Анотація до роботи:

Плахтій Р.М. Розроблення методу діагностування крихкого руйнування матеріалів за параметрами сигналів акустичної емісії. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.02.10 – діагностика матеріалів та конструкцій. – Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка Національної академії наук України, Львів, 2008.

Дисертацію присвячено важливій науково технічній задачі, а саме – розробленню методу діагностування крихкого руйнування матеріалів за кількісними значеннями параметрів сигналів акустичної емісії (АЕ), що супроводжують руйнування твердих тіл. Об’єктом досліджень є поля пружних хвиль, що виникають під час зародження та розвитку різних типів руйнування конструкційних матеріалів під впливом квазістатичного навантаження. В основу класифікування типів руйнування покладено критеріальний параметр , який ураховує найстійкіші характеристики сигналів АЕ: час наростання переднього фронту сигналів, ширину їх спектрів частот, амплітуду огинаючої, робочу смугу первинних перетворювачів, а також коефіцієнт підсилення аналогового тракту вимірювальної АЕ-системи та коефіцієнт передачі первинного перетворювача. За результатами низки експериментальних досліджень, використовуючи розроблені у дисертації методики та АЕ-засоби, запропоновано кількісний критерій оцінювання крихкого руйнування. Це дозволило створити відповідні методичні рекомендації щодо АЕ-діагностування реальних виробів чи конструкцій на підставі результатів дисертаційної роботи, що підтвердили свою ефективність під час випробувань низки відповідальних конструкцій.

Ключові слова: руйнування, акустична емісія, згасання пружних хвиль, спектр частот сигналів акустичної емісії, критерій оцінювання типів руйнування, діагностування елементів конструкцій.

У дисертаційній роботі розв'язане важливе науково-технічне завдання – розроблення методики та засобів для діагностування крихкого руйнування твердих тіл, які піддають дії квазістатичного механічного навантаження, шляхом оцінювання зміни найстійкіших параметрів сигналів АЕ, при цьому отримано такі наукові результати:

1. Виходячи із запропонованої фізичної моделі генерування пружних хвиль АЕ під час мікро- та макроруйнування і проведених експериментальних досліджень показано, що найдоцільніше діагностувати об’єкти контролю за такими інформаційними параметрами електричних сигналів АЕ як амплітуда, час наростання переднього фронту імпульсу, ширина спектру частот сигналу.

2. Встановлено, що ширина спектру частот сигналів АЕ змінюється під час проходження пружних хвиль у твердому тілі за рахунок суттєвого згасання високочастотних складових (більше 12 дБ/м), в той час як для низькочастотних складових ця величина лежить у діапазоні 2,5...8,0 дБ/м, що свідчить про інформативність цього параметру.

3. Встановлено, що час наростання переднього фронту сигналів АЕ несе інформацію про механізми та динаміку руйнування і знаходиться в інтервалах 0,05 t₁ 2 мкс для крихкого руйнування та 2 1< 15 мкс – для в’язкого.

4. Створено критерій оцінювання типу руйнування, який ураховує чутливість та амплітудно-частотні характеристики первинного перетворювача, режим роботи аналогового тракту акустико-емісійної вимірювальної системи, енергетичні та частотні параметри сигналу АЕ.

5. За результатами випробувань низки конструкційних матеріалів різної фізичної будови отримано діапазон значень критеріального параметра z, за яким можна визначати тип руйнування: z> 400 – крихке руйнування; z 400 – в’язке руйнування.

6. Розроблено нову концепцію побудови аналогового каналу вимірювального тракту діагностичної АЕ-системи, яка дозволяє без спотворень АЕ-сигналу отримувати його інформаційні параметри. На підставі цього створено портативну багатоканальну АЕ-систему і проведено її метрологічну атестацію.

7. Запропоновано науково обґрунтовані методичні рекомендації щодо АЕ-діагностування виробів і елементів конструкцій з урахуванням критерію оцінювання типу руйнування та розробленої діагностичної АЕ-системи.

Основний зміст роботи відображено у публікаціях:

1. Блоки цифрової обробки сигналів акустичної емісії / В.Р. Скальський, Б.О. Оліярник, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Вісник Національного університету „Львівська політехніка” Автоматика, вимірювання та керування. – 2005. – № 530. – С.162 – 170.

2. Восьмиканальний портативний прилад акустичної емісії / В.Р. Скальський, Б.О. Оліярник, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Вісник Національного університету „Львівська політехніка” Радіоелектроніка та телекомунікації. – 2005. – № 534. – С. 55 – 63.

3. Аналоговий тракт відбору і обробки сигналів акустичної емісії / В.Р. Скальський, Б.О. Оліярник, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Вісник Національного університету „Львівська політехніка” Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. – 2005. – № 537. – С.116 – 121.

4. Оперативний акустико-емісійний контроль дефектності резервуара для зберігання нафти / В.Р. Скальський, П.М. Коваль, П.М. Сташук, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Методи та прилади контролю якості. – 2005. – № 15. – С. 3 – 8.

5. Деякі аспекти програмного забезпечення приладів акустичної емісії / В.Р. Скальський, Б.О. Оліярник, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2006. – № 66. – С.99 – 107.

6. Концепция построения аналогового тракта прибора акустической эмиссии / В.Р. Скальский, Б.А. Олиярник, Р.М. Плахтий, Р.И. Сулым // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. – 2006. – № 1. – С. 43 – 47.

7. Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов / П.Н. Коваль, В.Р Скальский, П.М. Сташук, Ю.Л. Лотоцкий, Р.М. Плахтий // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. – 2006. – № 2. – С. 13 – 19.

8. Портативний прилад для акустико-емісійного діагностування об’єктів нафто- і газотранспортного комплексу / В.Р. Скальський, Б.О. Оліярник, Р.М Плахтій, Р.І. Сулим // Методи та прилади контролю якості. – 2006. – № 17. – С. 7 – 12.

9. Акустико-емісійна оцінка стадій докритичного розвитку тріщин у матеріалах / В.Р. Скальський, О.М. Сергієнко, Т.В. Селівончик, Б.О. Оліярник., Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2007. – № 4. – С. 85 – 92.

10. Оцінка заникання пружних хвиль акустичної емісії у бетоні та залізобетоні / В.Р. Скальський, Ю.Л. Лотоцький, Р.І. Сулим, Р.М. Плахтій // Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів. – Львів, 2007. – Вип. 12. – С. 181 – 187.

11. Портативний прилад для акустико-емісійного діагностування пошкодженості великогабаритних об’єктів довготривалої експлуатації / В.Р. Скальський, Б.О. Оліярник, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим //Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів. – Львів, 2008. – Вип. 13. – С. 125 – 131.

12. Skalsky V.R. Acoustic emission during cast-irons fracture / V.R. Skalsky, Yu.S. Okrepky, R.M. Plakhtiy // Proc. ІII Sympozjum Mechaniki Zniszczenia Materiaw i Konstrukcji – Augustw 1-4 czerwca 2005. – P. 369 – 371.

13. Оцінка сигналів акустичної емісії викликаних утворенням дископодібної тріщини у в’язкопружному тілі / В.Р. Cкальський, О.М. Сергієнко, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Зб. праць Міжнар. наук.-техн. конфер. „Динаміка, міцність і ресурс машин та конструкцій” – Київ, 1-4 листопада 2005 р. – Київ, 2005. – т.2. – С. 310 – 311.

14. Оцінка за сигналами акустичної емісії моменту старту макротріщини / В.Р. Cкальський, В.Б. Михальчук, Ю.С. Окрепкий, Р.М. Плахтій // Зб. праць Міжнар. наук.-техн. конфер. „Динаміка, міцність і ресурс машин та конструкцій” – Київ, 1-4 листопада 2005 р. – Київ, 2005. – т. 2. – С. 314 – 315.

15. Скальський В.Р. Оцінка заникання акустичної емісії у деградованому матеріалі згину трубопроводу живильної води енергоблоків закритичного тиску ТЕС / В.Р. Скальський, О.М. Сергієнко, Р.М. Плахтій // 7-міжнар. симпоз. українських інж.-мех у Львові, 18-20 травня 2005 р.: тези доп. – C.105.

16. Оліярник Б.О. Прилад відбору та обробки сигналів акустичної емісії SKOP-8. / Б.О. Оліярник, Р.М. Плахтій // ХІХ відкрита науково-технічна конференція молодих науковців і спеціалістів ФМІ у Львові, КМН-2005, 21-23 вересня 2005 р.: тези доп. – С.423 – 426.

17. Оценка параметров акустической эмиссии при отслоении арматуры в железобетоне / В.Р. Cкальский, Ю.Л. Лотоцкий, Р.М. Плахтий, Р.И. Сулым // Сборн. докл. Междунар. науч.-техн. конф. “Современные проблемы и перспективы механики”, Ташкент, 17-18 мая 2006 г. – Ташкент, 2006. – С. 386 – 388.

18. Скальський В.Р. Програмне забезпечення приладу відбору та оброблення сигналів акустичної емісії / В.Р. Скальський, Р.І. Сулим, Р.М. Плахтій // 8-й міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові, 23-25 травня 2007 р.: тези доп. – С.120.

19. Рortable multi-channel device for acoustic emission monitoring of structures and products./ V. Skalsky, O. Serhiyenko, Ye. Pochapsky, R. Plakhtiy and R. Sulym // Diagnosnyka. – 2008. – 47, № 3 – P. 43 – 46.

Анотація. Плахтій Р.М. Розроблення методу діагностування крихкого руйнування матеріалів за параметрами сигналів акустичної емісії. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.02.10 – діагностика матеріалів та конструкцій. – Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка Національної академії наук України, Львів, 2008.

Дисертацію присвячено важливій науково технічній задачі, а саме – розробленню методу діагностування крихкого руйнування матеріалів за кількісними значеннями параметрів сигналів акустичної емісії (АЕ), що супроводжують руйнування твердих тіл. Об’єктом досліджень є поля пружних хвиль, що виникають під час зародження та розвитку різних типів руйнування конструкційних матеріалів під впливом квазістатичного навантаження. В основу класифікування типів руйнування покладено критеріальний параметр , який ураховує найстійкіші характеристики сигналів АЕ: час наростання переднього фронту сигналів, ширину їх спектрів частот, амплітуду огинаючої, робочу смугу первинних перетворювачів, а також коефіцієнт підсилення аналогового тракту вимірювальної АЕ-системи та коефіцієнт передачі первинного перетворювача. За результатами низки експериментальних досліджень, використовуючи розроблені у дисертації методики та АЕ-засоби, запропоновано кількісний критерій оцінювання крихкого руйнування. Це дозволило створити відповідні методичні рекомендації щодо АЕ-діагностування реальних виробів чи конструкцій на підставі результатів дисертаційної роботи, що підтвердили свою ефективність під час випробувань низки відповідальних конструкцій.

Ключові слова: руйнування, акустична емісія, згасання пружних хвиль, спектр частот сигналів акустичної емісії, критерій оцінювання типів руйнування, діагностування елементів конструкцій.

Аннотация. Плахтий Р.М. Разработка метода диагностирования хрупкого разрушения материалов по параметрам сигналов акустической эмиссии. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.10 – диагностика материалов и конструкций. – Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко Национальной академии наук Украины, Львов, 2008.

В диссертации изложены экспериментальные исследования, целью которых является создание методологических основ оценки типа разрушения твердых тел. Объектом исследований служат поля упругих волн, которые возникают при динамической локальной перестройке структуры материала. Особенно при возникновении и развитии трещиноподобных дефектов в конструкционных материалах. Работа нацелена на решение важной научно-технической задачи – установление механизма хрупкого разрушения.

На основании предложенной модели особенностей зарождения и развития микро- и макротрещин в конструкционных материалах, которые сопровождаются генерированием упругих волн акустической эмиссии (АЭ), определены наиболее стойкие ее параметры. С учетом этого предложена логическая последовательность выполнения операций, которые в конечном итоге позволяют получить критериальный параметр , с помощью которого построен критерий оценки хрупкого разрушения.

Для верификации полученного критерия созданы средства, обеспечивающие измерение параметров сигналов АЭ с минимальными искажениями их формы и амплитудно-частотных характеристик. Разработанная и изготовленная в результате проведения целого ряда испытаний портативная восьмиканальная измерительная АЭ-система SKOP-8 получила метрологическое обеспечение и была использована для экспериментов по подтверждению истинности критерия оценки хрупкого разрушения.

По итогам исследований различных конструкционных материалов были систематизированы особенности и количественные показатели изменения амплитуд сигналов АЭ, ширины их спектра частот, скорости нарастания переднего фронта импульсов в зависимости от расстояния прохождения упругих волн АЭ в материале, а также с учетом режимов их отбора и преобразования. Это позволило выписать критериальные зависимости таким образом: 400 – вязкое разрушение, > 400 – хрупкое.

Учитывая это, были разработаны методические рекомендации проведения АЭ-диагностики изделий и элементов реальнодействующих конструкций с использованием АЭ-системы SKOP-8. Их применение на ряде промышленных объектов подтвердили высокую эффективность полученных в диссертации критерия, методик его использования, а также средств отбора, обработки и регистрации сигналов АЭ.

Публікації автора:

1. Блоки цифрової обробки сигналів акустичної емісії / В.Р. Скальський, Б.О. Оліярник, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Вісник Національного університету „Львівська політехніка” Автоматика, вимірювання та керування. – 2005. – № 530. – С.162 – 170.

2. Восьмиканальний портативний прилад акустичної емісії / В.Р. Скальський, Б.О. Оліярник, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Вісник Національного університету „Львівська політехніка” Радіоелектроніка та телекомунікації. – 2005. – № 534. – С. 55 – 63.

3. Аналоговий тракт відбору і обробки сигналів акустичної емісії / В.Р. Скальський, Б.О. Оліярник, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Вісник Національного університету „Львівська політехніка” Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. – 2005. – № 537. – С.116 – 121.

4. Оперативний акустико-емісійний контроль дефектності резервуара для зберігання нафти / В.Р. Скальський, П.М. Коваль, П.М. Сташук, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Методи та прилади контролю якості. – 2005. – № 15. – С. 3 – 8.

5. Деякі аспекти програмного забезпечення приладів акустичної емісії / В.Р. Скальський, Б.О. Оліярник, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2006. – № 66. – С.99 – 107.

6. Концепция построения аналогового тракта прибора акустической эмиссии / В.Р. Скальский, Б.А. Олиярник, Р.М. Плахтий, Р.И. Сулым // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. – 2006. – № 1. – С. 43 – 47.

7. Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов / П.Н. Коваль, В.Р Скальский, П.М. Сташук, Ю.Л. Лотоцкий, Р.М. Плахтий // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. – 2006. – № 2. – С. 13 – 19.

8. Портативний прилад для акустико-емісійного діагностування об’єктів нафто- і газотранспортного комплексу / В.Р. Скальський, Б.О. Оліярник, Р.М Плахтій, Р.І. Сулим // Методи та прилади контролю якості. – 2006. – № 17. – С. 7 – 12.

9. Акустико-емісійна оцінка стадій докритичного розвитку тріщин у матеріалах / В.Р. Скальський, О.М. Сергієнко, Т.В. Селівончик, Б.О. Оліярник., Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2007. – № 4. – С. 85 – 92.

10. Оцінка заникання пружних хвиль акустичної емісії у бетоні та залізобетоні / В.Р. Скальський, Ю.Л. Лотоцький, Р.І. Сулим, Р.М. Плахтій // Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів. – Львів, 2007. – Вип. 12. – С. 181 – 187.

11. Портативний прилад для акустико-емісійного діагностування пошкодженості великогабаритних об’єктів довготривалої експлуатації / В.Р. Скальський, Б.О. Оліярник, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим //Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів. – Львів, 2008. – Вип. 13. – С. 125 – 131.

12. Skalsky V.R. Acoustic emission during cast-irons fracture / V.R. Skalsky, Yu.S. Okrepky, R.M. Plakhtiy // Proc. ІII Sympozjum Mechaniki Zniszczenia Materiaw i Konstrukcji – Augustw 1-4 czerwca 2005. – P. 369 – 371.

13. Оцінка сигналів акустичної емісії викликаних утворенням дископодібної тріщини у в’язкопружному тілі / В.Р. Cкальський, О.М. Сергієнко, Р.М. Плахтій, Р.І. Сулим // Зб. праць Міжнар. наук.-техн. конфер. „Динаміка, міцність і ресурс машин та конструкцій” – Київ, 1-4 листопада 2005 р. – Київ, 2005. – т.2. – С. 310 – 311.

14. Оцінка за сигналами акустичної емісії моменту старту макротріщини / В.Р. Cкальський, В.Б. Михальчук, Ю.С. Окрепкий, Р.М. Плахтій // Зб. праць Міжнар. наук.-техн. конфер. „Динаміка, міцність і ресурс машин та конструкцій” – Київ, 1-4 листопада 2005 р. – Київ, 2005. – т. 2. – С. 314 – 315.

15. Скальський В.Р. Оцінка заникання акустичної емісії у деградованому матеріалі згину трубопроводу живильної води енергоблоків закритичного тиску ТЕС / В.Р. Скальський, О.М. Сергієнко, Р.М. Плахтій // 7-міжнар. симпоз. українських інж.-мех у Львові, 18-20 травня 2005 р.: тези доп. – C.105.

16. Оліярник Б.О. Прилад відбору та обробки сигналів акустичної емісії SKOP-8. / Б.О. Оліярник, Р.М. Плахтій // ХІХ відкрита науково-технічна конференція молодих науковців і спеціалістів ФМІ у Львові, КМН-2005, 21-23 вересня 2005 р.: тези доп. – С.423 – 426.

17. Оценка параметров акустической эмиссии при отслоении арматуры в железобетоне / В.Р. Cкальский, Ю.Л. Лотоцкий, Р.М. Плахтий, Р.И. Сулым // Сборн. докл. Междунар. науч.-техн. конф. “Современные проблемы и перспективы механики”, Ташкент, 17-18 мая 2006 г. – Ташкент, 2006. – С. 386 – 388.

18. Скальський В.Р. Програмне забезпечення приладу відбору та оброблення сигналів акустичної емісії / В.Р. Скальський, Р.І. Сулим, Р.М. Плахтій // 8-й міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові, 23-25 травня 2007 р.: тези доп. – С.120.

19. Рortable multi-channel device for acoustic emission monitoring of structures and products./ V. Skalsky, O. Serhiyenko, Ye. Pochapsky, R. Plakhtiy and R. Sulym // Diagnosnyka. – 2008. – 47, № 3 – P. 43 – 46.