Обработка и интерпретация данных акустической эмиссии и электронной микроскопии для оценки повреждаемости металлов
Диссертация
Настоящая работа посвящена проблемам анализа, обработки и интерпретации информации при решении актуальной задачи оценки повреждаемости металла. Особое внимание уделено проблеме развития усталостных повреждений. Это связано с тем, что в современных технических приложениях циклические нагружения встречаются гораздо чаще, чем статические и квазистатические. В соответствии с существующими… Читать ещё >
Содержание
- Введение
- Глава 1. Литературный обзор
- 1. 1. Современное состояние проблемы оценки повреждаемости металлов акустико-эмиссионным пособом
- 1. 1. 1. Взаимосвязь параметров механики разрушения и характеристик акустической эмиссии
- 1. 1. 2. Обработка потоков сигналов акустической эмиссии
- 1. 1. 3. Анализ формы сигналов акустической эмиссии
- 1. 2. Обзор методов исследования начальной стадии усталостного разрушения металлов
- 1. 2. 1. Классификация малых трещин
- 1. 2. 2. Закономерности развития микроструктурных трещин (ММТ)
- 1. 2. 3. Область физически малых трещин
- 1. 2. 4. Процесс накопления трещин
- 1. 1. Современное состояние проблемы оценки повреждаемости металлов акустико-эмиссионным пособом
- 2. 1. Материалы
- 2. 2. Испытательное оборудование
- 2. 3. Измерительная аппаратура и принципы локализации источников акустической эмиссии
- 2. 3. 1. Многоканальная акустическая система «Малахит-2»
- 2. 3. 2. Цифровой регистратор акустических сигналов
- 2. 4. Методы электронной микроскопии
- 3. 1. Классификация сигналов методом распознавания образов
- 3. 1. 1. Основные этапы классификации
- 3. 1. 2. Обсуждение результатов классификации
- 3. 2. Восстановление сигнала как обратная задача
- 3. 2. 1. Общие принципы восстановления
- 3. 2. 3. Инверсная фильтрация
- 3. 3. Выводы
Список литературы
- K.J. Miller. Materials science perspective of metal fatigue resistance.//Materials Science & Technology.-June 1993, — Vol.9.-pp.453 — 462.
- K.J. Miller. Metal fatigue past, current and future.//Proc.lnstn. Mech. Engrs.-1991.-Vol.205.-pp.1−14.
- K. lokaji, I. Ogawa, J Harada, Z. Ando. Limitation of Linear Elastic Fracture Mechanics in respect of small fatigue cracks and microstructure.// J. Fatigue Fract. Engng. Mater. &Fract.-1986.-N9.-pp.1−14.
- J.R. Yates, W. Zang & K.J. Miller. Initiation and propagation behaviour of short fatigue cracks in waspaloy subjected to bending.//Fatigue & Fract. Engn. Mater. Struct.-1993.-Vol.16.-N 3.-pp.351 -363.
- M.P. Kelly, D.O. Harris and A.A. Pollock. Detection and Location of Flaw Growth in Metallic and Composite Structures. Monitoring Structural Integrity by Acoustic Emission.// ASTM STP 571, American Society for Testing and Materials, 1975, pp. 221−240.
- Акустическая эмиссия и ее применение для неразрушающего контроля в ядерной энергетике. Под редакцией К. Б. Вакара. Атомиздат, Москва 1980.-216 с.
- Standart recomended practice for Acoustic Emission monitoring of structures during controlled stimulation.- ASTM E-569−76,1976.
- B.A. Грешников, Ю. Б. Дробот Акустическая эмиссиия, — М.:Изд-во стандартов, 1976.-272 с.
- А.Ф. Улитко, Г. М. Зражевский Изучение упругих волн при скачкообразном движении полубесконечного разреза. //Диагностика и прогноз разрушения сварных конструкций.-1985.-Вып.1 .-с.23−24.
- А.Я. Недосека Трещины и волны деформаций в сварных соединениях и материалах. //Диагностика и прогноз разрушения сварных конструкций.-1987.-Вып.5, — с.19−24.
- А.Е. Андрейкив, Н. В. Лысак, О. Н. Сергиенко, В. Р. Скальский. Теоретические концепции метода акустической эмиссии в исследовании процессов разрушения .-Физико-механический институт им. Г. В. Карпенко АН УССР, 1987, Препринт N 137,49с.
- В.Д. Нацик, К. А. Чишко Динамика и звуковое излучение дислокационного источника Франка-Рида.// Физика тведого тела.-1975.-N17.- с.342
- В.Д. Нацик. Излучение звука дислокацией, выходящей на поверхность кристалла.-Письма в ЖЭТФ, 1976, N 8, с. 324.
- Бойко B.C., Нацик В. Д. Элементарные дислокационные механизмы акустической эмиссии.-В кн. Элементарные процессы пластической деформации кристаллов.-Киев: Наукова думка, 1978, с. 159−189.
- A. Slimani, P. Fleishchmann and R. Fougeres. Dynamic behaviour of dislocations during cyclic deformation of 5N aluminium polycrstals studied by means of AEtechnique.// The 29th Meeting of AE Working Group.- 1986-pp.S42-S48.
- Дробот Ю.Б. Исследование связи акустической эмиссии с образованием полос скольжения при пластическом деформировании аустенитной стали. // Дефектоскопия.- 1985.- N6, — с. 38.
- С.М. Scala and S. Mck. Cousland. Acoustic emission during plastic deformation and crack growth in 2024 and 2124 aluminium alloys.//Quantitative Nondestructive Evaluation.-1981.-V1-pp.453−458 .
- Holt J. and Goddard D.J. Acoustic emission during the elastic-plastic deformation of low alloy reactor pressure vessel steel.// Mater. Science &Engng.-1980.- N44.-pp. 251−265.
- В.Г. Гришко, B.A. Стрельченко. Математические основы исследования механических свойств материалов с использованием эффекта акустической эмиссии.//АН УССР. Ин-т пробл. прочности.-Препр.-Киев, 1982.-56с.
- В.Г. Гришко, В. А. Стрельченко. Классификация повреждаемости материала по сигналам акустической эмиссии.// АН УССР. Ин-тЗ -Проблемы прочности .-Препр.-Киев, 1984.- 40 с.
- T.C. Lindley, J.G. Palmer & C.E. Richards. Acoustic Emission Monitoring of Fatigue Crack Growth .//Materials Science and Engineering.-1978.-N32.- pp.1−15.
- Прочность и акустическая эмиссия материалов и элементов конструкций, под ред. Писаренко Г. С. -Киев: Наук. думка, 1990.-С.-232
- Г. А. Иванов. Феноменологический подход к анализу основных информационных параметров акустической эмиссии. Случай циклического нагружения. //Дефектоскопия. -1992.-N3.-с.51 -58.
- Ю.Б. Дробот Разработка и развитие методических основ акустико-эмиссионной дефектоскопии металлических материалов и изделий машиностроения. М: Автореферат докторской диссертации., 1990.
- А.П. Тишкин, В.P. Ржевкин, В. А. Гуменюк, Ю. Г. Иванов, A.M. Лексовский, В. А. Сульженко. Связь Акустической Эмиссии с ростом трещины при циклическом и статическом нагружениях. // Диагностика и прогнозирование сварных конструкций,-1987.-N.5.- С.53−56.
- В.А. Дюк. Компьютерная психодиагностика. С-П:Изд-во «Братство». 1994., с. 363.
- D.E.W. Stone and P.F. Dingwall. Acoustic emission parameters and their interpritation. // NDT International.-April 1977.- pp.51−61.
- B. Woodward. The use of signal analysis to identify sources of acoustic emission.// Acoustica 37.-1977.-pp.190−197.
- H.A. Crostack and K.H. Kock. Application of pattern recognition methods in acoustic emission analysis by means of computer techniques. //Proceedings of the 9-th World Conference of Nondestructive Testing.-1979.-Sect.4J-11.
- D.E.V. Stone and P.F. Dingwall. Acoustic Emission parameters and their interpretation.// NDT International.-1977, — 10.-pp. 51−56
- Г. Б. Муравин, Ю. М. Палей, H.O. Макарова, И. Г. Левитина. Разработка акустико-эмиссионного метода идентификации коррозии. // Дефектоскопия.-1991.-N 7.-с. 58−65.
- D.R. Hay, R.W.Y. Chan, D. Sharp and K.J. Siddiqui. Classification of Acoustic Emission signals from deformation mechanisms in aluminium alloys. // J. Acoustic Emission .-1983, — 3.-pp. 118−129.
- R.W.Y. Chan, D.R. Hay, V. Caron, M. Hone and R. D. Sharp. Classification of Acoustic Emission signals generated during welding.// J. Acoustic Emission.- 1985,-4.-pp. 115−123.
- И.К. Головлев, В. В. Еремин. Алгоритм автоматической классификации для системы ультразвукового неразрушающего контроля изделий. //Дефектоскопия.-1994.-N2.- с. 73−77
- R.B. Melton, P.G. Doctor and D.S. Daly. Pattern Recognition Analysis of Acoustic Emission Data from 7075-T651 Aluminum Simulated Joint Specimens.// Quantitative Nondestructive Evaluation.- 1982 -V.2a.-pp.489−502.
- O. Yilmaz. Seismic data processing.//Series:lnvestigations in Geophysics.Vol.2.-1987.-p.522.40. 0. Василенко Г. И.: M.: Советское радио, 1979., 270с.
- Р. Шерифф, Л. Гелдарт. Сейсморазведка: Обработка и интерпретация данных.: М.: Мир, 1987.
- N.N. Hsu, J.A. Simmons and S.C. Hardy. An approach to acoustic emission analysis. //Materials Evaluation.-1977.-v.35.-N.10-pp. 100−106.
- N.N. Hsu and D.G. Eitzen. The inverse problem of acoustic emission. Explicit determination of acoustic emission source time functions.// Quantitative Nondestructive Evaluation.-1981 .-V1-pp.405 -411.
- D. Eitzen, F. Breckenridge, R. Clough, N. Hsu, T. Proctor and J. Simmons. NBS developments in quantitative acoustic emission measurements.// Quantitative Nondestructive Evaluation.-1981 .-V1-pp.433 -442.
- N.N. Hsu and F.R. Breckenridge. Characterization and calibration of acoustic emission sensors.// Materials Evaluation.-1981 .-39.-pp.60−68.
- R.E.Green. A critical comparison between theory and experiment. // Proc. Ultrason., lnt. Conf. Brighton, England .- June 1977.-pp.2335−244.
- L.J. Johson. Green’s function for Lamb’s problem.//Geophys.J.R.Astr.Soc.-1974.-37.-pp.99−131.
- R.D. Peters, M.A. Breaseale and V.K. Pare. Variable gap capacitive detector for the measurement of ultrasonic displacement amplitudes in solids. // Rev.Sci.lnstr.-1968.-v.39-N. 10- pp. 1505−1506.
- Т.Б. Петерсен, Л.P. Ботвина. Статистическая модель генерации сигналов акустической эмиссии при росте усталостной трещины. //Техническая диагностика и неразрушающий контроль.- 1993.-N 1.-е.50−56.
- Т.Б. Петерсен. Методика контроля роста усталостной трещины по сигналам акустической эмиссии. // Тезисы 3-й всесоюзной н-т конференции по акустической эмиссии., 1992.
- Z.F. Wang, Z. Zhu & W. Ке. Behaviour of acoustic emission for low strength structural steel during fatigue and corrosion fatigue.//Metal.Trans.-1991 .-A 11 .-pp.-2677−2680.
- J.F. Mc Carver and R.O. Ritchie Fatigue crack propagation thresholds for long and short cracks in Rene'95 nickel-base superalloy.// Master Sci. Engng .-1982.-N 55.-pp.63−67.
- W. Morris, M.R. Jones and O. Buck. A simple model of stress intensity range threshold and crack closure stress.// Engng. Fract. Mech.-1982.-N 14.-pp.52−58.
- K.J. Miller. The behaviour of short fatigue cracks and their initiation. Part 1 -a review of two recent books.// Fatigue. Fract. Engng Mater. Struct.-1987.-Vol.10.-No. 1 .-p.75−91.
- K.J. Miller. The behaviour of short fatigue cracks and their initiation. Part 2- a general summary.// Fatigue Fract. Engng Mater. Struct.-1987.-Vol.10.- No. 2.-pp.93−113.
- M.W. Brown. Interfaces between short, long and non-propagating cracks. // Europian Group on Fracture Publication № 1, Published by M.E.P., Inst. Of Mech. Engng .-1986.-pp.423−429.
- D. Taylor. Fatigue of short cracks: the limitations of fracture mechanics // Europian Group on Fracture Publication № 1, Published by M.E.P., Inst. Of Mech. Engng .-.1986.-pp.479−490.
- F. Soniak and L. Remy. Fatigue growth of long and short cracks in a powder metallurgy nickel base superalloy. // Europian Group on Fracture Publicatio № 1, Published by M.E.P, Inst. Of Mech. Engng .-1986.-pp.133−142.
- R.K. Bolingbroke and J.E. King. A comparison of long and short fatigue crack growth in a high strength aluminum alloy. // Europian Group on Fracture Publication № 1, Published by M.E.P., Inst. Of Mech. Engng .-1986.- pp.101−114.
- S. Grungor & L. Edwards. Effect of surface texture on fatigue life in a sqweeze-cast 6082 alluminum alloy. //Fatigue & Fract. Engn. Mater. Struct.-1993.-V.16.-N 4.-pp.391 -405.
- K.J. Miller Initiation and growth rates of short fatigue cracks.// IUTAM Eshelby Memorial Symposium. Fundamentals of Deformation and Fracture.-1985.-pp.477−500.
- L. Grabowski and J.E. King. Modelling short crack growth behaviour in nickelbased supralloys.//Fatigue & Fract. Engn. Mater. Struct.-1992.-Vol.15.-N5.-pp.595−606.
- E.K. Tschegg, S.E. Stanzl.U.R. Mayer and C.Z. Egley. Crack face interactions and near-threshold fatigue crack. //Fatigue & Fract. Engn. Mater. Struct.-1994.-Vol. 16.-N1-pp.71 -84.
- Z.F. Wang, Z. Zhu & W. Ke. Behaviour of acoustic emission for low strength structural steel during fatigue and corrosion fatigue.//Metal.Trans.-1991 .-A 11.-pp.-2677−2680.
- J.M. Kendall, M.N. James and J.F. Knott. The behaviour of phisically short fatigue cracks in steels. // Europian Group on Fracture Publication № 1, Published by M.E.P., Inst. Of Mech. Engng .-1986, — pp.241−258.
- P. Newmann and A. Tonnessen. Fatigue crack formation in copper. // Europian Group on Fracture Publication № 1, Published by M.E.P., Inst. Of Mech. Engng .-1986.-pp.41−47.
- B.D. Ma and Layrd C. Distribution of small crack sizes in fatigue copper single crystalls: statistical aspects of competitive growth. //Small fatigue cracks. -1986,-The Metallurgical society.-pp.9−28.
- C.H. Wang & K.J. Miller. Short fatigue crack growth under mean stress. Uniaxial loading.//Fatigue & Fract. Engn. Mater. Struct.-1993.-Vol.16.-N2.-pp.181−199.
- Miller K.J. Microstructural short cracks in fatigue.// Proceedings Fracture Control of Engineering Structures. ECF6. -1986.-Vol.3.-pp.2149−2167.
- F. Guiu, R. Dulnaik and B.C. Edwards. On the nucleation of fatigue cracks in pure polycrystalline -iron.// Fatigue Engng. Mater.Struct.-1982.-No 5.-pp.311−321.
- K.J. Miller, H.J. Mohamed, M.W. Brown and de los Rios E.R. Barriers to short fatigue crack propagation at low stress amplitude in a banded ferrite-pearlite structure.- Small fatigue cracks. The Metallurgical society.-1986.-pp.639−656.
- K. Yamada, M.J. Kim and T. Kunio. Tolerant microflaw sizes and non-propagating crack behaviour.- The behaviour of short fatigue cracks. EGF publication 1. Mechanical Engeneering publications, London.-1986.-pp .261−274.
- P.D. Hobson, M.W. Brown and de los Rios E.R. Two phases of short crack growth in a medium carbon steei. // Europian Group on Fracture Publication № 1, Published by M.E.P., Inst. Of Mech. Engng .- 1986.-pp.441−459.
- H. Nisitani and M. Goto. A small- crack growth low and its application to the evaluation of fatigue life. The behaviour of short fatigue cracks. EFG publication 1. Mechanical Engineering publications, London.-1986.-pp.461−478.
- K.J. Miller and T. Gardiner. High temperature cumulative damage for stage 1 crack growth. // J. Strain Analysis.-1977,-Vol.12.-No.4.-1977.-pp.253−261.
- A.B. Прокопенко, О. H. Черныш. Развитие коротких поверхностных усталостных трещин в стали 20X13 и сплаве ВТ9. // Проблемы прочности.- N 5.-1989.-с. 12−16.
- Е. Perez Carbonell and M.W. Brown. A study of short crack growth in torsional low cycle fatigue for a medium carbon steel. // Fatigue Fract. Engng Mater. Struct.-Vol.9.-No.1.- 1986, — p.15−33.
- K. Kusunose. Fracture mechanics of rocks.//J.Phys.Earth.-1995.-V 43.-N4.-pp. 479−504.
- S.M. Suh and H. Kitagawa. Crack growth behaviour of fatigue microcracks in low carbon steels. //Fatigue Fract. Engng Mater. Struct.-Vol.9.-No.6.-p.409−424.
- B.P. Регель, А. И. Слуцкер, Э. Е. Томашевский. Кинетическая теория прочности твердых тел.- М.:Наука, 1974, с.-560.
- B.C. Куксенко. Модель перехода от микро к макроразрушению твердых тел.-В кн.: Физика прочности и пластичности.- Л.: Наука.- 1986, — с. 36−41.
- В.И. Владимиров. Физическая природа разрушения металлов. М.-.Металлургия.-1984.-280 с.
- Д. Поше, Г. Плювинаж. О некоторых критериях нелинейной механики разрушения.// Проблемы прочности.-1989.-Ы 11.-с.14−23.
- А.А. Мовчан. Микромеханический подход к проблеме описания накопления анизотропных рассеянных повреждений. // Изв. АН ССР сер. Механика тв. тела.-Ы 3.-1990.-с.115−124.
- Многоканальная акустико-эмиссионная система контроля оборудования «Малахит АС-6А». Техническое описание и инструкция по эксплуатации аппаратных средств АМОЭ8.9208.00.000 ТО. РНЦ «Курчатовский институт», Москва 1992 г.
- В.И. Иванов. Акустическая эмиссия в процессе когерентного разрушения.// ДАН СССР.-1986.-N2.-с.302−306.
- Т.Б. Петерсен. Разработка и использование системы автоматической классификации для идентификации сигналов акустической эмиссии.// Техническая диагностика и неразрушающий контроль.- 1993.-М 3.-с.1−7.
- Дж. Гласс, Дж. Стэнли. Статистические методы в педагогике и психологии. Москва 1976 Изд-во: Прогресс 495 с. 91. ред.Б. В. Барского. Вопросы статистической теории распознавания.- М.:Изд-во «Советское радио».-1967, — с. 399
- Дж. Ту, Р. Гонсалес. Принципы распознавания образов. М.: Изд-во «Мир».-1978, — с. 411.
- Т.Б. Петерсен, Л. Р. Ботвина. Статистическая модель накопления повреждаемости в металлах при циклическом нагружении. //Заводская лаборатория.-1993- N3- с.39−42.
- Т.Б. Петерсен. Использование методов распознавания образов для автоматической классификации источников акустической эмиссии. // Препринт РНЦ-5935.15 М., 1995, 11с.
- Д. Бендат, А. Пирсол. Прикладной анализ случайных данных. М.: Изд-во «Мир».-1989, — с. 540.
- Т.Б. Петерсен. Исследование задачи восстановления формы сигнала акустической эмиссии. // Препринт РНЦ-5937.15 М., 1995 12с.
- Л. Р. Ботвина, Г. И. Баренблатт. Автомодельность накопления повреждамости. //Проблемы прочности.- 1985.- N 12.- С. 17−24.
- Takanori Jhira and Yih-Hsing Pao. Microcrack Inition and Acoustic Emission during Fracture Toughness Tests of A533B Steel.// Metallurgical Transactions A.-1986.-V.17 A.-pp.843−852.
- Л.Р. Ботвина, С. Я. Ярема, О. П. Осташ, И. Б. Полутранко. Кинетика усталостного разрушения титанового сплава АТЗ в воздухе, дистиллированной воде и 3.5%-м растворе ЫаС1//Физ.-Хим. механика материалов.-1984.-N 2.-е. 17−22.
- Л.Р. Ботвина. Кинетика разрушения конструкционных материалов. //М.: Наука, 1989. 230 с.
- Мс. Minn A. Fractographic analysis in the understanding of corrosion fatigue mechanisms// Fatigue Fract. Engng Mater.Struct.-1981 .-Vol. 4.-N 3.-pp.235−251.
- A.A. Pollack. Acoustic Emission amplitude distribution.// International advances in NDT.-1981.-N 7. pp.215−239.
- K. Ono. Amplitude distribution analysis of acoustic emission signals. //Mater. Eval.-1976.-N 34.-p.177−181.
- B.T. Трощенко, В. В. Покровский, В. Г. Каплуненко. Влияние размеров образцов на характеристики циклической трещиностойкости теплоустойчивых сталей.// Проблемы прочности.-N4.-1986.-с.3−9.
- В.М. Кошелев, В. В. Покровский. Методика и некоторые результаты исследований трещиностойкости сталей 15Х2МФА и 15Х2НМФА в интервалетемператур 293 77° К.// Проблемы прочности.-N4.-1981 .-с.35−41.
- A.A. PoNac, J.R. Wadin. Application of Acoustic Emission as an on-line monitoring system for nuclear reactors.-Final Progress Report, 1976, p. 61.
- V. Karnik, К. Klima. Magnitude-frequency distribution in the European
- Mediterrahean earthquake regions. Tectonophysics, 1993, v.220, pp.309−323
- В.И. Бетехтин, А. И. Петров, В. И. Савельев. Кинетика накоплениямикроскопических разрывов сплошности в процессе испытания AL на дол говечность.//ФММЮ-1074.-N38.-с.834−842.
- Л.Р. Ботвина, И. Б. Опарина. Закономерности процесса повреждаемости при различных условиях нагружения.//ФХММ-1993.^ 4.-е. 13−23.
- Р.Л. Салганик. Механика тел с большим числом трещин.// Изв. АНСССР. ММТ. -1973.-N 4, — с.149−158.
- A. Vasek, J. Polak. Low cycle Fatigue damage accumulation in armco-iron.//Fatigue Fract. Engng Mater.Struct.-1991 .-Vol. 14, N 2/3. pp.193−204.
- Г. И. Баренблатт. Подобие, автомодельность, промежуточная ассимптотика. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 255 с.
- Г. И. Баренблатт, Л. Р. Ботвина. Автомодельность усталостного разрушения: Накопление повреждаемости // Изв. АН СССР. МТТ.1983 N2. с.88−92.
- Г. И. Баренблатт, Л. Р. Ботвина. Методы подобия в механике и физике //Физ. хим. механика материалов.-1986.-Ж-с.57−62.
- Л. Сантало. Интегральная геометрия и геометрические вероятности. М.: Наука, 1983. 358 с.
- Кендалл М., Моран П. Геометрические вероятности: Пер. с англ.М.:Наука, 1972.- 192с.
- Дж. Коллинз. Повреждение материалов в конструкциях. М.: Мир, 1984, 624 с.
- B.C. Иванова. Разрушение металлов. М.: Металлургия, 1979, 166с.
- Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при циклическом нагружении. РД 50 345−82.- М: Изд-во стандартов, 1983, 95 с.
- B.C. Коваленко. Металлографические реактивы: Справочник.-М.: Металлургия, 1970.-133 с.