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 3. — С. 12-17. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102469 539.3:620.179.17 Розглянуто руйнування конструкційної середньолегованої сталі за вейвлет-аналізом сигналів акустичної емісії (АЕ). Показано, що воно супроводжується сигналами АЕ різних типів, яким можна поставити у відповідність різні його механізми руйнування. Для опису амплітудно-частотних характеристик сигналів використано неперервне вейвлет-перетворення. Перевірено ефективність використання критерію оцінки механізмів руйнування за значеннями вейв-лет-коефіцієнтів на всіх ділянках діаграми розтягу. Fracture of a structural alloy steel was studied with wavelet analysis of acoustic emission signals. It is shown that the fracture process is accompanied with the acoustic emission signals of different types corresponding to certain fracture mechanisms. The description of amplitude-frequential characteristics of signals is performed with continuous wavelet transform. A criterion for the evaluation of fracture mechanisms based on the values of wavelet coefficients was found effective along the entire stress-strain diagram. uk Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Техническая диагностика и неразрушающий контроль Научно-технический раздел Діагностування механізмів руйнування сталі 38ХН3МФА за вейвлет-перетворенням сигналів акустичної емісії Diagnostics of fracture mechanisms of 38KhN3MFA steel by wavelet-transformations of acoustic emission signals Article published earlier |
| spellingShingle | Діагностування механізмів руйнування сталі 38ХН3МФА за вейвлет-перетворенням сигналів акустичної емісії Скальський, В.Р. Ботвіна, Л.Р. Станкевич, О.М. Дубицький, О.С. Матвіїв, Ю.Я. Научно-технический раздел |
| title | Діагностування механізмів руйнування сталі 38ХН3МФА за вейвлет-перетворенням сигналів акустичної емісії |
| title_alt | Diagnostics of fracture mechanisms of 38KhN3MFA steel by wavelet-transformations of acoustic emission signals |
| title_full | Діагностування механізмів руйнування сталі 38ХН3МФА за вейвлет-перетворенням сигналів акустичної емісії |
| title_fullStr | Діагностування механізмів руйнування сталі 38ХН3МФА за вейвлет-перетворенням сигналів акустичної емісії |
| title_full_unstemmed | Діагностування механізмів руйнування сталі 38ХН3МФА за вейвлет-перетворенням сигналів акустичної емісії |
| title_short | Діагностування механізмів руйнування сталі 38ХН3МФА за вейвлет-перетворенням сигналів акустичної емісії |
| title_sort | діагностування механізмів руйнування сталі 38хн3мфа за вейвлет-перетворенням сигналів акустичної емісії |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102469 |
| work_keys_str_mv | AT skalʹsʹkiivr díagnostuvannâmehanízmívruinuvannâstalí38hn3mfazaveivletperetvorennâmsignalívakustičnoíemísíí AT botvínalr díagnostuvannâmehanízmívruinuvannâstalí38hn3mfazaveivletperetvorennâmsignalívakustičnoíemísíí AT stankevičom díagnostuvannâmehanízmívruinuvannâstalí38hn3mfazaveivletperetvorennâmsignalívakustičnoíemísíí AT dubicʹkiios díagnostuvannâmehanízmívruinuvannâstalí38hn3mfazaveivletperetvorennâmsignalívakustičnoíemísíí AT matvíívûâ díagnostuvannâmehanízmívruinuvannâstalí38hn3mfazaveivletperetvorennâmsignalívakustičnoíemísíí AT skalʹsʹkiivr diagnosticsoffracturemechanismsof38khn3mfasteelbywavelettransformationsofacousticemissionsignals AT botvínalr diagnosticsoffracturemechanismsof38khn3mfasteelbywavelettransformationsofacousticemissionsignals AT stankevičom diagnosticsoffracturemechanismsof38khn3mfasteelbywavelettransformationsofacousticemissionsignals AT dubicʹkiios diagnosticsoffracturemechanismsof38khn3mfasteelbywavelettransformationsofacousticemissionsignals AT matvíívûâ diagnosticsoffracturemechanismsof38khn3mfasteelbywavelettransformationsofacousticemissionsignals |