Комплекс оптико-телевизионной и акусто-эмиссионной диагностики механического состояния нагруженных материалов и элементов конструкций

Для построения поля векторов перемещений необходимо два изображения объекта исследования/контроля, снятые через промежуток времени (приращение деформации). Поле векторов перемещений представляет собой векторное поле, состоящее из конечного числа векторов, каждый из которых соответствует смещению одного участка на втором изображении относительно первого. Разрешающая способность алгоритмов оценки перемещения, реализованных в программе, составляет не ниже 0.125 пиксела, что, например, соответствует 0.5 мкм при разрешении изображения 768×576 пикселов и реальных размерах объекта съемки (участка объекта) 1600×1200 мкм. Векторное поле пересчитывается в распределения компонент деформации, по которым можно определить локализацию деформаций.
Метод фрактального анализа в течение ряда лет используется в материаловедении. Основой для применения метода послужило изменение рельефа металлической поверхности при нагружении. В результате разрушения металла при растяжении или от ударной нагрузки формируется поверхность разрушения, которая будет неровной и неоднородной. Одним из алгоритмов вычисления фрактальной размерности, реализованным в ПО, является метод пирамид.
Основным недостатком метода расчета фрактальной размерности является невозможность точно выявить и визуализировать характерные элементы изображения, обусловившие то или иное значение фрактальной размерности. Данный недостаток частично снимается при анализе зависимости энергии Фурье спектра мощности двумерных изображений от пространственной частоты. Полученные в наших работах данные свидетельствуют о том, что анализ распределения Фурье-спектра мощности оптических изображений поверхности в области низких частот позволяет определить лидирующий масштаб развития пластической деформации, а использование информации об увеличении оптической системы может служить источником информации о характерном размере ее носителей.
Вейвлет-спектры характеризуются способностью точно характеризовать сигналы как во временной, так и в частотной области. Это обстоятельство было положено в основу нового метода описания деформационного рельефа на поверхности, который производится через анализ графического представления энергии вейвлет-спектра.
Математический аппарат программного обеспечения ОТИС позволяет построить на его базе системы высокого уровня автоматизации, которые можно оптимизировать для применения в конкретных программно-аппаратных системах для исследования материалов. Разрабатывая и внедряя такие системы, можно автоматизировать значительную часть работы, связанной с обработкой результатов экспериментов. Математический аппарат программного обеспечения позволяет обрабатывать не только данные оптических потоков, а также данные, полученные с помощью атомно-силового/сканирующего туннельного микроскопа, данные о рельефах поверхностей реальных физических объектов, изменяющихся во времени, полученные другими способами.
Прибор акусто-эмиссионного контроля реализует акустический метод неразрушающего контроля на основе регистрации излучаемых материалом механических (упругих) волн, вызванных динамической, локальной перестройкой внутренней структуры твердого тела при его нагружении. Их характер зависит от размеров объекта, материала, внутренней структуры, степени дефектности. Это позволяет производить неразрушающий контроль различных объектов (в том числе имеющих односторонний доступ, например, деталей компрессорного оборудования в рабочем состоянии или участков трубопровода, скрытых в земле) на наличие коррозионных и эрозионных повреждений, несплошностей основного материала и материала сварных швов. При этом критериями диагностики состояния предразрушения нагруженного материала являются особенности накопления сигналов акустической эмиссии, а также амплитудно-частотные характеристики каждого из генерируемых сигналов.
На разных этапах нагружения материала установлена корреляция стадийности изменения параметров мезоскопической деформации и накопления сигналов акустической эмиссии. Комплексное исследование на основе оптико-телевизионного и акусто-эмиссионного методов позволяет при последующем контроле промышленных объектов осуществлять надежную диагностику стадий накопления повреждений и состояния предразрушения (предельного состояния) по данным только акусто-эмиссионого контроля. Разрабатываемые средства перспективны для применения как в составе автоматизированных стационарных систем непрерывного действия, так и в качестве средств периодического контроля.

Технические характеристики комплекса

Технико-экономические преимущества
Оптико-телевизионный и акусто-эмиссионный методы диагностики механического состояния металлов и сплавов позволяют осуществлять неразрушающий контроль объектов при одностороннем доступе непосредственно в процессе их эксплуатации. При этом, в отличие от традиционных методов контроля (рентгеновских, ультразвуковых, магнитных, вихретоковых), становится возможным решение следующих задач:
- контроль степени накопления повреждений в материале до появления в нем видимых трещин и прогнозирование появления и роста трещин;
- диагностика состояния предразрушения конструкций на основе выявленной стадийности накопления повреждений.

Области применения
Комплекс портативной (мобильной) аппаратуры предназначен для контроля механического состояния и диагностики дефектов оборудования ответственного назначения (магистральных и технологических трубопроводов, элементов оборудования компрессорных станций, резервуаров и сосудов высокого давления, бандажей колесных пар железнодорожного транспорта, опор линий электропередачи и т. п.).