Способ определения механических характеристик высокоэнергетических материалов

Использование: для контроля физико-механических свойств взрывачатых материалов (ВВ) по сигналам акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют подготовку испытуемых образцов из исследуемого материала, которые подвергают механическим воздействиям в сочетании с синхронным регистрированием показателей контролирующих приборов и построением соответствующих графиков зависимостей величин деформаций от величин воздействующих нагрузок и времени, при этом первоначально подвергают испытаниям подготовленные образцы из материала взрывчатых веществ (ВВ), аналогичного исследуемому заданного состава, на основе результатов испытаний которых формируют базу данных (БД) критических нагрузок, соответствующих полному разрушению образцов данного материала, затем производят комплексное нагружение исследуемых независимых групп образцов ВВ механическим воздействиям последовательно усилий растяжения на одни группы образцов и усилий сжатия на другие группы образцов, проводя нагружение в этих группах в возрастающем режиме до момента, соответствующего максимальному значению активности АЭ, составляющей величину не более 55% от критической нагрузки, определенной по БД критических нагрузок, параллельно с нагружением контрольных образцов снимают показания регистрирующих приборов и строят графики зависимости акустико-эмиссионных параметров от времени нагружения и диаграммы деформирования, на основе построенных упомянутых графиков определяют максимальные значения активности АЭ, момента времени, соответствующего этому значению, нагрузку и деформацию образца, на основе полученных данных определяют искомые механические показатели испытуемых образцов ВВ. Технический результат: обеспечение возможности разработки информативного, достоверного и безопасного способа неразрушающего контроля изменения свойств ВВ в процессе воздействия на них различного рода механических усилий, имеющих место при эксплуатации и хранении ВВ. 1 табл., 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающих методов контроля и может быть использовано для контроля физико-механических свойств взрывчатых материалов (ВВ) по сигналам акустической эмиссии.

Известен из уровня техники способ неразрушающего контроля прочности изделий (патент РФ №02270444, МПК G01N 29/14, публ. 20.02.06), согласно которому равномерно нагружают изделие и регистрируют число импульсов акустической эмиссии и их амплитуды в процессе нагружения, при этом дополнительно определяют суммарную амплитуду ζ импульсов АЭ, с последующей математической обработкой результатов измерений.

К недостаткам известного способа относится достаточно высокая трудоемкость и необходимость проведения многочисленных сопутствующих математических расчетов для определения величин искомых параметров.

В качестве прототипа предлагаемому способу определения механических характеристик высокоэнергетических материалов известен способ акустическо-эмиссионного определения характеристик механических свойств металлов (патент РФ№2149395, МПК G01N 29/14, публ. 20.05.00), по которому ведут измерение параметров акустической эмиссии в процессе деформирования изделия и образца из металла, адекватного металлу изделия. Образец подвергают статическому деформированию, устанавливают зависимости «напряжение - параметры акустической эмиссии» и «деформация - параметры акустической эмиссии» вплоть до разрушения образца. Деформирование изделия осуществляют путем вдавливания индентора, измеряют упруго-пластическую деформацию в зоне отпечатка и устанавливают зависимости «глубина вдавливания - параметры акустической эмиссии», а затем с использованием зависимостей, полученных на образце и изделии, устанавливают зависимость «напряжение - деформация» для металла изделия.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности проведения контроля свойств испытуемых образцов неразрушающим методом, что небезопасно при использовании предлагаемых условий для случая анализа ВВ.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в необходимости разработки эффективного и безопасного способа неразрушающего контроля изменения свойств ВВ в процессе воздействия на них различного рода механических усилий, имеющих место при эксплуатации и хранении ВВ.

Задачей авторов изобретения является разработка метода неразрушающего контроля физико-механических свойств ВВ по сигналам акустической эмиссии.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым способом, заключается в обеспечении повышения информативности способа и точности определения механических показателей, и возможности обеспечения неразрушающего контроля свойств испытуемых образцов.

Указанные задача и технический результат обеспечиваются тем, что в отличие от известного способа определения механических характеристик высокоэнергетических материалов методом акустической эмиссии (АЭ), включающего подготовку испытуемых образцов из исследуемого материала ВВ, которые подвергают механическим воздействиям в сочетании с синхронным регистрированием показателей контролирующих приборов и построением соответствующих графиков зависимостей величин деформаций от величин воздействующих нагрузок и времени, согласно предлагаемому способу, первоначально подвергают испытаниям подготовленные образцы из материала ВВ, аналогичного исследуемому ВВ заданного состава, на основе результатов испытаний которых формируют БД критических нагрузок, соответствующих полному разрушению образцов данного материала, затем производят комплексное нагружение исследуемых независимых групп образцов ВВ механическим воздействиям на растяжение одних групп образцов, и других групп образцов на воздействие усилий сжатия, проводя нагружение в упомянутых группах в возрастающем режиме до момента, соответствующего максимальному значению активности АЭ, составляющей величину не более 55% от критической нагрузки, определенной по упомянутой БД критических нагрузок, параллельно с нагружением групп контрольных образцов снимают показания регистрирующих приборов и строят графики зависимости величин акустико-эмиссионных параметров от времени нагружения и диаграммы деформирования, на основе построенных упомянутых графиков определяют максимальные значения активности АЭ, момента времени, соответствующего этому значению, нагрузку и деформацию образца, на основе полученных данных определяют искомые механические показатели испытуемых образцов ВВ.

Заявляемый способ поясняется следующим образом.

Первоначально формируют БД критических нагрузок, соответствующих полному разрушению образцов данного материала для чего готовят образцы из материала ВВ, аналогичного исследуемому ВВ заданного состава. Подготовленные образцы подвергают испытаниям, нагружая их постоянно возрастающим усилием до полного разрушения этих образцов, на основе результатов испытаний которых формируют БД критических нагрузок для каждого индивидуального ВВ.

Затем производят подготовку групп испытуемых образцов из исследуемого материала ВВ. Для этого из исследуемого материала прессуют образцы, конфигурация которых задается особенностями строения ячеек испытательных приборов, куда помещают образцы для проведения комплексных нагружений различными видами силовых воздействий.

Затем подготовленные образцы исследуемого материала ВВ подвергают комплексным механическим воздействиям в сочетании с синхронным регистрированием показателей контролирующих приборов. На фиг. 1 представлен вид испытательного прибора для проведения контрольных испытаний групп образцов на растяжение, где 1 - испытуемый образец, 2 - захваты для фиксации испытуемого образца призматической формы, 3 - преобразователь (датчик) АЭ, 4 - измерительный прибор -датчик деформации образца ВВ, 5 - предусилитель АЭ, 6 - портативный ПК для визуализации и преобразования зарегистрированных датчиком сигналов АЭ.

На фиг. 2 представлен вид испытательного прибора для проведения контрольных испытаний групп испытуемых образцов на сжатие, где 1 - испытуемый образец, 2 - приспособление, для испытания на сжатие, 3 - преобразователь (датчик) АЭ, 4 - предусилитель АЭ 5 - портативный ПК для визуализации и преобразования зарегистрированных датчиком сигналов АЭ.

При осуществлении комплексных воздействий на независимые группы образцов из ВВ синхронно проводят регистрацию изменяющихся во времени показателей АЭ и построение соответствующих графиков зависимостей параметров АЭ и величин деформаций от величин воздействующих нагрузок и времени.

Комплексное на1ружение исследуемых независимых групп образцов ВВ механическими воздействиями проводят последовательно: усилиями растяжения на одни группы образцов и усилиями сжатия на другие группы образцов. Нагружение в этих группах проводят в возрастающем режиме до момента, соответствующего максимальному значению активности АЭ, составляющей величину не более 55% от критической нагрузки, определенной по БД критических нагрузок.

Синхронное сопровождение механических воздействий регистрацией измеряемых сигналов датчиками 3 позволяет эффективно и максимально точно исследовать процесс изменения свойств испытуемых ВВ, поскольку используемый метод АЭ отражает изменение структуры материала образцов в ходе воздействий постоянно возрастающими механическими усилиями растяжения и сжатия. А предварительно наработанная БД критических значений нагрузок позволяет избежать разрушения испытуемых образцов.

Затем строят графики зависимости активности АЭ от времени нагружения и диаграммы деформирования. На фиг. 3 представлены графики, иллюстрирующие изменение соответствующих параметров нагружаемого образца п. 1 (фиг. 1, 2): график 1 зависимости активности АЭ от относительной деформации и график 2 диаграммы деформирования «σ-ε». Математическая обработка графика 1 зависимости активности АЭ позволяет определить координату точки максимума активности АЭ На фиг. 3 эта точка отмечена цифрой 3. Далее на диаграмме 2 деформирования определяют величину напряжения σi, соответствующего точке максимума активности АЭ на графике 1. Записывают соотношения, полученных в точке максимума активности АЭ значений деформации εi и напряжения σi, со значениями деформации ερ и напряжения σρ, соответствующими разрушению детали. Из полученных соотношений определяют механические характеристики исследуемого материала.

Таким образом, при использовании заявляемого способа определения механических характеристик высокоэнергетических материалов методом акустической эмиссии обеспечивается заявляемый технический результат, заключающийся в обеспечении повышения информативности способа и точности определения механических показателей, и возможности обеспечения неразрушающего контроля свойств испытуемых образцов.

Возможность промышленной реализации предлагаемого способа подтверждается следующим примером исполнения.

Пример 1. Предлагаемый способ определения механических характеристик деталей из ВВ с использованием метода акустической эмиссии реализован в лабораторных условиях следующим образом. Сначала формируют БД максимальных нагрузок. Для этого из образца ВВ марки ОФТОР-6АВ методом прессования изготавливают образцы цилиндрической и призматической формы, которые затем подвергают механической нагрузке на сжатие и растяжение. На фиг. 1 и 2 схематично изображены испытательные установки, обеспечивающие реализацию способа по части наработки БД критических параметров. При этом цилиндрические образцы нагружают механическими воздействиями на сжатие, а призматические образцы нагружают механическими воздействиями на растяжение. Синхронно с механическим воздействием на испытуемые образцы ВВ контролируют и измеряют нагрузку Р, деформацию ε и изменение сигналов АЭ. Определяют напряжение σ по формуле Строят графики зависимости «активность АЭ - относительная деформация» 1, «напряжение - относительная деформация», 2. На фиг. 3 представлены характерные графики диаграммы активности АЭ 1 и диаграммы деформирования 2, полученные при сжатии образцов из ВВ ОФТОР-6АВ. Затем аппроксимируют полиномом второй степени диаграмму «активность АЭ - относительная деформация» 1 и определяют координату точки максимума активности АЭ 3. Далее на диаграмме деформирования определяют величину напряжения σi, соответствующего точке максимума активности АЭ Записывают соотношения полученных в точке максимума активности АЭ значений деформации εi и напряжения σi·, со значениями деформации ερ и напряжения σρ, соответствующими разрушению детали (таблица 1). После этого определяют механические характеристики исследуемого ВВ упомянутым неразрушающим методом. Для этого детали из исследуемого ВВ нагружают до момента, когда активность АЭ достигает своего максимального значения, после чего нагружение прекращают, деталь разгружают, и определяют значения εi, соответствующие максимуму активности

Используя значения σi и εi·, соответствующие по вышеприведенным соотношениям (таблица 1), определяют предельные характеристики ВВ.

Экспериментальная проверка данного способа неразрушающего определения механических характеристик ВВ осуществлялась в соответствии с вышеописанным алгоритмом на образцах из ВВ (октоген) ОФТОР-6АВ. При этом детали, после определения предельных характеристик упомянутым методом, доводят до разрушения и проводят сравнение расчетных и экспериментальных значений механических характеристик. С использованием математической формулы для определения среднеквадратичного отклонения (СКО) получают вывод о том, что величина СКО для значений каждого из двух рассчитываемых параметров не превышает 10%, что сопоставимо с разбросом экспериментальных данных, получаемых при стандартных механических испытаниях.

Экспериментальные исследования и пример подтвердили обеспечение заявленным способом определения механических характеристик высокоэнергетических материалов, достижение заявленного технического результата, заключающегося в обеспечении повышения информативности способа и точности определения механических показателей, и возможности обеспечения неразрушающего контроля свойств испытуемых образцов.

Способ определения механических характеристик высокоэнергетических материалов методом акустической эмиссии (АЭ), включающий подготовку испытуемых образцов из исследуемого материала, которые подвергают механическим воздействиям в сочетании с синхронным регистрированием показателей контролирующих приборов и построением соответствующих графиков зависимостей величин деформаций от величин воздействующих нагрузок и времени, отличающийся тем, что первоначально подвергают испытаниям подготовленные образцы из материала ВВ, аналогичного исследуемому ВВ заданного состава, на основе результатов испытаний которых формируют БД критических нагрузок, соответствующих полному разрушению образцов данного материала, затем производят комплексное нагружение исследуемых независимых групп образцов ВВ механическим воздействиям последовательно усилий растяжения на одни группы образцов и усилий сжатия на другие группы образцов, проводя нагружение в этих группах в возрастающем режиме до момента, соответствующего максимальному значению активности АЭ, составляющей величину не более 55% от критической нагрузки, определенной по БД критических нагрузок, параллельно с нагружением контрольных образцов снимают показания регистрирующих приборов и строят графики зависимости акустико-эмиссионных параметров от времени нагружения и диаграммы деформирования, на основе построенных упомянутых графиков определяют максимальные значения активности АЭ, момента времени, соответствующего этому значению, нагрузку и деформацию образца, на основе полученных данных определяют искомые механические показатели испытуемых образцов ВВ.



 

Похожие патенты:
Использование: для прогнозирования критической неисправности движущегося узла по акустико-эмиссионным данным. Сущность изобретения заключается в том, что вблизи анализируемых узлов прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих сигналы акустической эмиссии, полученные в ходе штатной работы узлов акустические сигналы от датчиков сохраняют и считают эталонными, улавливают акустические сигналы от датчиков при последующей работе движущихся узлов, сравнивают полученные на предыдущей стадии акустические сигналы с эталонными сигналами, по разнице вида акустических сигналов, сравненных на предыдущей стадии, делают вывод об отклонении функционирования движущихся узлов от эталонного, при этом по времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение предполагаемого дефекта в узле, а по характеру акустического сигнала определяют тип предполагаемого дефекта, анализируют изменение во времени разницы акустических сигналов от эталонного, получая скорость изменений, и вычисляют время наступления критической неисправности узла и ее тип, вычисленное время сообщают эксплуатирующему движущиеся узлы, осуществляя профилактику образования дефектов, данные предыдущих этапов используют для прогнозирования состояния данных или аналогичных движущихся узлов в будущем времени.
Использование: для комплексного технического мониторинга и прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций посредством акустико-эмиссионного сбора данных. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности конструкции прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих акустические сигналы, получаемые от динамически развивающихся дефектов в конструкции, а также по меньше мере один датчик виброперемещения, по меньше мере один датчик наклона конструкции и по меньшей мере один датчик линейного перемещения конструкции; полученные акустические сигналы от датчиков, а также сигналы от датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения, полученные на предыдущей стадии, сохраняют; по разнице времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение дефекта, а по характеру акустического сигнала определяют тип дефекта; сохраненные акустические сигналы разделяют по меньшей мере на четыре группы по их источнику: пассивный источник, характеризующийся монотонным уменьшением активности, амплитуды и/или энергии сигнала во времени и насыщением параметров акустической эмиссии, активный источник, характеризующийся квазипостоянными значениями активности, амплитуды и/или энергии во времени и линейной зависимостью от времени параметров акустической эмиссии, критически активный источник, характеризующийся постоянным приростом значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии, закритически активный источник, характеризующийся дальнейшим существенным увеличением значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и существенным отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии, сигналы от датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения считают критическими или закритическими, если хотя бы один из них выходит за заранее установленные рамки либо выход за установленные рамки имеет высокое значение.
Использование: для мониторинга и прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций посредством акустико-эмиссионного сбора данных. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности конструкции прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих сигналы акустической эмиссии, получаемые от динамически развивающихся дефектов в конструкции; акустические сигналы от датчиков, полученные на первой стадии, сохраняют; по разнице времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение дефекта, а по характеру акустического сигнала определяют тип дефекта; сохраненные акустические сигналы разделяют по меньшей мере на четыре группы: пассивный источник, характеризующийся монотонным уменьшением активности, амплитуды и/или энергии сигнала во времени и насыщением параметров акустической эмиссии; активный источник, характеризующийся квазипостоянными значениями активности, амплитуды и/или энергии во времени и линейной зависимостью от времени параметров акустической эмиссии; критически активный источник, характеризующийся постоянным приростом значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии; закритически активный источник, характеризующийся дальнейшим существенным увеличением значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и существенным отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии; полученные данные используются для мониторинга конструкций, причем для первых двух групп источников устанавливается режим наблюдения, а для двух следующих - режим оповещения о появлении и местоположении критических и/или закритически активных источников, при этом контролируется переход первых двух групп источников в последующие две группы; данные первых трех групп используют для прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций в будущем времени.
Использование: для непрерывного или периодического акустико-эмиссионного сбора данных в целях прогнозирования технического состояния объектов. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности и/или внутри объекта, либо в его полости, либо в среде, заполняющей полости, созданной естественно или искусственно, размещают по меньшей мере два датчика, улавливающих непрерывно или периодически сигналы акустической эмиссии, получаемые от динамических процессов в объекте; полученные в первой стадии сигналы от датчиков сохраняют; по разнице времени приема сходных сигналов от датчиков определяют локализацию процесса в объекте, а по характеру сигнала определяют тип процесса и полученные данные также сохраняют; сохраненные данные используют для построения стохастических или детерминированных функций, зависящих от времени и описывающих процессы в объекте с учетом места их локализации; на основе полученных на предыдущей стадии функций определяют тренды развития динамических процессов в объекте, тем самым прогнозируя его техническое состояние в заданный момент или интервал будущего времени.

Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть использовано в качестве метода неразрушающего контроля при оценке технического состояния металлоконструкций объектов. Сущность: осуществляют нагружение испытуемого образца в два этапа нагрузкой до его максимальной деформации, с одновременной регистрацией сигналов акустической эмиссии прибором, на первом из которых осуществляют кратковременное обжатие троекратно до максимальной деформации, на втором осуществляют нагружение образца постоянной нагрузкой до максимальной деформации и выдерживают определенное время.
Использование: для акустического мониторинга ходовой части транспортного средства. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют получение информации в виде акустического сигнала с ходовой части транспортного средства посредством установленных на ее элементах акустических датчиков, передающих получаемый акустический сигнал в вычислительный модуль, обработку сигнала, получение сведений о состоянии ходовой части, сравнение их с нормативными значениями, выдачу результата, получаемый акустический сигнал разделяют на группы по принципу локализации и относят каждую группу к соответствующему узлу ходовой части, далее обрабатывают сигналы каждой группы в отдельности по индивидуальному алгоритму, получают сведения о характеристиках звукового сигнала и его источнике, о состоянии узлов ходовой части, сравнивают с нормативными значениями для каждого узла, полученными ранее на исправном транспортном средстве, выводят результаты для каждого узла с возможностью вывода информации по каждому элементу узла, при этом в каждой группе сигналов, разделенной по принципу локализации, сигналы распределяют по мощности и частоте, причем сигналы с максимальными значениями мощности, а также сигналы с минимальными и максимальными значениями частоты относят к пороговым, которые затем сравнивают с нормативными значениями для каждого узла, в случаях выхода пороговых значений за диапазоны нормативных, считают, что элемент узла неисправен и выдают сигнал.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля прочности оптических волокон из плавленого кварцевого стекла. В заявленном способе контроля прочности оптического волокна в контролируемом объекте создают напряжение и измеряют акустической сигнал, по результатам обработки которого выделяют сигнал акустической эмиссии и оценивают характеристики контролируемого объекта.
Использование: для определения срока безопасной эксплуатации стеклопластиковых трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют предварительное изучение объекта контроля - трубопровода, установку на поверхность трубопровода преобразователей акустической эмиссии, проведение контроля плавным ступенчатым нагружением давления на уровне 0,5*Рраб, 0,75*Рраб, 1,0*Рисп и Рисп, где Рраб - разрешенное рабочее давление, Рисп - испытательное давление, вычисление скорости распространения сигналов акустической эмиссии, накопление, обработка и анализ данных, оценка результатов контроля классификацией источников акустической эмиссии на источник I класса - пассивный источник, источник II класса - активный источник, источник III класса - критически активный источник, источник IV класса - катастрофически активный источник.

Использование: для идентификации и классификации источников акустической эмиссии (АЭ) на контролируемых объектах. Сущность изобретения заключается в том, что способ идентификации сигналов АЭ основан на установлении зависимости между численным значением энергии, рассчитанным для компонент вейвлет декомпозиции сигнала АЭ и Фурье-спектра компонент вейвлет декомпозиции и параметром, характеризующим тип разрушения материала, с учетом расстояния от источника до приемника сигнала АЭ.

Использование: для тестирования датчика акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство тестирования датчика акустической эмиссии содержит устройство управления технологическим процессом; датчик акустической эмиссии, связанный с устройством управления технологическим процессом, при этом датчик акустической эмиссии обнаруживает состояние эксплуатационной годности устройства управления технологическим процессом; и пьезоэлектрический эталонный генератор частоты, акустически связанный с датчиком акустической эмиссии для того, чтобы тестировать состояние эксплуатационной годности датчика акустической эмиссии.

Использование: для оценки износостойкости тонкослойных керамических покрытий с применением метода акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют трение между стальным контртелом и испытываемым тонкослойным керамическим покрытием, отличие заключается в том, что при помощи индентора на покрытии формируют две дорожки трения - экспериментально оцениваемая и калибровочная, при формировании дорожек трения фиксируют акустическую эмиссию, вычисляют коэффициент пропорциональности, соответствующий данному конкретному материалу покрытия, вычисляют массу изношенного материала экспериментальной дорожки трения, ее среднюю глубину и изношенный объем при отсутствии разрушения покрытия, определяют относительную износостойкость покрытия. Технический результат: обеспечение возможности определения изношенного микрообъема и интенсивности изнашивания тонкослойных керамических покрытий в паре трения на основе комплексной обработки сигналов акустической эмиссии.
Наверх