Спосіб визначення площі тріщин, що утворюються в матеріалах

Спосіб визначення площі тріщин, що утворюються в матеріалах, який включає навантаження 3 проведення вимірювань, підвищується технологічність вимірювань та їх точність за рахунок значної розрізнювальної здатності і точності вимірювань площі під обвідною сигналу акустичної емісії. При цьому площа утвореної тріщини визначається як на макро-, так і мікрорівнях, незалежно від міста розташування тріщини, тобто не залежно від того утворюється вона на поверхні або в середині матеріалу. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення площі тріщин, що утворюються в матеріалах, який включає навантаження матеріалу з одночасним визначенням характеристик, за якими роблять висновки про площу тріщини, що утворюється в матеріалі, згідно винаходу, в якості вищезгаданих характеристик реєструють випромінювання сигналів акустичної емісії, а площу утвореної тріщини визначають за площею під обвідною реєстрованого сигналу акустичної емісії від тріщини. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються і технічними результатами, що досягаються полягає у наступному. При прикладенні до матеріалу навантаження відбувається утворення та підростання тріщин в матеріалі. В той же час відомо, що процес утворення і підростання кожної тріщини супроводжується випромінюванням імпульсних сигналів акустичної емісії. При цьому, як показали теоретичні та експериментальні дослідження, площа під обвідною сигналу акустичної емісії від тріщини прямо пропорційна площі утвореної тріщини і не залежить від швидкості її росту: SC ST (1), де SC - площа під обвідною сигналу акустичної емісії має розмірність мВс; S T - площа тріщини, яка утворюється в матеріалі, і має розмірність мм; - коефіцієнт пропорційності, якій залежить від фізико-механічних характеристик матеріалу, встановлюється експериментальним шляхом і має мВс розмірність . мм2 При проведенні вимірювань параметрів сигналу акустичної емісії від тріщини, а саме площі під обвідною сигналу, з виразу (1) визначається площа утвореної тріщини в матеріалі: 1 ST SС (2). Отже при реєстрації імпульсних сигналів акустичної емісії від тріщин і вимірюванні площі під їх обвідною можливо визначати площу кожної тріщини, що утворюється в матеріалі, який знаходиться під навантаженням, без його повного руйнування. Важливим є те, що швидкість росту, місце розташування і орієнтація утвореної тріщини не має значення. При цьому значно збільшується точність визначення площі утвореної в матеріалі тріщини за рахунок значної розрізнювальної здатності і точності вимірювань амплітудно-часових параметрів реєстрованих сигналів акустичної емісії від тріщин. Чутливість вимірювань за амплітудою може становити мікровольти, а час вимірюється у мікросекундному діапазоні. 49295 4 Таким чином, не викликає сумнівів, що використання акустичної емісії є ефективним способом визначення площі тріщин, що утворюються в матеріалах. При цьому використання акустичної емісії дозволяє здійснювати визначення площі утворених тріщин, включаючи і внутрішніх невидимих тріщин, значно швидше і простіше, потребує значно менших технічних та часових витрат, що забезпечує їх технологічність. Крім того підвищується точність вимірювань за рахунок значної точності вимірювань площі під обвідною сигналів акустичної емісії. При цьому збільшується діапазон вимірювань площі утворених тріщин, який простягається від мікро- до макротріщин. Спосіб проілюстровано на Фіг.1, Фіг.2, де на Фіг.1 показано параметри сигналу акустичної емісії від тріщини: U, , S - відповідно, амплітуда, тривалість і площа під обвідною сигналу акустичної емісії. На Фіг.2 показано зразок матеріалу із сплаву ВК4, схема його навантаження та результати випробувань зразків з реєстрацією сигналу акустичної емісії від утворених тріщин: а - зразок матеріалу із сплаву ВК4 та схема його навантаження: h, d - відповідно товщина і діаметр зразка, Р - зовнішнє навантаження; б - реєстровані сигнали акустичної емісії від утворених тріщин при швидкості навантаження зразків: 1-1мм/хв; 2-10мм/хв. Приклад конкретної реалізації способу, що заявляється Визначалася площа тріщин в трьох зразках із сплаву ВК4, які випробувалися на зсув. Зразки мали форму круглої пластини з розмірами: товщина - 4мм; діаметр 8мм. На кожній пластині на відстані 2 мм від одного з її країв був зроблений одиночний надріз (Фіг.2, а), який імітував початкову тріщину. Надрізи були нанесені електроіскровим способом і мали однакові розміри: ширина - 0,1мм; глибина - 1,5мм. Випробування зразків проводили на універсальній випробувальній машині FP-10 з електричним приводом. Швидкість навантаження зразків становила 1 мм/хв, 5 мм/хв і 10 мм/хв. Для проведення випробувань було виготовлено спеціальний пристрій, в якому здійснювалося жорстке закріплення зразка на нерухомій опорі (Фіг.2, а), а навантаження Р на зразок забезпечувалося з використанням пуансона, якій переміщувався в вертикальній площині. Навантаження прикладалося до краю меншої площини зразка за надрізом (Фіг.2, а) в межах одного міліметра від його краю. Геометричні параметри закріплення зразка і прикладання навантаження вибиралися таким чином, що в зоні устя надрізу створювалися максимальні напруження розтягу. На нижній опорі пристрою встановлювався датчик акустичної емісії (Фіг.2, а), а реєстрація та обробка сигналів акустичної емісії, що виникають від тріщин, виконувалася за допомогою акусто-емісійної системи (Фіг.2, а). За результатами реєстрації сигналів акустичної емісії від тріщин (Фіг.2, б) і вимірювань площі під їх обвідною Sc (Фіг.1) визначалася площа утвореної тріщин згідно виразу (2). Результати експериментів проілюстровано на Фіг.1, Фіг.2, де на Фіг.1 показано параметри сигна 5 49295 лу акустичної емісії від тріщини: U, , Sc - відповідно, амплітуда, тривалість і площа під обвідною сигналу акустичної емісії. На Фіг.2 показано зразок матеріалу із сплаву ВК4, схема його навантаження та результати випробувань зразків з реєстрацією сигналу акустичної емісії від утворених тріщин: а зразок матеріалу із сплаву ВК4 та схема його навантаження: h, d - відповідно товщина і діаметр зразка, Р - зовнішнє навантаження; б - реєстровані сигнали акустичної емісії від утворених тріщин при швидкості навантаження зразків: 1-1мм/хв; 210мм/хв. За результатами вимірювань площі під обвідною сигналів акустичної емісії від тріщин (Фіг.2, б) складають: для швидкості навантаження 1мм / хв SC 1138 мВс ; для швидкості навантаження 5 мм / хв SC 6 навантаження 10 мм / хв SC 1132 мВс . За результатами вимірювань площі під обвідною сигналів акустичної емісії, згідно (2), визначаємо площі утворених тріщин при значенні коефіцієнта пропомВс 66,15 рційності для матеріалу ВК4 : мм2 ST1 17,20мм2 ; ST2 17,38мм2 ; ST3 17,11мм2 . Згідно розмірів зразків, конфігурації і розміру надрізу площі утворених тріщин в зразках повинна мати значення ST1 ST2 ST3 17,325мм2 . З отриманих результатів обробки сигналів акустичної емісії видно, що максимальна похибка визначення площі утворених тріщин не перевищує 1,25%. 1150 мВс ; для швидкості Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601