|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Эмиссия акустическая |
 | |
Анимация
Описание
Эмиссия акустическая - излучение упругих волн, возникающее в процессе перестройки внутренней структуры твердых тел. Акустическая эмиссия проявляется при пластической деформации твердых материалов, при возникновении и развитии в них дефектов, например при образовании трещин, при фазовых превращениях, связанных с изменением кристаллической решетки, а также при резании твердых материалов. Физическим механизмом, объясняющим ряд особенностей акустической эмиссии, является движение в веществе дислокаций и их скоплений. Дислокационные процессы, связанные с отрывом дислокаций от точек закрепления, торможением их у препятствий, возникновением и уничтожением отдельных дислокаций, - имеют существенно неравномерный, и даже прерывистый, характер. Это является причиной, обуславливающей излучение волн напряжения, т.е. акустической эмиссии. Соответственно акустическая эмиссия имеет «взрывной», импульсный характер; длительность импульса может составлять 10-8..10-4 с, энергия отдельного импульса - от 10-9 до 10-5 Дж.
В качестве источника акустической эмиссии можно рассматривать расположенный в глубине образца твердого тела элемент объема, испытывающий изменение напряженного состояния. Сигналы акустической эмиссии проявляются в виде колебаний поверхности образца, смещение при которых составляет 10-14..10-7 м; иногда эти сигналы достаточно сильны и могут восприниматься на слух (например, «крик олова» при пластическом деформировании этого материала). Сигнал эмиссии, распространяясь от источника к поверхности образца, претерпевает существенное искажение вследствие дисперсии скорости звука, трансформации типа и формы волны при отражении, затухании звука и др. Если время затухания сигнала и время переходных процессов в образце меньше промежутка времени между излучаемыми импульсами, эмиссия воспринимается в виде последовательности импульсов и называется дискретной или импульсной. Если же интервал между отдельными актами излучения меньше времени затухания, эмиссия имеет характер непрерывного излучения, в подавляющем большинстве случаев нестационарного, и называется непрерывной или сплошной. Дискретная эмиссия имеет место, например, при образовании трещин, непрерывная - в процессе резания. Частотный спектр акустических эмиссий весьма широк - он простирается от области слышимых частот до десятков и сотен МГц.
К основным параметрам, характеризующим акустическую эмиссию, относятся:
- общее число импульсов дискретной эмиссии за исследуемый промежуток времени;
- так называемая суммарная (или интегральная) эмиссия - число превышений сигналом эмиссии установленного уровня за исследуемый промежуток времени;
- интенсивность эмиссии - число превышений сигналом эмиссии установленного уровня в единицу времени;
- амплитуда эмиссии - максимальное значение сигнала эмиссии в течение заданного промежутка времени;
- уровень сигналов эмиссии - среднее квадратичное сигнала за рассматриваемый промежуток времени.
Корреляцию этих параметров с развитием дефектов устанавливают при лабораторных испытаниях образцов, в процессе которых регистрируют в функции времени параметры акустической эмиссии и действующую внешнюю силу или деформацию образца (рис. 1).
Зависимость интенсивности акустической эмиссии N и ее амплитуды A на выходе преобразователя от времени при возрастании приложенной к образцу растягивающей силы P
Рис. 1
Образец из алюминиевого сплава сечением 30х4 мм2 с надрезом глубиной 10 мм и начальной трещиной.
Если акустическая эмиссия имеет квазистационарный характер, параметром эмиссии, дающим информацию о состоянии материала и о происходящих в нем процессах, может служить ее частотный спектр.
Для регистрации параметров акустической эмиссии, а также для записи формы сигналов и их длительности применяют специальную аппаратуру, которая обеспечивает прием слабых сигналов эмиссии на фоне шумов, обладает необходимым быстродействием (интенсивность эмиссии меняется в пределах от 0 до 105 импульсов в секунду) и малыми собственными шумами. В качестве приемников колебаний в большинстве случаев используются пьезокерамические преобразователи; оптические интерференционные методы измерения колебаний с применением лазерного излучения. Сигналы с датчиков колебаний усиливают и подвергают дальнейшей обработке с помощью электронной аппаратуры. Обычно рабочий диапазон аппаратуры: 1·104 Гц..1·107 Гц.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Эффект акустической эмиссии широко используется в информационно-измерительных системах раннего распознавания трещин, при испытаниях материалов на ползучесть, для выявления скрытых дефектов на стадии их зарождения, для исследования коррозии металлов под напряжением, для определения дефектов в металлических и неметаллических композиционных материалах, для локации дефектов и изучения кинетики развития трещин в сварных швах и др. По параметрам эмиссии судят о процессах в кристаллических телах при их нагревании и охлаждении, например регистрируют в металлических материалах фазовые превращения мартенситного типа. Акустическая эмиссия используется также при выборе режимов резания металлов. В производственных условиях методы акустической эмиссии применяются для локализации и определения параметров дефектов и наблюдения за их развитием при испытаниях сосудов высокого давления, элементов конструкции различного типа, в т.ч. элементов ракет и самолетов.
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Простейшая реализация состоит в помещении под пресс куска прозрачного материала (стекло, оргстекло) и съемке процесса раздавливания на видеопленку. Покадровый просмотр позволяет убедиться в синхронности звуковых импульсов с возникновением и развитием индивидуальных трещин.
Для тех, кто не особенно болеет наукообразием, достаточно сломать палку об колено и сравнить получаемый треск со своими мускульными ощущениями излома.
Литература
1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой. - М.: Советская Энциклопедия, 1979.
2. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред. - М.: Наука, 1982.
3. Акустополяризационные измерения характеристик анизотропии горных пород (методические рекомендации). - Апатиты, 1985.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
