Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике
На правах рукописи
Буйло Сергей Иванович
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ПРЕДРАЗРУШАЮЩЕГО СОСТОЯНИЯ Специальности:
01.04.07 - физика конденсированного состояния 01.02.04 - механика деформируемого твердого тела
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
Ростов-на-Дону - 2009
Работа выполнена в Научно-исследовательском институте механики и прикладной математики имени И.И. Воровича Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Южный Федеральный университет.
Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Белоконь Александр Владимирович
Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки РФ доктор физико-математических наук, профессор Гуфан Юрий Михайлович доктор физико-математических наук, профессор Козлов Эдуард Викторович;
доктор физико-математических наук, профессор Ляпин Александр Александрович
Ведущая организация: Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А.Чаплыгина, г. Новосибирск
Защита состоится л 29 июня 2010 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.05 по специальности 01.04.07 - физика конденсированного состояния при Южном федеральном университете в здании НИИ физики ЮФУ по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Стачки 194, ауд. 411.
С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке ЮФУ по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.
Автореферат разослан л___ _____________2010 года.
Отзывы на диссертацию и автореферат диссертации, заверенные подписью рецензента и печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета Д212.208.05 при ЮФУ по адресу: 344090 Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194. НИИ физики ЮФУ.
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.208.05 при ЮФУ, канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. Гегузина Г.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
В предлагаемой диссертации сделана попытка междисциплинарного подхода к решению проблемы повышения достоверности результатов исследования структурных и прочностных свойств материалов по параметрам акустического излучения, генерируемого непосредственно в ходе изменения или повреждения структуры тела при различных внешних воздействиях.
Актуальность проблемы. В последние годы в физике конденсированного состояния, физике прочности и механике разрушения для определения структурных изменений в материалах становится актуальным развитие и применение методов акустико-эмиссионного анализа для контроля и диагностики предразрушающего состояния. Суть метода акустической эмиссии (АЭ) состоит Рис. 1. Форма и спектр сигналов АЭ фазов анализе параметров чрезвычайно вого перехода в материале композитного слабого ультразвукового излучения, позистора инициированного воздействием сопровождающего любое изменение излучения лазера на парах ртути либо повреждение структуры металлов, их сплавов, композиционных материалов. Несовершенства структуры тел, в особенности дислокации - объект физики конденсированного состояния, имеющий не только чисто теоретическое, но и исключительно важное практическое значение, поскольку механическая прочность реальных материалов зависит главным образом, именно, от наличия и поведения дислокаций и их скоплений.
Метод АЭ в принципе позволяет проводить обнаружение (а во многих случаях и идентификацию) широкого класса структурных преобразований в твердых телах, например, фазовых переходов, зарождения микродефектов, срывов скоплений дислокаций с точек закрепления и других наноструктурных изменений по сигналам АЭ, так как фиксирует единичные акты с энергией до 10-16 Дж. Каждый акт изменения структуры тела сопровождается коротким упругим импульсом, процесс излучения которого представляет собой так называемый акт акустической эмиссии (акт АЭ). Например, на рис. 1 показаны сигналы акустической эмиссии фазового перехода, зарегистрированные нами в процессе лазерного облучения композитного позистора.
Острая необходимость в разработке новых методов мониторинга структурных и прочностных свойств материалов вызывается тем, что в настоящее время все более актуальными становятся задачи оценки и прогнозирования остаточного ресурса изделий и объектов ответственного назначения в машиностроении, судостроении, трубопроводном транспорте, авиационной и ракетно-космической технике.
В силу ряда причин, значительная часть таких объектов эксплуатируется вблизи или даже за пределами гарантийных сроков, что обуславливает повышенные требования к оценке их надежности и степени опасности. Метод АЭ обладает уникальными возможностями в решении этих проблем, так как позволяет выявлять именно растущие (т.е. наиболее опасные) дефекты.
Метод АЭ дает возможность исследовать кинетику процессов на самых ранних стадиях микродеформации, дислокационного зарождения и накопления микронесплошностей. Это, в принципе, позволяет диагностировать и прогнозировать по сопутствующей АЭ сам момент зарождения трещины.
Кроме того, для каждой уже зародившейся трещины существует некоторый критический размер, зависящий от свойств материала. До этого размера трещина подрастает очень медленно (десятки лет) посредством огромного количества небольших дискретных скачков. После достижения трещиной критического размера происходит катастрофическое разрушение, т.к. ее дальнейший рост идет уже со скоростью, близкой к половине скорости звука в материале конструкции. Принимая с помощью особой высокочувствительной ап паратуры и измеряя в самом простейшем случае интенсивность Na Na t (количество в единицу времени), а так же общее количество актов АЭ, Na, удается по данным АЭ экспериментально оценить скорость роста, длину трещины и прогнозировать близость разрушения.
К сожалению, физикомеханическая природа самого явления АЭ изучена явно недостаточно, и в существующих моделях пока не нашел должного отражения случайных характер процессов структурных преобразований в твердых теt, 104 c 0 1,6 3,лах. Кроме того, практическое Рис. 2. Типичная картина тонкой структуры применение метода АЭ тормо(осцилляции) сигналов АЭ, регистрируемых зится всегда присутствующим датчиком АЭ на поверхности исследуемого тела искажением и перекрытием реальных сигналов при их многомодовом распространении в твердом теле (рис.
2), что сильно затрудняет, а во многих случаях делает невозможным решение обратной задачи количественного восстановления параметров структурных изменений в материалах по регистрируемым сигналам АЭ. Наличие этих проблем существенно снижает достоверность результатов и тормозит использование акустической эмиссии в качестве метода исследования, контроля и диагностики. Проблема повышения достоверности результатов метода АЭ достаточно многофакторная, междисциплинарная и требует для своего решения привлечения достижений из самых различных разделов физики, механики, математики.
Существенную помощь в решении конкретных задач повышения достоверности метода акустической эмиссии оказывают результаты исследований по физико-механическим и статистическим аспектам прочности кристаллических и аморфных тел, изменению их физических свойств при различных внешних воздействиях, по моделированию акустического излучения дислокаций и микротрещин, по распространению упругих волн, по количественной оценке информативности и достоверности получаемых результатов, а также по применению метода АЭ в физических исследованиях, задачах неразрушающего контроля и диагностики.
Большой вклад в развитие исследований по затрагиваемым вопросам внесли такие ученые и организаторы науки как Н.П. Алешин, В.А. Бабешко, В.М. Баранов, В.В. Болотин, Г.А. Бигус, К.Б. Вакар, И.И. Ворович, В.А.
Грешников, Ю.М. Гуфан, Ю.Б. Дробот, В.П. Дудкевич, Л.К. Зарембо, В.С.
Иванова, В.И. Иванов, В.В. Калинчук, Э.В. Козлов, Н.А. Конева, В.С. Куксенко, А.М. Лексовский, А.А. Ляпин, Н.А. Махутов, Г.Б. Муравин, В.В. Муравьев, В.Д. Нацик, А.Я. Недосека, П.В. Новицкий, В.Е. Панин, Б.Е. Патон, В.А. Плотников, В.В. Поляков, Л.М. Рыбакова, Г.А. Сарычев, А.Н. Серьезнов, Л.Н. Степанова, А.С. Трипалин, В.М. Финкель, И. Ахенбах, С. Вахавиолос, Х.
Данеган, А. Грин, П. Гиллис, Д. Джеймс, С. Карпентер, Р. Коллакот, А. Тетельман, А. Поллок, Х. Хатано, К. Шеннон и другие.
Цель работы состоит в выявлении физико-механической природы, статистических закономерностей явления акустической эмиссии и создании новых методов диагностики предразрушающего состояния твердых тел при различных внешних воздействиях с повышенной достоверностью.
Для достижения цели предложен и развивается не имеющий аналогов принципиально новый подход с целью создания эффективных методов восстановления истинных параметров процессов структурных преобразований и накопления повреждений по регистрируемым сигналам сопутствующего акустического излучения. Суть подхода состоит в использовании пуассоновской модели процесса дефектообразования и обнаруженных экспериментально физико-механических особенностей явления АЭ, включая устойчивые в силу ряда предельных теорем статистические параметры случайного процесса АЭ.
Методы исследования и математический аппарат включают элементы физики конденсированного состояния, теории упругости, физики прочности, механики разрушения, математического анализа, теории вероятностей, статистической радиофизики и теории потоков случайных событий. Экспериментальные исследования проводились на физическом и механическом оборудовании общего и специального назначения, включая собственные оригинальные разработки.
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач, строгостью использования математического аппарата, четкостью и ясностью выявляемых физических и механических эффектов, а также согласованностью результатов, полученных с использованием разных методов исследования и с результатами других исследователей.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Физико-механическая природа акта акустической эмиссии адекватно описывается в рамках дислокационной модели и определяет экспериментально наблюдаемую зависимость амплитуды излучения от скорости и частоты деформации. Восстановленные по данным акустической эмиссии энергия Ea и длительность акта излучения связаны со степенью деформации, слабо a зависят от е скорости и для сплавов на основе Fe и Ti имеют следующие средние значения: Ea = 1015...1013 Дж при < 106с.
a 2. Выборочные функции распределения прочности и долговечности подобны функциям распределения суммарного количества актов сопутствующего акустического излучения, что позволяет количественно связать кинетику процесса накопления повреждений с параметрами АЭ. Параметры акустического излучения трещины зависят от коэффициента интенсивности напряжений и определяются видом напряженно-деформированного состояния.
3. Совмещенный термогравиметрический и акустико-эмиссионный способ определения стадий термодеструкции веществ и материалов, в том числе при лазерном инициировании, позволяет идентифицировать фазовые переходы (плавление, сублимация) при нагревании и обеспечивает более раннее их выявление, чем существующие методы термического анализа.
4. Восстановление параметров процессов структурных преобразований и накопления повреждений внутри материала становится возможным и достаточно эффективным при подходе, состоящем в использовании пуассоновской модели потока случайных событий и экспериментально обнаруженных физико-механических особенностей сопутствующего акустического излучения.
5. Регистрация обнаруженных особых точек (локальные экстремумы, точки перелома) восстановленного потока актов сопутствующего акустического излучения обеспечивает надежную идентификацию стадий процессов деформации и накопления повреждений. При этом стадии накопления повреждений адекватно описываются в рамках экспоненциальной модели, позволяющей количественно оценить концентрацию и константы размножения микронесплошностей по положению переломов кривой восстановленной интенсивности потока актов эмиссии.
6. Соотношения амплитудных и временных статистических параметров потока актов акустической эмиссии имеют устойчивые (инвариантные) значения, отклонения от которых являются критерием наступления предразрушающего состояния.
Научная новизна полученных результатов 1. Развит впервые предложенный автором и не имеющий аналогов принципиально новый подход, позволяющий создание эффективных методов восстановления истинных параметров процессов структурных преобразований и накопления повреждений по регистрируемым сигналам сопутствующего акустического излучения. Суть подхода состоит в использовании при решении конкретных задач пуассоновской модели процесса структурных изменений и обнаруженных экспериментально физико-механических особенностей явления акустической эмиссии (включая устойчивые в силу ряда предельных теорем статистические параметры случайного процесса АЭ).
2. Впервые предложен и разработан метод совмещенной термогравиметрической и акустико-эмиссионной диагностики стадий термодеструкции веществ и материалов, обеспечивающий более раннее выявление и идентификацию фазовых переходов в процессе нагревания, чем их обнаружение существующими методами термического анализа (Патент РФ № 2324923).
3. Впервые предложены и разработаны основы метода идентификации стадий процессов деформации и накопления повреждений по положению различных особых точек (локальных экстремумов, точек перелома) параметров сопутствующего акустического излучения и разработан метод количественной оценки концентрации и постоянных размножения микронесплошностей по положению переломов кривой восстановленной интенсивности потока актов АЭ. Предложен метод определения точки деструкции материала по обнаружению нижнего излома интенсивности потока, либо суммарного количества восстановленного потока актов АЭ. Таким образом, становится возможным рассчитать по данным АЭ исследований реальную концентрацию повреждений (микродефектов) в любой момент нагружения и количественно оценить концентрационный критерий в момент разрушения. Эту информацию (особенно в динамике) затруднительно, а чаще всего вообще невозможно получить экспериментально какими-либо другими физическими методами исследований.
4. На примере модели акустического излучения скопления дислокаций решена задача о связи амплитуды АЭ ансамбля микродефектов со скоростью деформации и разработан метод восстановления количества актов сопутствующей АЭ при изменении динамического диапазона регистрируемых сигналов. Эти результаты позволили предложить метод дополнительного повышения достоверности оценки параметров процесса накопления повреждений за счет восстановления потерянных актов структурных преобразований с амплитудами сопутствующего излучения ниже порога дискриминации аппаратуры.
5. Впервые предложен метод и приведены результаты диагностики предразрушающего состояния по отклонению от устойчивых (инвариантных) в силу ряда предельных теорем соотношений статистических амплитудных и временных параметров потока актов сопутствующего акустического излучения. Установлена связь метода инвариантов АЭ с методологией синергетического подхода к разрушению твердых тел. Инвариантные соотношения АЭ оценены как при испытании стандартных образцов корпусной стали, так и по полученным ранее данным АЭ испытаний при гидростатических нагружениях корпуса атомного реактора ВВЭР-1000.
6. Впервые предложено понятие информационной достоверности и разработан принципиально новый метод определения достоверности непосредственно по количеству Шенноновской информации, полученной в ходе проведения самой операции эксперимента, контроля или диагностики.
7. Для наиболее распространенного степенного вида амплитудного распределения и пуассоновской модели потока актов структурных изменений внутри материала впервые получены условия появления и положение ложных амплитудных максимумов, сильно снижающих достоверность результатов амплитудного анализа при высокой интенсивности источника АЭ.
Развитие получили и другие методы и подходы применительно к рассматриваемым задачам.
Практическая ценность, реализация и использование результатов.
Разработанные методы и алгоритмы дают существенное увеличение точности оценки параметров процессов структурных преобразований и накопления повреждений в материалах по данным АЭ исследований. Их применение позволяет заметно (не менее чем в 2 раза) повысить достоверность результатов АЭ диагностики предразрушающего состояния.
Результаты работы использованы при диагностике прочности Царьколокола в Московском Кремле, элементов теплозащиты первого Российского космического самолета "Буран", титановых лопаток турбин авиационных двигателей, при разработке комплекса термического анализа ОКТАЭДР (образцовый криотермический АЭ дериватограф), а так же при диагностике ряда других изделий и объектов ответственного назначения. В Приложении к диссертации приведены 5 актов о передаче и использовании результатов работы.
Результаты работы также используются в Южном федеральном университете при экспериментальном определении критерия разрушения по данным АЭ испытаний студентами 5-го курса факультета механики, математики и компьютерных наук, и в Ростовском военном институте Ракетных войск при выполнении лабораторного практикума. Материалы диссертации в виде электронного учебника, разработанного по гранту ЮФУ 05/6-98, с 2007 года общедоступны на сайте
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации докладывались более чем на 60 научных конференциях и симпозиумах, среди которых отметим: I Всесоюзную конференцию по акустической эмиссии (Ростов-наДону, 1984); III Европейскую конференцию по неразрушающему контролю (Флоренция, 1984); II Всесоюзный симпозиум по механике разрушения (Житомир, 1985); I Международную школу Акустическая эмиссия в диагностике предразрушающего состояния и прогнозировании разрушения (Варна, 1986);
II Всесоюзную конференцию по акустической эмиссии (Кишинев, 1987); X Всесоюзный симпозиум Механоэмиссия и механохимия твердых тел (Ростов-на-Дону, 1986); Всесоюзную конференцию Использование современных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроле (Хабаровск, 1987); XII Всемирную конференцию по неразрушающему контролю (Амстердам, 1989); Международную конференцию Сварные конструкции (Киев, 1990); XII Всесоюзную конференцию Неразрушающие физические методы контроля (Свердловск, 1990); III Всесоюзную конференцию по акустической эмиссии (Обнинск, 1992), XIV Конференцию по тепловой микроскопии Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур (Воронеж, 1992); Научно-техническую конференцию стран СНГ Производство и надежность сварных конструкций (Калининград МО, 1993); VIII Международную конференцию по механике разрушения (Киев, 1993); XIV Российскую научно-техническую конференцию Неразрушающий контроль и диагностика (Москва, 1996); Конференцию-выставку подпрограммы Транспорт Программы МО РФ Научные исследования ВШ по приоритетным направлениям науки и техники (Москва-Звенигород, 2001); XXIV Международную конференцию Композиционные материалы в промышленности (Ялта, 2004); III Научно-техническую конференцию МИФИ Научноинновационное сотрудничество (Москва, 2004); II Международную Конференцию Наука и будущее: идеи, которые изменят мир (Москва, 2005); IX Международный cимпозиум Упорядочения в металлах и сплавах ОМА-(Лоо, 2006); I Международный симпозиум Среды со структурным и магнитным упорядочением (Multiferroics-2007) (Лоо, 2007); XIII-XVII Международные конференции Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики (Ялта, 2005-2009); XI Международный междисциплинарный симпозиум Упорядочение в минералах и сплавах (OMA-11) (Лоо, 2008); II-XII Международные конференции "Современные проблемы механики сплошной среды" (Ростов-на-Дону, 1996-2008); II Международный междисциплинарный симпозиум Плавление-кристаллизация металлов и оксидов, MCMO-2 (Лоо, 2009).
Результаты работы отражены в отчетах ряда тем и госбюджетных НИР, в том числе выполненных в рамках Межвузовской Программы по механике деформируемых сред и конструкций Развитие теоретических методов АЭ диагностики прочности, герметичности, долговечности; создание методик и средств диагностики предразрушающего состояния гетерогенных материалов с повышенной достоверностью (№ ГР 01.9.20.011833); по гранту Минобразования РФ 91Гр 98 Развитие АЭ метода диагностики состояния материалов и конструкций энергомашиностроения по Фундаментальным исследованиям в области атомной энергетики; НИР № 05.01.01.36 Развитие метода АЭ оценки момента наступления предразрушающего состояния элементов конструкций средств воздушного транспорта в рамках Программы:
Научные исследования ВШ в области транспорта; гранта ТОО-7.4-28Обоснование новых подходов к диагностике ранних стадий разрушения материалов в конструкциях реакторных установок по данным АЭ испытаний по Фундаментальным исследованиям в области ядерной техники; НИР в рамках ЕЗН Развитие акустических методов обнаружения скоплений дефектов в твердых телах (№ ГР 01.2.00.106768), по грантам РФФИ 06-08-01039-а Метод идентификации ранних стадий разрушения материалов и конструкций и РФФИ 09-08-00283-а Метод контроля динамики химических реакций и фи зико-химических процессов в жидких средах. Во всех вышеуказанных работах С.И. Буйло был, либо является в настоящее время руководителем.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, приложения и изложена на 279 страницах, включая 88 рисунков и список литературы из 282 наименований.
Благодарности. Автор признателен В.В. Залесскому и А.С. Трипалину, организаторам работ по АЭ тематике в Ростовском госуниверситете, академику РАН В.А. Бабешко, в чьем отделе эти исследования получили так необходимую на первоначальном этапе поддержку; автор выражает глубокую признательность научному консультанту, президенту ЮФУ профессору А.В.
Белоконю за постоянное внимание и помощь в работе над диссертацией. Особую благодарность за постоянный интерес, внимание и поддержку автор выражает академику РАН И.И. Воровичу, организатору и пожизненному директору НИИМ и ПМ. Хочу так же поблагодарить всех своих соавторов, совместный труд с которыми привел к полученным в диссертации результатам.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе рассматривается связь явления акустической эмиссии с процессами деформации и разрушения твердых тел, возможные источники и механизмы акта АЭ. Показано, что так как каждый элементарный акт деформации или разрушения сопровождается (хотя бы временным) разрывом межатомных связей с высвобождением некоторой энергии, то акустическое излучение сопутствует как процессу деформирования, так и процессу разрушения. Проведен анализ механизмов АЭ на уровне дислокаций и микротрещин. Рассмотрим физико-механическую природу акта и связь амплитуды АЭ со скоростью (частотой) деформации на примере модели акустического излучения при переходе скопления дислокаций через границу.
Задача акустического излучения скопления дислокаций. Известно, что при деформировании материалов приложенным напряжением движущиеся дислокации скапливаются у препятствий, что приводит к появлению касательного напряжения n2, большего, чем активирующее источник (рис.3).
n2 n21L l1 2 0,5n2L l1 2; L l1.
где 1Ц сдвиговое напряжение в линии скольжения длиной L первого дислокационного источника s1; , n2, l - соответственно сдвиговое напряжение, число дислокаций и длина линии скольжения вторичного источника s2.
Полагая, что каждая дислокация при пересечении границы в момент времени ti излучает экспоненциальный импульс амплитудой xoi и, учитывая, что их суперпозиция дает регистрируемый импульс амплитудой X, получен следующий вид нормированной амплитуды суммарного импульса АЭ:
nX A() exp k ; 1 ~ v; M0bv, nxoi n n k n Ck dk exp minmax (1) .
A( ) exp 1 n minmax 0 где C minmax FminFmax - некоторая константа; n - количество дислокаций в скоплении; tr - отношение времени tr nti ti1 пересеa чения границы скоплением к постоянной времени релаксации напряжения ; v - среднее значение скорости дислокаций; - скорость деформации;
a M - ориентационный фактор; o - плотность подвижных дислокаций; b - модуль вектора Бюргерса; min, max, Fmin, - соответственно миниFmax мальные и максимальные в эксперименте скорости и частоты деформации.
ns1 sl L n2 1L l1 1 0,5 а б Рис. 3. Физико-механическая природа акта АЭ:
а - краевая дислокация в простой кубической решетке; б - образование скопления дислокаций у границы при механическом нагружении Учитывая, что F ~ , аналогичный вид зависимости получен также и для амплитуды излучения A(F) в зависимости от частоты нагружения. Реализация такой модели акта АЭ на примере зарождения микротрещины по дислокационному механизму Коттрелла при пересечении двух плоскостей скольжения в металлах с ОЦК решеткой показана на рис. 4.
a Рис. 4. Акт АЭ при дислокационном зарождении микротрещины и tr его регистрация приемной аппараt турой:
1 - поток излученных актов АЭ;
a 1 t 2 - поток регистрируемых радиоuo ut импульсов АЭ;
3 - поток осцилляций АЭ ( );
N t 4 - поток огибающих продетектиto рованных сигналов АЭ ( ) Nd t 4 t Полученные выше результаты позволили сформулировать основную часть первого положения, выносимого на защиту.
Экспериментальное определение связи потока актов АЭ с кинетикой повреждений проводилось при одноосном растяжении стандартных образцов стали 95Х18 (Fe; 1,0%C; 18%Cr). Прием и регистрация сигналов АЭ с восстановлением потока актов АЭ производились с помощью установки АП51ЭМ собственной разработки (с целью получения максимально возможной точности применялось восстановление потока актов АЭ по зарегистрированным сигналам АЭ с использованием методики, предложенной в главе 3).
Для каждого образца определялись разрушающая нагрузка и восстав новленное суммарное количество актов АЭ до момента разрушения Na. Затем строились выборочные функции распределения прочности F( ) и колив чества актов АЭ F(Na ) (рис. 5).
Fв FNa 1,а б 0,РР0,0, в1 Na0,1,1 1,2 1,3 , 109 Па 1,7 1,9 2,1 Na, 105 акт в Рис. 5. Выборочные функции распределения прочности (а) и суммарного количества актов АЭ (б): 1 - аппроксимация выброчных функций нормальным законом; 2 - экспериментальные значения На основе проведенных экспериментов сделан вывод о подобии выборочных функций распределения прочности и долговечности с функцией распределения суммарного количества актов сопутствующего излучения. Именно, обнаруженное нами явное подобие функций F(в ) и F(Na ) и позволяет в принципе осуществлять диагностику прочности по потоку сопутствующей АЭ.
Статистическая обработка результатов по методике наименьших квадратов дает следующее уравнение регрессии при коэффициенте корреляции близком к единице:
(2) в 374,12Na 523,79; 0,9961.
Здесь - коэффициент корреляции между Na (105 актов) и (МПа) при в одинаковых значениях их функций распределения. Столь сильная корреляция восстановленного суммарного количества актов АЭ Na с напряжением разрушения и числом циклов до образования трещины n позволяет сделать выв вод о достаточно высокой надежности результатов и потенциальной перспективности использования метода АЭ диагностики.
Представлены результаты по корреляции параметров АЭ растущей трещины с коэффициентом интенсивности напряжений при различном типе напряженно-деформированного состояния. Испытывались плоские образцы с надрезом типа ВР размером 60 на 60 миллиметров толщиной 4 и 15 мм из высокопрочной стали 07Х16Н6 (Fe; 0,07% C; 16 % Cr; 6% Ni) при внецентренном растяжении (рис. 6). На тонких образцах имитировалось разрушение в условиях, близких к плоскому напряженному состоянию. Эти образцы при разрушении давали чисто косой, ориентированный под углом 45 излом (см.
рис. 6б, образец 1). Толстые образцы имели плоский излом при разрушении отрывом (см. рис. 6б, образец 2). Доля косого излома (губы среза) толстых образцов составляла всего несколько процентов, что позволяло говорить о реализации условий, близких к плоской деформации.
а б P B 1 W l a P Рис. 6. Форма образцов (а) и вид излома после их разрушения (б):
1 - тонкие образцы (косой излом); 2 - толстые образцы (плоский излом).
Широкими стрелками показаны места крепления датчиков АЭ Коэффициент интенсивности напряжений K для используемой геометрии образцов рассчитывался по соотношению 1/ 2 3 / 2 5 / 2 7 / 2 9 / P a a a a a.
K 29,6 185,5 655,7 1017 638,9 W W W W W BW1/ 2 Связь суммарного количества актов АЭ, Na, с коэффициентом интенсивности напряжений, K, достаточно хорошо описывается степенной зависимостью вида Na K, где и - некоторые параметры (рис. 7, а). С помощью метода наименьших квадратов получено, что для тонких образцов 8,2, а для толстых 4,5. Таким образом, имеет место достаточно высокая чувствительность показателя степени к типу напряженнодеформированного состояния.
Результаты экспериментов показали, что в случае близком к плоскому напряженному состоянию (тонкие образцы) излучение АЭ начинается при относительно высоких значениях коэффициента интенсивности напряжений у вершины трещины (см. рис. 7а, кривая 1). Суммарное количество излученных актов АЭ Na достаточно велико и имеет степенной вид зависимости от K с высоким значением показателя степени . Следовательно, в этом случае разрушение осуществляется достаточно большим количеством малых скачков трещины и носит более вязкий характер.
Появление максимума амплитудного распределения АЭ (см. рис. 7б, гистограмма 1) свидетельствует о том, что развитие трещины переходит в стадию, когда ее рост начинает контролироваться какими-либо границами. Физически это означает что границы элементов гетерогенности (границы зерен, субзерен, блоков) становятся эффективными стопорами для растущей трещины, и значительный вклад в регистрируемую эмиссию вносят акты АЭ при релаксации напряжений за счет актов пластической микродеформации.
wu Na, актов б а 11 30 100 300 20 40 60 80 1u, мкВ К, МН / м3/ Рис. 7. Связь суммарного количества потока актов АЭ с коэффициентом интенсивности напряжений (а) и плотность амплитудного распределения АЭ перед разрушением (б) стали 07Х16Н6:
1 - тонкие образцы (плоское напряженное состояние); 2 - толстые образцы (плоская деформация) В случае же близком к плоской деформации (толстые образцы) эмиссия начинается при более малых значениях коэффициента интенсивности напряжений K (см. рис. 7а, кривая 2) и сопровождается падением показателя степени . Общее количество актов АЭ Na в этом случае значительно ниже, что говорит о достаточно больших скачках трещины и их меньшем количестве. Отсутствие амплитудного максимума АЭ (см. рис. 7б, гистограмма 2) позволяет утверждать, что скачки трещины уже не контролируются размером зон структурной гетерогенности материала (границы не являются эффективными стопорами), и трещина растет чисто случайным образом. Эти результаты позволили сформулировать второе положение, выносимое на защиту.
Во второй главе исследована информативность различных измеряемых параметров АЭ, описана концепция выбора из них наиболее информативных и предложен принципиально новый подход к определению достоверности ре зультатов физического эксперимента, контроля и диагностики. Введено понятие информационной достоверности.
Необходимым условием высокого уровня развития любого метода эксперимента, контроля или диагностики является наличие такого количественного показателя, как надежность или достоверность его результатов. Существующие вероятностные методы оценки достоверности безупречны с точки зрения математической статистики, однако иногда страдают некоторой информационной недоопределенностью.
В диссертации предложено понятие информационной достоверности и разработан принципиально новый метод определения достоверности непосредственно по количеству Шенноновской информации, полученной в ходе проведения самой операции эксперимента, контроля или диагностики.
Суть подхода. По теории информации количество информации, получаемое в результате любого сообщения (например, вследствие проведения процедуры контроля, измерения или диагностики) равно убыли неопределенности, то есть разности энтропии до и после процедуры (например, измерения):
q H(x) H(x xn ); H(x) w(x)ln w(x)dx;
H(x xn ) w(x xn )ln w(x xn )dx, (3) где q - количество информации; H(x) и H(x xn) - энтропия до и после измерения; x - измеряемая величина; w(x) и w(x xn) - плотности вероятностей значений измеряемой величины и погрешности ее определения.
Нами предлагается ввести понятие так называемой информационной достоверности R, R 1 exp(q).
(4) В понятиях теории информации смысл контроля (или диагностики) состоит в сужении интервала неопределенности в ходе проведения самого процесса. При использовании реальных методов исследования или неразрушающего контроля требуемый параметр (например, размер дефекта xn ) часто не может быть измерен непосредственно, а оценивается по параметрам какого-либо другого процесса, коррелирующего с контролируемым параметром (например, по амплитуде излученного, либо отраженного у.з. сигнала un ).
Пусть в результате калибровки получено следующее уравнение регрессии:
x au b при 1, где xn - размер дефекта; u - амплитуда сигнала; - x коэффициент корреляции между и u.
Тогда, рассчитав q по (3) для различных видов функций распределения диагностируемого параметра (например, размера дефекта) и его погрешности, воспользовавшись (4) и известной формулой стандартного отклонения точек от линии регрессии, получено R 1 k 1 2. (5) где k - некоторый коэффициент, зависящий от конкретных законов распределения измеряемого параметра и погрешности. В случае если эти законы одинаковы, то k = 1. Если же погрешность имеет нормальный закон, а измеряемый параметр равномерный, то получено, что k = 1,19. Эти 2 случая наиболее часто реализуются при практических экспериментах.
Полную достоверность можно приближенно оценить, представив ее как произведение достоверности оценки используемого информативного параметра Ri (например, количества актов АЭ) на R* достоверность самого метода:
R R*Ri. (6) Итак, учет вероятностно-информационных аспектов определения достоверности позволяет однозначно связать понятие достоверности результатов с количеством информации, получаемой в ходе проведения самой операции измерения, контроля или диагностики.
В третьей главе проведено исследование применимости пуассоновской модели к процессам кристаллизации, деформации, разрушения тел и описываются разработанные автором методы количественного восстановления потока структурных преобразований по регистрируемым сигналам эмиссии.
По крайней мере, на ранних стадиях деформации естественно предположить пуассоновский характер потока актов структурных преобразований и соответствующего им излучаемого потока актов АЭ. Пуассоновский процесс - это самый случайный процесс, к которому стремятся все реальные физические процессы, если появление новых событий процесса не зависит от появления предыдущих, а вероятность одновременного появления двух событий близка к нулю. Насколько известно, гипотеза о применимости модели пуассоновского потока к явлению АЭ впервые высказывалась еще в начале 70-х годов В.М. Барановым, И.В. Гулевским и автором диссертации.
При экспериментальном определении параметров потока актов АЭ нами установлено, что в большинстве случаев плотность распределения временных интервалов между соседними актами АЭ, w(t), при различных процессах структурных изменений, включая фазовые переходы и накопление микроповреждений вдоль всей кривой нагружения, действительно описывается экспоненциальной зависимостью (рис. 8а):
w(t) Na exp(Nat), (7) где Na - интенсивность актов (событий) потока. Выражение (7) соответствует плотности вероятности временных интервалов между событиями пуассоновского потока.
К сожалению, поток регистрируемых сигналов эмиссии во многих случаях сильно отличается от потока актов источника АЭ внутри тела, вследствие чего приходится решать обратную задачу восстановления истинных (излученных) параметров источника по зарегистрированным сигналам АЭ. Сигналы, регистрируемые приемным датчиком АЭ, сильно растягиваются и искажаются вследствие многомодового распространения, отражения, трансфор мации типов волн, затухания высокочастотных составляющих, резонансных свойств приемной аппаратуры и имеют вид радиоимпульсов длительностью t0 с затухающей по экспоненте амплитудой колебаний (рис. 2 и 4).
Na; Ns; Nd,cКоличество актов АЭ 2tб а Na t Nr Nd t01 Na,ct 0 0,5 1,0 1,5 K Рис. 8. Экспериментальные гистограммы распределения временных интервалов между актами АЭ при кристаллизации льда (фазовый переход первого рода) (а) и потери при счете перекрывающихся импульсов АЭ (б):
1 - экспериментальные значения; 2 - аппроксимирующий пуассоновский поток.
Объем выборки - 202 акта; число каналов анализатора - 15; ширина канала - 0,45 мс;
- при отсутствии искажения и перекрытия; - при измерении потока селекNa Nr тированных сигналов; - при измерении потока продетектированных сигналов Nd На основе модели пуассоновского процесса в диссертации просчитаны потери регистрируемых импульсов АЭ при измерении интенсивности потока с помощью предложенного нами ранее метода селектирования и наиболее широко используемого метода детектирования (рис. 8б). Видно, что все существующие методы дают большую погрешность при высокой интенсивности излучаемого потока. Для решения этой проблемы нами предложены и разрабатываются методы восстановления истинной (соответствующей действительному потоку процесса структурных преобразований внутри материала) интенсивности потока актов АЭ по регистрируемым сигналам.
Суть подхода состоит в определении требуемых характеристик процесса по плотностям (или функциям распределения) данных параметров, общий вид которых устанавливается исходя из физической природы эффекта акустической эмиссии. При этом параметры конкретного распределения оцениваются по еще не перекрывшимся импульсам, а затем распределение экстраполируется и в область сильного искажения и перекрытия принимаемых сигналов эмиссии.
Для наиболее часто встречающегося степенного вида плотности функции распределения амплитуд АЭ и на основе модели пуассоновского потока по лучены простые соотношения для восстановления Na по интенсивности се лектированных (непродлевающееся мертвое время) импульсов АЭ Nr :
Na Nr [1 NrL(m,D)]; (8а) L(m,D) (m 1)1 (Dm1 1)1ln D.
Na (1 K)Nr Nr (T t0), (8б) где - постоянная времени послезвучания сигнала АЭ в образце и приемном датчике ( на рис. 4); ut - уровень порога дискриминации; L(m, D) - a некоторый параметр; m - показатель степени плотности амплитудного распределения; D u0 max ut - динамический диапазон сигналов АЭ; u0 max - максимальная амплитуда сигналов АЭ; t0 - суммарная длительность импульсов АЭ (общее мертвое время) на выходе регистрирующего тракта за интервал измерения интенсивности T (например, T 1с или T 0,1с); K - параметр, описывающий степень искажения и перекрытия (9).
Метод селектирования и восстановление Na по формулам (8а) и (8б) дают хорошие результаты, однако аппаратурная реализация такого селектора получается достаточно сложной и громоздкой. Метод селектирования использован в наших АЭ комплексах АП-51Э (комплекс описан в главе 6).
Для преодоления этого недостатка, в работе так же получены принципи Na ально новые соотношения для восстановления по интенсивности потока Nd огибающих продетектированных вспышек (активности АЭ) :
Na Nd exp K; K Na t0 t0 (T t0) (9) Этот метод не требует специального селектирования и может быть использован на большинстве уже существующих АЭ комплексах. Такой метод восстановления реализован в нашем цифровом комплексе АП-71Э, описанном в главе 6 диссертации.
Полученные результаты позволили также восстановить Na по скорости счета осцилляций АЭ N :
Na (1 K) N f t0 N ( f N)t0 N ( f N)L(m, D), (10) где f - частота заполнения сигналов АЭ (близка к резонансу датчика) (рис. 4).
Зависимость амплитуды АЭ излучения от скорости деформации часто приводит к неоднозначности результатов диагностики, так как при разных скоростях деформации теряется разный процент излученных импульсов АЭ.
Для решения этой проблемы на основе модели степенного вида плотности амплитудного распределения АЭ (15) предложен метод и получены соотно* шения для восстановления полного количества N актов микроповреждения, a в том числе и с амплитудами излучения ниже порога дискриминации, а так же при изменении динамического диапазона D принимаемых сигналов.
* 1 Na Na (D1m 1) (D2m 1). (11) Установлено, что восстановленное согласно (11) общее количество актов * АЭ до разрушения Na имеет разброс всего в пределах 10 % при изменении на порядок скорости деформации или частоты нагружения. Регистрируемое же в этих условиях количество актов АЭ Na обычно меняется около 2-х раз.
Проведено экспериментальное моделирование пуассоновского потока и оценены реальная точность и достоверность процедуры восстановления. Полученные в этой главе результаты позволили сформулировать четвертое положение, выносимое на защиту.
Четвертая глава посвящена применению статистических моделей для повышения достоверности оценок спектральных, энергетических и амплитудных параметров АЭ. Эксперименты показывают, что при традиционном измерении спектра АЭ теряется более половины энергии излучения, которая содержится в спектральных составляющих реальной АЭ вне регистрируемой полосы частот. Описаны метод и результаты применения модели пуассоновского потока для восстановления спектральной плотности АЭ во всей полосе частот, оценке истинной длительности и энергии акта излучения по регистрируемым сигналам АЭ на разных стадиях деформации.
Задача восстановления спектра, энергии и длительности акта АЭ.
Нами установлено, что нормированная на единичную площадь спектральная плотность G( f ) пуассоновского потока актов эмиссии длительностью во a всей (0Е ) полосе частот имеет следующий вид (рис. 9):
2 2 G( f ) 4 (1 4 f ). (12) a a По соотношению (12) можно экспериментально оценить среднюю длительность акта АЭ .Это легко сделать, наложив графики зависимости (12) a на экспериментальные точки спектра АЭ G, 1020 Вт/ Гц G*( f ) (см. рис. 9) и подобрав параметр в (12) таким образом, чтобы значения a аппроксимирующего спектра G( f ) наиTi - Al - Mo -Si более близко прошли через измеренные 1значения G*( f ). (Ранее длительность акта АЭ определялась нами по автокорреляционной функции и параметрам аппроксимирующего процесса авторегрессии).
* * Приравняв мощности измеренного W W и аппроксимирующего (12) процессов в одной и той же полосе от f1 до f2, проведя соответствующее интегрирование и 0 2,0 f,МГц ff1 1,воспользовавшись (9) получена оценка средней энергии акта АЭ Ea во всей (от Рис. 9. Спектр АЭ сплава титана в конце упругой области до ) полосе частот:
W W* exp[ t0 (T t0)] Ea . (13) Na 2Nd [arctg(2f2a ) arctg(2f1a )] * здесь W - мощность АЭ, экспериментально измеренная в ограниченной полосе.
Предложен метод диагностики стадий деформации одновременно по энергетическим и временным параметрам акта эмиссии.
Суть метода. Предварительно рассчитав, либо установив на образцах зависимости длительности и средней энергии акта АЭ Ea от деформации и a степени накопления повреждений, по этим параметрам можно идентифицировать стадии деформации материала.
Например, нами получено, что при скорости деформации = 2 104 су стали Fe - 0,2 %C средняя энергия акта АЭ в конце упругой области Ea = 7,8 1015 Дж при = 9,1107 c. На площадке текучести Ea = 1,5 1015 Дж a при = 4,5 107 c.
a Для стали 95Х18 (Fe; 1,0 %C; 18 %Cr) при деформации = 1 % средняя энергия акта АЭ Ea = 6,9 1014 Дж при его длительности = 7,7 107 c.
a При деформации = 2 % параметры акта АЭ: Ea = 8,3 1014 Дж при = a 6,5 107 c.
Для двухфазного ( ) сплава титана (TiЦAlЦMoЦSi) мартенситного класса в конце упругой области Ea = 6,4 1014 Дж при длительности акта АЭ = 8,2 107 c. Параметры акта АЭ в области перехода от упругой к a пластической деформации: Ea = 7,110w(u) Дж; = 7,3 107 c.
a При увеличении скорости деформации на порядок, энергия акта АЭ возрастает менее двух раз при некотором (до 10 %) сокращеu нии его длительности. Эти результаты показывают, что средняя энергия и длительность акта АЭ действительно связаны со степенью u деформации и достаточно слабо зависят от е скорости что, в принципе, позволяет их использование для идентификации стадий деu um формации твердых тел и сформулировать вторую часть первого положения, выноси- Рис. 10. Теоретический вид плотности амплитуд АЭ:
мого на защиту.
1 - ранние стадии деструкции;
Исходя из пуассоновской модели про2 - состояние предразрушения;
цесса дефектообразования, получен сле3 - в процессе разрушения дующий вид плотности амплитудного распределения акустического излучения при разрушении микрообъема твердого тела (рис. 10):
1 w(u) A(u)m Bsu exp[(u um)2 2su ]. (14) где A и B - коэффициенты, учитывающие вклады амплитуд АЭ в процессе однократного (А) и многократного (В) воздействия на микрообласти разрушения; su - стандартное отклонение нормального распределения, характеризующее разброс размеров микрообластей разрушения; um - амплитудный максимум, определяемый преобладающим размером растущих дефектов.
Таким образом, появление максимума плотности амплитуд АЭ можно использовать в качестве критерия зарождения дефекта и близости разрушения.
Однако, вследствие искажения реальных сигналов АЭ в процессе их многомодового распространения, переотражений, послезвучания датчика и т.д., часто регистрируются ложные максимумы плотности амплитуд АЭ.
Задача оценки искажения плотности амплитуд АЭ. Пусть источник АЭ излучает импульсы с монотонно спадающей нормированной плотностью wn (u) амплитудного распределения степенного вида (рис.11а, кривая 1):
wn (u) w(u /ut ) (m 1)(u ut )m, обычно: 1 m 3. (15) * Регистрируемая плотность wn (u) искажается за счет перекрытия части импульсов. Учитывая, что степень искажения амплитудного распределения при некотором значении амплитуды u определяется отношением интенсивностей потоков регистрируемых импульсов и излученных актов АЭ с амплитудами выше u, для случая пуассоновского вида исходного потока получено следующее решение:
w*(x) (m 1)xm exp[Kx(m1)]; x u ut. (16) Анализ выражения (16) показывает, что w*(x) wn(x) только при K<1, то есть только в случае малого искажения и перекрытия импульсов АЭ. Степень искажения wn(x) согласно (16) при изменении параметра перекрытия K, определяемого аппаратурно с использованием соотношения (9) по сигналам АЭ на выходе регистрирующего тракта, показана на рис. 11а.
w(u ut ) K а б 1 w*(u ut ) u ut 3 K , мм um ut u ut 0 2 Рис. 11. Искажение плотности амплитудного распределения АЭ в зависимости от параметра перекрытия (а) и график К вдоль кривой нагружения (б):
1 - K 0; 2 - K 2 ; 3 и 4 - K 2. Скорость деформации 8,7104c1 ;
Материал Fe - 3,5 %С. Крестик - момент разрушения образца Условия появления и положение ложного амплитудного максимума. Продифференцировав (16) по x и приравняв нулю первую производную, получаем условия появления ложного амплитудного максимума АЭ:
K(m 1) mxm1 0; K mxm1 (m 1).
ожный максимум umax должен быть выше порога отсечки ut, откуда xmax umax ut 1, следовательно, условие появления ложного максимума K m (m 1). (17) Положение ложного максимума:
mxmax K(m 1) m; umax ut m1 K(m 1) m. (18) Откуда условие и положение этого ложного максимума при m = 2:
K 2; umax Kut. (19) Определена также реальная достоверность оценки вида амплитудного распределения и предложена аппаратурная реализация метода ее повышения.
Показана возможность использования степенного вида амплитудного распределения эмиссии для прореживания потока триангуляционных серий импульсов при высокой интенсивности источника и приведены некоторые практические результаты диагностики предразрушающего состояния по анализу формы амплитудного распределения сигналов эмиссии (рис. 12).
а б w(u) w(u) 2 3 4 1 2 3 Na Na,c Na Na 11 1150 300 450 600 150 300 450 600 P,атм Рис. 12. Параметры АЭ при гидростатическом нагружении стальных баллонов:
а - бездефектный баллон; б - баллон с раковиной; крестики - моменты разрушения По сигналам АЭ в одном из баллонов был обнаружен дефект в виде раковины, который диагностирован по появлению максимума амплитудного распределения АЭ (см. рис. 12б, заштрихованная гистограмма 2) в области предшествующей общей текучести материала (в этой области ещ K 0).
Этот максимум связан с тем, что на начальных стадиях деформации (при относительно малых напряжениях), границы элементов гетерогенности (зерен, субзерен, блоков) могут быть эффективными стопорами для растущих вокруг дефекта микротрещин. При этом скачки микротрещин контролируются размерами элементов гетерогенности, что и приводит к максимуму ампли тудного распределения излучаемых импульсов АЭ. Максимумы же гистограмм 3 (см. рис. 12а, б) согласно (19) являются ложными, так как в этих областях экспериментально измеренные значения K 5...10.
Пятая глава посвящена разработке методов идентификации стадий деформации и разрушения по параметрам восстановленного потока актов акустической эмиссии.
Решение в главе 3 обратной задачи восстановления параметров исходного (излученного) потока дало возможность получить истинный вид зависимостей параметров АЭ вдоль кривой нагружения и предложить метод идентификации стадий процессов изменения структуры и накопления повреждений по положению различных обнаруженных нами особых точек (локальных экстремумов, точек перелома) восстановленного потока актов АЭ.
log Na Na( ) Na (*) y Na (s ) Na (*) 0 s * * y Рис. 13. Идентификация стадий деформации и разрушения по особым точкам восстановленной интенсивности потока актов АЭ.
Крестик - момент разрушения Установлено, что в самом общем случае интенсивность восстановленного (излученного внутри материала) потока актов АЭ сплавов на основе железа и других металлов на разных стадиях деформации имеет вид, показанный на рис. 13, и сопровождается локальным максимумом в зоне текучести ( ), знаy чительно меньшим локальным максимумом в области упрочнения (s ), нижним переломом в точке начала рассеянного накопления микронесплошностей (* ) и верхним переломом в точке перехода от рассеянного к локализованно* му дефектообразованию (момент зарождения макротрещины).
Таким образом, открывается возможность, зарегистрировав эти особые точки, осуществлять по АЭ не только экспериментальное выявление предразрушающего состояния, но и решать более тонкие задачи, а именно, проводить идентификацию стадий деформации и разрушения.
В качестве первой лособой точки Na ( ) при нагружении металлов и y сплавов обычно регистрируется максимум интенсивности потока актов АЭ в области перехода от упругой к пластической деформации (см. рис. 13). Если деформируемый материал имеет площадку текучести, то регистрируемая эмиссия имеет вид, показанный на рис. 14а, где приведены полученные экс Nd периментальные зависимости регистрируемой активности АЭ и восстановленной нами методами главы 3, действительной интенсивности потока ак Na тов микродеформации на площадке текучести сплава Fe 0,2%C.
Na, 104c1 ln Na Na, c Na б а 11, Na 0,8 Nd 1Fe 0,2%C 0, Nd 1 , % 1,5 2,0 2,5 , % 0,8 1,2 1,6 2,0 2,* * Рис. 14. Оценка интенсивности потока актов пластической микродеформации на площадке текучести стали 20 (Fe-0,2 % C) (а) и особые точки потока микроповреждений перед разрушением стали 95Х18 (Fe; 1,0 % C; 18 % Cr) (б).
Скорость деформации: 2 104 c1; крестиком отмечен момент разрушения.
Nd - регистрируемая интенсивность потока продетектированных радиоимпуль сов АЭ; - восстановленная интенсивность потока актов АЭ Na Na Восстановленная интенсивность потока актов АЭ (соответствующая действительной интенсивности потока актов пластической микродеформации) на площадке текучести относительно постоянна и значительно выше, Nd чем измеряемая по традиционной методике интенсивность потока огибающих продетектированных радиоимпульсов АЭ. Зафиксированные же по Nd традиционной методике два максимума (см. рис. 14а) являются ложными и вызваны сильным искажением и перекрытием регистрируемых сигналов АЭ. Это связано с тем, что у материалов, обладающих выраженной площадкой (а тем более зубом) текучести, на ней излучается низкоамплитудная эмиссия с очень высокой интенсивностью.
У материалов, обладающих площадкой текучести, лавинообразное возрастание интенсивности потока актов АЭ, скорее всего, связано с отрывом дис Na локаций от атмосфер Коттрелла. Наблюдаемое поведение таких металлов и сплавов можно объяснить следующими особенностями структуры ОЦК металлов: низкой плотностью подвижных дислокаций в исходном состоянии вследствие их закрепления атмосферами примесей (атомы C и N) и сильной зависимостью плотности подвижных дислокаций от приложенного напряжения. Дислокационная модель акта АЭ и связь его параметров со скоростью деформации рассмотрены в главе 1.
Результаты восстановления АЭ образцов стали 95Х18 характерны для материалов, имеющих перед разрушением два явно выраженных перелома восстановленной интенсивности потока актов АЭ (см. рис. 14б). У этой высокопрочной стали с самого начала деформации наблюдаются одиночные импульсы АЭ высокой амплитуды, однако практически отсутствует какой-либо максимум АЭ в области перехода от упругой к пластической деформации.
Установлено, что при * (до точки нижнего перелома *) происходит накопление актов АЭ, вследствие коллективных эффектов при пластической деформации материала, без заметного накопления микронесплошностей. Регистрация точки нижнего перелома кривой восстановленной интенсивности потока актов АЭ, Na(*), позволяет диагностировать начало рассеянного на* копления микронесплошностей. Участок деформации при * соответствует стадии хаотического (рассеянного по объему и времени) зарождения и экспоненциального накопления микроповреждений за счет генерации локальных термофлуктуационных микронесплошностей с некоторой постоянной размножения . Регистрация верхнего перелома кривой восстановлен ной интенсивности потока актов АЭ Na (*) позволяет диагностировать точ ку зарождения макротрещины. Верхний перелом Na ( ) при деформации * определяется изменением постоянной размножения и связан с началом локализации процессов накопления повреждений, вследствие выполнения условий концентрационного критерия укрупнения трещин перед зарождением макротрещины.
Таким образом, используя полученные результаты, появляется возможность идентификации стадий процессов дефектообразования по обнаружению и положению особых точек (локальные экстремумы и переломы) регистрируемых параметров восстановленного потока актов АЭ.
Рассмотрим задачи количественной оценки концентрации повреждений по восстановленному потоку актов АЭ и положению этих особых точек.
Задача одной особой точки. Линейная зависимость логарифма Na ( ) после точки нижнего перелома * (см. рис. 13 и 14б) соответствует экспоненциальной зависимости от не только интенсивности потока актов АЭ, но и интенсивности потока повреждений. Интеграл от экспоненты дает тоже экспоненциальную зависимость, откуда следует, что концентрация C накопленных повреждений подчиняется экспоненциальной зависимости от .
Таким образом, на основании данных АЭ, накопление повреждений в материале вполне адекватно описывается в рамках модели экспоненциально размножающегося процесса, и его концентрация может быть записана в виде следующего соотношения:
C Co exp[ ( *)] C N V ;. (20) Cгде - начальная (в точке *) концентрация повреждений; - постоянная размножения; * - деформация начала накопления повреждений; - текущая деформация; N - общее число повреждений; V - объм тела.
Все параметры процесса (20) можно количественно оценить по данным АЭ испытаний. Продифференцировав (20) по времени и считая, что каждый акт повреждения в материале сопровождается актом АЭ, получено, что этому процессу соответствует следующий вид зависимости интенсивности потока излученных (восстановленных) актов АЭ от приложенной деформации:
Na VCo exp[ ( *)], (21) которая соответствует экспоненциальному, начинающемуся с некоторой пороговой деформации * размножению актов АЭ и действительно часто наблюдается на практике (см. рис.14б). Конкретное значение этой деформации * определяется по положению нижнего перелома экспериментально полу ченного графика ln Na ln Na (). Значение равно тангенсу наклона пря Co мого отрезка графика ln Na ln Na () на рис. 13, 14б, а определяется из соотношения (21) при * и подстановкой в него соответствующего этой точке значения.
Na C0 Таким образом, определив с помощью АЭ конкретные значения, и *, можно по формуле (20) рассчитать реальную концентрацию повреждений в любой момент нагружения, в том числе и в момент разрушения. Например, для аналогичного образца (см. рис. 14б), но без точки верхнего перелома имеем: * 1,7 102, 1 6,22 102, C0 1,9 102 см3, откуда на основании (20) получается следующее выражение для оценки концентрации повреждений C в любой точке деформации (в том числе и в момент разрушения):
C 190exp(622 10,57) при 1,7 102. (22) Подставив в (22) деформацию 2,71102 разрушения данного образца, получим критическую концентрацию повреждений на момент разрушения:
Cкр 1,02 105см3.
Задача двух переломов (две особые точки). Для случая 2-х переломов потока актов АЭ на основании результатов АЭ исследований, аналогично предыдущему случаю, нами предлагается следующий вид зависимости количества повреждений (и соответствующего им суммарного количества актов АЭ) вдоль кривой нагружения:
N VC0 exp1 * при * *;
(23) * * * N VC0 exp1 * N 1 exp при * Здесь N - общее число повреждений (микродефектов) в образце; V - объем образца; C0 - исходная (в точке *) концентрация повреждений (C N V ); и - постоянные размножения; - текущая деформация;
1 * * N - некоторый параметр; - деформация начала локализации процессов дефектообразования.
Все необходимые параметры процесса (23) можно определить по данным АЭ испытаний. Считая, что каждый акт АЭ соответствует акту повреждения и продифференцировав (23) по времени, учитывая что есть скорость макроскопической деформации, аналогично (21) получим соотношения (24), прологарифмировав которые уже легко оценить (аналогично вышеописанной за* * даче одной особой точки) конкретные значения *, , C0, N, и :
1 * VC 1 exp1 * при * ;
Na (24) N exp * * * при .
2 Оценка критерия разрушения показала, что для 70 исследованных нами образцов стали 95X18, критерием разрушения по данным АЭ было С Скр 1,03 105 см3 при стандартном отклонении sc 8 103см3.
Вышеописанные результаты пятой главы составляют суть пятого положения, выносимого на защиту.
Метод инвариантов. Предложен новый подход, заключающийся в том, что связь регистрируемых сигналов АЭ с конкретным физическим процессом разрушения определяется по отклонению параметров статистических распределений АЭ от устойчивых (инвариантных) в силу ряда предельных теорем и предложены временные и амплитудные инварианты.
Отношение стандартного отклонения st (корень квадратный из дисперсии временных интервалов между событиями АЭ) к их среднему значению t (первый временной инвариант I1t ) для пуассоновского потока актов АЭ имеет устойчивое (инвариантное) значение равное единице, а информационный параметр временных интервалов следования i1t близок к нулю:
* I1t st t I1t 1; i1t | (t st ) | (t) 0 (25) Аналогично также предложены первый амплитудный инвариант I1u и амплитудный информационный параметр i1u :
* * * I1u su u I1u ; i1u (I1u I1u) I1u 0 (26) где su и u - соответственно стандартное отклонение, и среднее значение ам* плитуды, а I1u - устойчивое значение первого амплитудного инварианта, часто близкое к 0,8 на ранних стадиях нагружения многих материалов.
Образование макродефекта обычно приводит к отклонению параметров потока актов АЭ от чисто случайного (пуассоновского), вследствие чего нарушение соотношений (25) и (26) можно рассматривать в качестве диагно стического признака наступления момента предразрушающего состояния.
Инвариантные соотношения АЭ оценены как при исследовании стандартных образцов корпусной стали, так и по полученным ранее данным АЭ испытаний корпуса атомного реактора ВВЭР-1000.
I1t ; I1u i1t ;i1u 1,0,I1t а б * I1t i1t 0,8 0,* I1u I1u 0,0,i1u 100 120 140 t, c 140 t, c 100 1Рис. 15. Графики изменения инвариантных соотношений (а) и информационных параметров (б) в процессе нагружения образца стали 95Х18 (Fe; 1,0% C; 18% Cr);
крестиками показаны моменты разрушения Результаты, изложенные в последнем разделе пятой главы, являются доказательством шестого положения, выносимого на защиту.
В силу высокой чувствительности к процессам упорядочения метод инвариантов имеет неплохие перспективы и в задачах идентификации фазовых переходов типа порядок-беспорядок.
Исследована информативность прореженных (путем выделения каждого m-го импульса) потоков АЭ и сделан вывод о невозможности оценки степени опасности дефекта по каким-либо статистическим параметрам прореженных потоков (естественно, включая и метод инвариантов) даже при относительно малых коэффициентах пересчета m. Тем не менее, такой метод оценки опасности дефекта по прореженным потокам АЭ в последнее время все же предлагается некоторыми исследователями.
В шестой главе приведены результаты реализации разработанных автором моделей, алгоритмов и методов АЭ диагностики прочности, разрушения, фазовых переходов в процессе термодеструкции материалов и другие результаты. Показано их использование на примере диагностики прочности Царьколокола в Московском Кремле (рис.16 и 17), элементов теплозащиты первого Российского космического самолета "Буран" (рис. 18 - 20), титановых лопаток турбин авиационных двигателей, ряде других изделий и объектов ответственного назначения. Приведены характеристики некоторых аппаратурных АЭ диагностических комплексов, реализующих предложенные автором методы и полученные алгоритмы (АП-51ЭМ, АП-71Э). Показана принципи альная возможность акустико-эмиссионного исследования, контроля и диагностики опасных динамических явлений в угольном пласте.
Исследована возможность локального возбуждения акустической эмиссии лазерным излучением для АЭ диагностики структурных изменений в композитах и полимерах (см. рис. 1).
Рис. 17. Диагностика Царь-колокола:
Рис. 16. Царь-колокол датчики АЭ (вверху) и приборный перед АЭ диагностикой комплекс АП-51Э (внизу) 1 P P Рис. 18. Система Энергия-Буран на старте. Фото с автографом Главного конструктора Бурана Глеба Евгеньевича Лозино-Лозинского Рис. 19. АЭ диагностика прочности элементов теплозащиты космического самолета Буран:
Р - приложенная нагрузка; 1 - обшивка; 2 - теплоизоляционные плитки;
3 - датчик АЭ; 4 - АЭ диагностический комплекс; 5 - ЭВМ.
Na, c104 разрушение 1 Na 1t, c 10 20 Рис. 20. Диагностика разрушения теплоизоляционной плитки Бурана по интенсивности потока актов АЭ Установлена заметная чувствительность параметров АЭ полимеров к виду лазерного излучения, используемого для инициирования процессов локальной термодеструкции. Вместе с тем, у композиционных материалов, обладающих фазовыми переходами, обнаружено малое отличие параметров АЭ при разных типах лазерного воздействия. Скорее всего, это вызвано тем, что у таких материалов источником АЭ является механизм фазового перехода, обладающий своими автономными кинетическими характеристиками, а лазерное излучение служит всего лишь спусковым крючком, запускающим этот механизм.
D S F Рис. 21. Совмещенная термогравиметрическая и акустико-эмиссионная диагностика стадий термодеструкции полимера В соавторстве с сотрудниками НИИ Физики ЮФУ и Академии государственной противопожарной службы МЧС РФ (г. Москва) предложен метод совмещенной термогравиметрической и акустико-эмиссионной диагностики стадий термодеструкции веществ и материалов. На рис. 21 показаны результаты экспериментальной диагностики стадий термодеструкции полимера, используемого при производстве мощных светодиодов. Метод АЭ обеспечивает более раннее выявление и идентификацию фазовых переходов (точки плавления D и сублимации S) в процессе нагревания, чем их обнаружение существующими методами дифференциальной (DTG) и термогравиметрии (TG).
Методом АЭ удается также идентифицировать обычно имеющую максимальный локальный максимум интенсивности АЭ точку воспламенения F, положение которой трудно зафиксировать другими методами анализа (стандартными методами TG и DTG она не обнаруживается). Эти результаты являются основой для формулировки третьего положения, выносимого на защиту.
В приложении приведены акты использования и передачи результатов работы в ООО Центр ОКТАЭДР, ИМАШ им. А.А.Благонравова РАН, ОАО Мотор-Сич, Ростовский военный институт Ракетных войск, ИЭС им.
Е.О.Патона. Автор диссертации является также одним из исполнителей действующего ГОСТТа 27655-88 по акустической эмиссии.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации обобщены исследования автора по выявлению физикомеханической природы, статистических аспектов излучения и решению на основе их результатов проблемы создания новых эффективных методов с высокой достоверностью оценки параметров процессов структурных изменений по параметрам сопутствующего акустического излучения при механическом и температурном воздействии.
Основные результаты, полученные автором и отраженные в диссертации, заключаются в следующем:
1. Предложен и разработан метод количественного восстановления параметров потока структурных преобразований по регистрируемым сигналам сопутствующей акустической эмиссии. Метод основан на статистической модели потока событий АЭ и состоит в определении требуемых средних характеристик процесса по плотностям (или функциям распределения) вероятностей данных параметров, общий вид которых устанавливается исходя из физической природы эффекта акустической эмиссии.
2. Установлено, что восстановленные по данным АЭ энергия Ea и длительность акта излучения связаны со степенью деформации, слабо зависят a от е скорости и для сплавов на основе Fe и Ti имеют следующие средние значения: Ea = 1015...1013 Дж при < 106с. При этом диапазон изменеa ния параметров акта АЭ конкретного материала на разных стадиях деформации укладывается по величине приблизительно всего в один порядок. Таким образом, происходит как бы квантование энергии АЭ, что свидетельствует об относительном постоянстве микрообъемов релаксации напряжений за счет скачков пластической микродеформации и о возможном квантовании волн пластической деформации в твердых телах.
3. На примере модели акустического излучения скопления дислокаций решена задача о связи амплитуды эмиссии со скоростью деформации и разработан метод дополнительного восстановления количества потерянных актов структурных преобразований с амплитудами сопутствующего излучения ниже порога дискриминации приемной аппаратуры.
4. Экспериментально исследованы параметры акустического излучения при температурном воздействии. Предложен и разработан метод совмещенной термогравиметрической и АЭ диагностики стадий термодеструкции веществ и материалов. Метод обеспечивает более раннее выявление и идентификацию фазовых переходов (например, точек плавления и сублимации) в процессе нагревания, чем их обнаружение существующими методами дифференциальной и термогравиметрии. На метод получен Патент РФ.
5. На разных стадиях деформации проведено исследование особенностей акустического излучения при механическом воздействии. Обнаружены особые точки (локальные экстремумы, точки перелома) потока актов АЭ. Предложен метод идентификации стадий пластической деформации и накопления повреждений по положению особых точек параметров эмиссии. Решены задачи и разработан метод количественной оценки концентрации и постоянных размножения микронесплошностей по положению переломов кривой восстановленной интенсивности потока актов АЭ. Предложен метод определения точки деструкции материала по обнаружению нижнего перелома интенсивности потока, либо суммарного количества актов сопутствующей эмиссии.
6. Установлено подобие эмпирических функций распределения прочности и долговечности с функцией распределения восстановленного количества актов эмиссии, что позволило количественно связать параметры АЭ с кинетикой процесса накопления повреждений. Обнаружена связь параметров излучения растущей трещины с видом напряженно-деформированного состояния.
7. Предложен и разработан метод диагностики предразрушающего состояния по отклонению от устойчивых (инвариантных) в силу ряда предельных теорем соотношений статистических амплитудных и временных параметров потока актов эмиссии. Установлена связь метода инвариантов АЭ с методологией синергетического подхода к разрушению твердых тел.
8. Исследованы причины и условия искажения регистрируемой плотности распределения временных интервалов между актами АЭ. Установлена возможность появления ложных максимумов временных распределений АЭ как за счет искажения и перекрытия сигналов АЭ, так и при попытках разрежения потока импульсов АЭ с помощью различных пересчетных устройств.
9. Для наиболее распространенного степенного вида плотности амплитудного распределения и пуассоновской модели потока актов АЭ решена задача, получены условия появления и местоположение ложных амплитудных максимумов, сильно снижающих достоверность результатов диагностики предразрушающего состояния по виду амплитудного распределения АЭ.
10. Предложено понятие информационной достоверности и разработан метод определения достоверности непосредственно по количеству Шенно новской информации, полученной в ходе проведения самой операции измерения, контроля или диагностики.
Разработанные методы и алгоритмы обеспечивают существенное увеличение точности оценки параметров процессов структурных изменений и накопления повреждений в материалах по данным АЭ испытаний. Их применение дает новую ценную информацию, которую затруднительно, а чаще всего вообще невозможно (особенно в динамике) получить экспериментально какими-либо другими физическими методами исследования.
Применение этих результатов позволяет заметно (не менее чем в 2 раза) повысить достоверность результатов АЭ метода, что открывает новые возможности в решении задач диагностики прочности, разрушения, термодеструкции материалов. Предложенные в диссертации подходы, методы и полученные алгоритмы являются достаточно универсальными, вследствие чего могут быть полезны при решении задач повышения точности и достоверности результатов в процессе использования эффекта АЭ в исследованиях динамики различных структурных изменений в твердых телах. Это могут быть фазовые переходы, мартенситные превращения и другие явления.
И, что особенно интересно, наши последние эксперименты подтверждают, что эффект АЭ действительно имеет междисциплинарный характер, проявляется даже в жидких средах и имеет хорошие перспективы в качестве экспресс-метода оценки кинетики химических реакций в реальном времени. Об этом свидетельствует и получение в 2009 году автором диссертационной работы нового гранта РФФИ 09-08-00283-а Метод контроля динамики химических реакций и физико-химических процессов в жидких средах, в основе которого будет лежать эффект генерации ультразвуковых акустических колебаний в ходе фазового перехода первого рода в водной среде.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ По теме диссертации опубликовано 138 научных работ, полный список которых приведен в тексте диссертации, в том числе действующий Патент РФ, 4 авторских свидетельства на изобретения и 32 публикации в центральных изданиях, включенных ВАК РФ в Перечень периодических изданий для докторских диссертаций. Из них после защиты кандидатской диссертации опубликованы 114 работ, в том числе 2 монографии и 57 научных публикаций без соавторов.
Основные публикации автора:
Монографии:
1. Буйло С.И. Физико-механические и статистические аспекты повышения достоверности результатов акустико-эмиссионного контроля и диагностики. Ответственный редактор д-р физ.-мат. наук, проф. А.В. Белоконь. - Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального ун-та, 2008. - 192 с.
2. Трипалин А.С., Буйло С.И. Акустическая эмиссия. Физико-механические аспекты. Ответственный редактор член-корр. АН СССР И.И. Ворович. - Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовск. гос. ун-та, 1986. - 160 с.
Публикации в центральных изданиях, включенных ВАК РФ в Перечень периодических изданий для докторских диссертаций:
3. Буйло С.И. Диагностика ранних стадий разрушения материалов по амплитудным и временным инвариантам потока актов акустической эмиссии // Контроль. Диагностика. - 2009. - № 5. - С. 33-38.
4. Буйло С.И. Диагностика стадий разрушения материалов по восстановленным параметрам потока актов акустической эмиссии // Контроль. Диагностика. - 2000. - № 10. - С. 10-15.
5. Буйло С.И., Козинкина А.И. К вопросу об оценке накопления повреждений и момента перехода от рассеянного к локализованному дефектообразованию по восстановленным значениям потока актов акустической эмиссии // Физика твердого тела. - 1996. - Т. 38, № 11. - С. 3381-3384. [Phys. Solid State, 1996, vol. 38, no. 11, pp. 1844Ц1845].
6. Буйло С.И. Акустико-эмиссионная диагностика влияния водорода на свойства материалов // Дефектоскопия. - 2009. - № 11. - С. 94-98.
7. Буйло С.И. Об информативности метода инвариантов при анализе прореженных потоков акустической эмиссии // Дефектоскопия. - 2009. - № 11. - С. 41-45.
8. Буйло С.И. Белозеров В.В., Зинченко С.П., Иванов И.Г. Возбуждение акустической эмиссии лазерным излучением для исследования структурных изменений в композитах и полимерах // Дефектоскопия. - 2008. - № 9. - С.
38-45. [Rus. J. NDT, 2008, Vol. 44, No. 9, pp. 615Ц620].
9. Буйло С.И. Метод идентификации стадий деформации и разрушения по положению особых точек восстановленного потока актов АЭ // Дефектоскопия, 2008. - № 8. - С. 3-14. [Rus. J. NDT, 2008, Vol. 44, No. 8, pp. 517Ц526].
10. Буйло С.И., Белозеров В.В., Прус Ю.В. Совмещенная термогравиметрическая и акустико-эмиссионная диагностика стадий термодеструкции веществ и материалов // Дефектоскопия. - 2008. - № 3. - С. 71-74. [Rus. J. NDT, 2008, Vol. 44, No. 3, pp. 212Ц214].
11. Буйло С.И. Связь амплитуды акустического излучения ансамбля микродефектов со скоростью деформации и восстановление количества актов АЭ при изменении динамического диапазона регистрируемых сигналов // Дефектоскопия. - 2007. - №3. - С. 69-77. [Rus. J. NDT, 2007, Vol. 43, No. 3, pp. 188Ц 195].
12. Буйло С.И. Связь параметров акустической эмиссии растущей трещины с коэффициентом интенсивности напряжений и типом напряженного состояния // Дефектоскопия. - 2006. - № 3. - С. 44-48. [Rus. J. NDT, 2006, vol.
42, No. 3, pp.181Ц184].
13. Буйло С.И. Диагностика предразрушающего состояния по амплитудным и временным инвариантам потока актов акустической эмиссии // Дефектоскопия. - № 8. - 2004. - С. 79-83. [Rus. J. NDT, 2004, Vol. 40, No. 8, pp. 561Ц 564].
14. Буйло С.И. Диагностика стадий деформации и разрушения по интегральным параметрам потока актов акустической эмиссии // Дефектоскопия.
Ц № 8. - 2004. - С. 66-78. [Rus. J. NDT, 2004, Vol. 40, No. 8, pp. 552Ц560].
15. Буйло С.И. Акустико-эмиссионная диагностика состояния Царь-Колокола // Дефектоскопия. - № 7. - 2004. - С. 93-97. [Rus. J. NDT, 2004, vol. 40, no. 7, pp. 498Ц501].
16. Буйло С.И. Воспоминания по БУРАНУ // Дефектоскопия. - № 10. - 2003. - С. 97-101. [Rus. J. NDT, 2003, Vol. 39, No. 10, pp. 807Ц810].
17. Буйло С.И. Использование инвариантных соотношений параметров потока сигналов акустической эмиссии для диагностики предразрушающего состояния твердых тел // Дефектоскопия. - № 2. - 2002. - С. 48-53. [Rus. J.
NDT, 2002, Vol. 38, No. 2, pp. 116Ц120].
18. Буйло С.И., Попов А.В. Акустико-эмиссионный метод оценки параметров процесса накопления повреждений в задаче прогнозирования ресурса изделий ответственного назначения // Дефектоскопия. - № 9. - 2001. - С. 4553. [Rus. J. NDT, 2001, Vol. 37, No. 9, pp. 636-643].
19. Буйло С.И., Беженов С.А. Исследование особенностей акустического излучения при деформировании сплава титана и некоторые результаты АЭ диагностики его предразрушающего состояния // Дефектоскопия. - № 5. - 2000. - С. 3-11. [Rus. J. NDT, 2000, Vol. 36, No. 5, pp. 307-314].
20. Буйло С.И. К вопросу о связи выявляемости малых дефектов с длиной волны ультразвуковых колебаний // Дефектоскопия. - № 5. - 2000. - с. 96-97.
21. Буйло С.И. Акустико-эмиссионный контроль и диагностика опасных динамических явлений в угольном пласте // Дефектоскопия. - № 4. - 2000. - С. 54-63. [Rus. J. NDT, 2000, Vol. 36, No. 4, pp. 282-289].
22. Буйло С.И. Экспериментальное моделирование искажения и оценка точности восстановления параметров потока актов акустической эмиссии // Дефектоскопия. - № 4. - 1999. - С. 22-30. [Rus. J. NDT, 1999, Vol. 35, No. 4, pp. 267-273].
23. Буйло С.И. Определение параметров процесса накопления повреждений и оценка критерия разрушения по восстановленным значениям потока актов акустической эмиссии // Дефектоскопия. - № 7. - 1997. - С. 84-89. [Rus.
J. NDT, 1997, Vol. 33, No. 7, pp. 512-516].
24. Буйло С.И. Использование статистических моделей для количественной оценки искажения амплитудных распределений сигналов акустической эмиссии и повышения достоверности результатов АЭ метода // Дефектоскопия. - № 5. - 1996. - С. 26-34. [Rus. J. NDT, 1996, Vol. 32, No. 5, pp. 353-360].
25. Буйло С.И. Вероятностно-информационные аспекты оценки достоверности результатов неразрушающего контроля и диагностики прочности твердых тел // Дефектоскопия. - № 5. - 1996. - С. 20-25. [Rus. J. NDT, 1996, Vol.
32, No. 5, pp. 348-352].
26. Буйло С.И. Использование моделей статистической радиофизики для повышения достоверности результатов акустико-эмиссионного метода контроля и диагностики предразрушающего состояния // Дефектоскопия. - № 7.
Ц 1995. - С. 13-26. [Rus. J. NDT, 1995, vol. 31, No. 7, pp. 492Ц503].
27. Буйло С.И. Количественное определение достоверности результатов акустико-эмиссионного метода контроля и диагностики // Дефектоскопия. - № 10. - 1994. - С. 17-25. [Rus. J. NDT, 1994, vol. 30, No. 10, pp. 734Ц741].
28. Буйло С.И. Трипалин А.С. Об искажении регистрируемых амплитудных распределений сигналов акустической эмиссии // Дефектоскопия. - № 6.
Ц 1986. - С. 56-60. [Soviet J. NDT, 1986, Vol. 22, No. 6, pp. 407-410].
29. Буйло С.И., Трипалин А.С. Распределение временных интервалов следования актов акустической эмиссии при деформировании материала // Дефектоскопия. - № 12. - 1984. - С. 76-78.
30. Буйло С.И., Трипалин А.С. Использование амплитудной селекции для определения координат развивающихся дефектов методом акустической эмиссии при высокой активности источников // Дефектоскопия. - № 4. - 1983. - С. 95-96. [Soviet J. NDT, 1983, Vol. 19, No. 4, pp. 307-309].
31. Буйло С.И., Трипалин А.С. Использование статистических характеристик сигналов акустической эмиссии для измерения интенсивности элементарных актов акустического излучения // Дефектоскопия. - 1982. - № 5. - С.
23-30. [Soviet J. NDT, 1982, Vol. 18, No. 5, pp. 350-356].
32. Буйло С.И., Трипалин А.С. Магнитная регистрация сигналов акустической эмиссии // Дефектоскопия. - № 11. - 1981. - С. 102-103.
33. Буйло С.И., Трипалин А.С. Об информативности амплитудного распределения сигналов акустической эмиссии // Дефектоскопия. - 1979. - № 12. - С. 20-24. [Soviet J. NDT, 1979, Vol. 15, No. 12, pp. 1029-1031].
34. Залесский В.В., Шлейман Ю.Г., Буйло С.И., Макиенко А.В. Автоматизированная система УЗ дефектоскопии с цифровой регистрацией // Дефектоскопия. - № 2. - 1975. - С. 122-126. [Soviet J. NDT, 1975, vol. 11, no. 2, pp. 229232].
Основные публикации в других изданиях:
35. Буйло С.И., Кузнецов Д.М., Баранникова О.О. К вопросу о механизме акустической эмиссии в процессе роста и растворении кристаллов // Труды II Международного междисциплинарного симпозиума УПлавлениекристаллизация металлов и оксидов (MCMO-2), Сочи (Лоо), 5-9 сентября 2009 г. - Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ ЮФУ АПСН, 2009. - C. 27-30.
36. Буйло С.И. Об информативности инвариантных соотношений прореженных потоков акустической эмиссии // Материалы XVII Международной Конференции Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики. Ялта, 5-9 октября 2009 г. - Ялта - Киев: УИЦ НАУКА, ТЕХНИКА, ТЕХНОЛОГИЯ, 2009. - C. 133-136.
37. Буйло С.И., Орлов С.В. Метод инвариантов акустической эмиссии в диагностике предразрушающего состояния и его аппаратурная реализация // Труды XII Международной Конференции "Современные проблемы механики сплошной среды". - Ростов-на-Дону: ЦВВР, 2009, Т. 1. - C. 32-36.
38. Буйло С.И. Физико-механические и статистические аспекты акустикоэмиссионного исследования дефектов в твердых телах // Труды XI Международного междисциплинарного симпозиума Упорядочение в минералах и сплавах (OMA-11), Сочи (Лоо), 10-15 сентября 2008 г. - Ростов-на-Дону:
СКНЦ ВШ ЮФУ АПСН, 2008. - C.102-105.
39. Буйло С.И. Диагностика предразрушающего состояния по инвариантным соотношениям потока актов акустической эмиссии // Материалы XVI Междунар. Конференции Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики. Ялта, 1-5 октября 2008 г. - Ялта - Киев: УИЦ НАУКА, ТЕХНИКА, ТЕХНОЛОГИЯ, 2008. - C. 84-86.
40. Буйло С.И. Использование модели пуассоновского потока при идентификации стадий деформации по энергетическим и временным параметрам акта акустической эмиссии // Труды XI Международной Конференции "Современные проблемы механики сплошной среды". - Ростов-на-Дону: ЦВВР, 2008.
Ц Т. 2. - C. 37-40.
41. Буйло С.И. Применение метода акустической эмиссии для целей количественной оценки динамических характеристик структурных преобразований в твердых телах // Труды I Международного междисциплинарного симпозиума Среды со структурным и магнитным упорядочением (Multiferroics-2007), Сочи (Лоо), 5-10 сентября 2007 г. - Ростов-на-Дону: РГПУ, 2007. - C. 44-47.
42. Буйло С.И. Идентификация стадий процесса дефектообразования по положению особых точек интегральных параметров восстановленного потока актов акустической эмиссии // Материалы XV Международной Конференции Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики. Ялта, 1-5 октября 2007 г. - Ялта - Киев: УИЦ НАУКА, ТЕХНИКА, ТЕХНОЛОГИЯ, 2007, с. 255-257.
43. Буйло С.И. Связь параметров акустического излучения дефектов структуры со стадийностью процессов деформации твердых тел // Труды IX Международного Симпозиума Упорядочения в металлах и сплавах ОМА-9, Сочи (Лоо), 12-16 сентября 2006 г. - Ч. 2. - Ростов-на-Дону: РГПУ, 2006. - C.
29-32.
44. Буйло С.И. Связь параметров акустической эмиссии развивающихся дефектов со скоростью деформации и типом напряженного состояния // Труды X Международной Конференции "Современные проблемы механики сплошной среды". - Ростов-на-Дону: ЦВВР, 2006. - Т. 1. - C. 71-75.
45. Буйло С.И. Повышение достоверности результатов метода АЭ диагностики предразрушающего состояния материалов // Материалы XIV Международной Конференции Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики. - Ялта - Киев: УИЦ НАУКА, ТЕХНИКА, ТЕХНОЛОГИЯ, 2006. - C. 14-17.
46. Буйло С.И. Зависимость амплитуды акустического излучения скопления дислокаций и микротрещин от частоты и скорости нагружения твердых тел // Труды IX Международной конференции "Современные проблемы механики сплошной среды". - Ростов-на-Дону: РГУ, 2005. - Т. 1. - C. 51-54.
47. Босый С.И., Буйло С.И., Прус Ю.В., Панченко Е.М. ОКТАЭДР и модели безопасности // Пленарн. доклады II Междунар. Конф. Наука и будущее: идеи, которые изменят мир. - М.: ГГМ РАН, 2005. - C. 26-30.
48. Буйло С.И. Метод акустико-эмиссионной диагностики ранних стадий разрушения материалов в конструкциях ядерных энергетических установок // Научная сессия МИФИ. Труды III Научно-технической конференции Научно-инновационное сотрудничество. - Ч. 1. - М.: МИФИ, 2004. - C. 78-79.
49. Белозеров В.В., Буйло С.И., Панченко Е.М. Методология термоакустических исследований веществ и материалов // Труды Научно-технич. конфер.
Научно-инновац. сотрудничество. - Ч. 2. - М.: МИФИ, 2002. - C. 76-77.
50. Буйло С.И. К вопросу об использовании инвариантных соотношений параметров акустической эмиссии при диагностике ранних стадий разрушения материалов в конструкциях реакторных установок // Труды VII Международной конференции "Современные проблемы механики сплошной среды".
Ц Т. 2. - Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ, 2002. - C. 79-83.
51. Беженов С.А., Буйло С.И. Некоторые аспекты диагностики долговечности и предразрушающего состояния конструкционных материалов методом акустической эмиссии // Техн. диагностика и неразруш. контроль. - № 4. - 2001. - C. 24-27.
52. Буйло С.И. О физической интерпретации S-образного вида кривой потока актов акустической эмиссии и ее связи с потоком повреждений при деформации твердых тел // Труды V Междунар. конференции "Совр. проблемы механики сплошной среды". - Ростов-на-Дону: РГУ, 2000. - C. 41-45.
53. Буйло С.И. Метод АЭ диагностики предразрушающего состояния материалов с повышенной достоверностью результатов // Высокие технологии на пороге 21 века. - Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ, 2000. - C. 20-25.
54. Буйло С.И. Физико-механические и информационные аспекты оценки достоверности результатов акустико-эмиссионной диагностики предразрушающего состояния материалов // Техн. диагностика и неразруш. контроль. - № 1. - 1996. - C. 40-44.
55. Builo S.I., Crostack H.A., Reuss G. Application of Acoustic Emission Amplitude Analysis to Strength Diagnostics and Non-Destructive Testing // Труды II Международной конференции "Совр. проблемы механики сплошной среды". - Ростов-на-Дону: РГУ, 1996. - Т. 3. - C. 34-37.
56. Буйло С.И. Об интерпретации максимумов и достоверности оценки вида амплитудного распределения АЭ // Техн. диагностика и неразруш. контроль. - № 1. - 1995. - C. 31-38.
57. Builo S.I., Kozinkina A.I. Strength and Destruction Diagnostics of Metals and Composites by Acoustic Emission. Abstracts of VIII International Conferense on Fracture, Kiev, 1993, v. 2, pp. 620-621.
58. Буйло С.И. Связь функции распределения долговечности с параметрами потока актов акустической эмиссии и количественная оценка достоверности АЭ диагностики предразрушающего состояния // Техн. диагностика и неразруш. контроль. - № 3. - 1993. - C. 10-16.
59. Буйло С.И. О связи функции распределения долговечности с потоком актов акустической эмиссии и возможности количественной оценки достоверности АЭ диагностики предразрушающего состояния // Доклады и тезисы III Всесоюзной конференции по акустической эмиссии. - Обнинск:
НИКИМТ, 1992. - Ч. 1. - C. 26-33.
60. Буйло С.И. О связи параметров АЭ с особенностями кинетики деформации и микроразрушения твердых тел // Акустическая эмиссия материалов и конструкций. - Ростов-на-Дону: РГУ, 1989. - Ч. 1. - С. 125-132.
61. Builo S.I., Tripalin A.S. Physical and Mechanical Aspects of Accuracy and Acoustic Emission Non-Destructive Testing Method Reliability Increase. In:
Procced. XII World Conf. on NDT. Amsterdam, Netherlands, 1989, pp. 15041506.
62. Буйло С.И. Искажение параметров сигналов АЭ и некоторые особенности восстановления статистических характеристик источников излучения // Техн. диагностика и неразрушающий контроль. - № 1. - 1989. - C. 15-23.
63. Буйло С.И. Применение модели импульсного потока группированных событий АЭ при диагностике предразрушающего состояния гетерогенных материалов // Физика прочности гетерогенных материалов. - Л.: Физ.-тех. ит, 1988. - C. 153-158.
64. Буйло С.И. Методы и устройства количественного измерения актов повреждений твердого тела с применением акустической эмиссии // Докл. I Междунар. школы АЭ в диагностике предразрушающего состояния и прогнозировании разрушения. - Болгария, Варна, 1986. - C. 125-134.
65. Буйло С.И., Трипалин А.С. О связи амплитуды сигналов акустической эмиссии со скоростью деформирования структуры материалов // Проблемы прочности. - № 2. - 1986. - C. 101-104 [Strength of Materials, 1986, vol. 18, No.
2, pp. 250-254].
66. Builo S.I., Tripalin A.S. Use of Statistic Parameters of Acoustic Emission Signals for Quantitative Measurements of the Material Structure Fracture Intensity.
In: Procced. III European Conf. on NDT. Florence. Italy, 1984, v. 4, pp. 332-341.
67. Буйло С.И. Связь параметров акустической эмиссии с особенностям кинетики деформации и микроразрушения твердых тел // I Всесоюзная конференция Акустическая эмиссия материалов и конструкций. - Ч. 1. Ростов-на-Дону: РГУ, 1984. - C. 177-179.
68. ГОСТ 27655-88. Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения. / Ю.Б. Дробот, О.В.Букатин, В.И.Иванов, С.И..Буйло и др. - М.:
Госстандарт, 1988. - 11 с.
69. Буйло С.И. Трипалин А.С. Акусто-эмиссионный способ контроля качества материалов. А.с. СССР, № 1320739, Б.И. № 24, 1987.
70. Белозеров В.В., Буйло С.И., Прус Ю.В. Совмещенный термогравиметрический и акустико-эмиссионный способ определения стадий термодеструкции веществ и материалов и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2324923, М.: Роспатент, 21.01.2008.