Вісник НАН України. 2016. № 2. С. 59-66.
https://doi.org/10.15407/visn2016.02.059 

СКАЛЬСЬКИЙ Валентин Романович –
член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук,
професор, заступник директора з наукової роботи 

Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН України

ЯВИЩЕ АКУСТИЧНОЇ ЕМІСІЇ В ОЦІНЮВАННІ ПОШКОДЖЕНОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ КОНСТРУКЦІЙ
За матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України
30 грудня 2015 року

Наведено найважливіші результати досліджень у сфері застосування явища акустичної емісії для технічного діагностування виробів і елементів конструкцій. Розглянуто окремі теоретико-експериментальні аспекти побудови відповідної методологічної бази та створення сучасних засобів відбору та опрацювання діагностичної інформації.

Ключові слова: акустична емісія, руйнування, тріщина, воднева пошкодженість, технічне діагностування, апаратурні засоби, магнетопружна акустична емісія.

Вступ
Явище акустичної емісії (АЕ) полягає у випромінюванні пружних хвиль під час динамічної локальної перебудови структури матеріалу. Його застосування протягом, наприклад, останніх трьох десятиліть стало потужним методичним інструментарієм у наукових дослідженнях фізики твердого тіла, а відтак зумовило його прикладне використання як одного з найперспективніших методів неруйнівного контролю і технічного діагностування. На цьому явищі ґрунтується все більше сучасних новітніх технологій діагностування, які забезпечують високу чутливість, оперативність проведення обстежень, можливість використання практично в будь-яких виробничих та експлуатаційних умовах, надійність та економічну ефективність. Сьогодні явище акустичної емісії дедалі більше застосовують не лише у дослідженнях фізичних аспектів руйнування матеріалів і елементів конструкцій, а й для оцінювання ресурсу роботоздатності різноманітних виробів і елементів конструкцій, особливо підвищеної небезпеки і тривалого експлуатування.

Починаючи з кінця 70-х років минулого століття цей метод розвивається і у Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України. Дослідження в цій царині знань виконуються за трьома науковими напрямами: теоретичні розробки, які включають математичне моделювання та розв’язування динамічних задач теорії тріщин, а також задач збудження у феромагнетику стрибків Баркгаузена зовнішнім квазістатичним магнетним полем; розроблення методологічних засад оцінки статичної і циклічної тріщиностійкості конструкційних матеріалів та елементів конструкцій, методик АЕ-діагностування діючих промислових об’єктів; створення засобів відбору, вимірювання, опрацювання й зберігання сигналів акустичної емісії під час діагностування чи моніторингу об’єктів контролю. Розглянемо стисло деякі важливі результати, отримані під час проведення згаданих досліджень.

Теоретичні дослідження
На підставі аналізу і синтезу літературних джерел сформульовано математичні моделі та крайові умови нестаціонарних динамічних задач про утворення та стрибкоподібний ріст тріщин під дією корозійно-механічних чинників. Проаналізовано форми пружних імпульсів, їх тривалість та діаграми АЕ-випромінювання під час утворення тріщин різного типу (наскрізних нормального відриву (рис. 1); поперечного та поздовжнього зсувів; скручування), оцінено вплив пружних хвиль на переміщення поверхні півпростору під час утворення внутрішньої ізольованої тріщини нормального відриву та скручування. Встановлено низку аналітичних залежностей між коефіцієнтом інтенсивності напружень, приростом наскрізної та плоскої тріщин довільної форми у тривимірному тілі та параметрами сигналів акустичної емісії, спричинених корозійним розтріскуванням, статичним і циклічним навантаженнями. Вивчено вплив вільної поверхні на просторово-часовий розподіл поля переміщень і визначено віддаль домінування хвиль Релея. Описано специфіку взаємовпливу системи тріщин у твердому тілі на випромінювання пружних хвиль акустичної емісії.

Розглянуто також теоретичні аспекти АЕ-дефектометрії та діагностування елементів конструкцій, що містять тріщини на стадії субкритичного розвитку. Запропоновано розрахункову модель такого розвитку тріщин нормального відриву, поперечного та поздовжнього зсувів як випромінювачів пружних хвиль АЕ. За цією моделлю встановлено залежності між коефіцієнтом інтенсивності напружень та приростом тріщин і параметрами сигналів АЕ: підсумковим рахунком N, швидкістю рахунку , шириною спектра випромінювання пружних хвиль та амплітудами сигналів АЕ. Створено методологію визначення за параметрами АЕ геометричних і силових характеристик тріщин, що розвиваються.

Перелічені вище результати теоретичних досліджень систематизовано у монографіях [1–4]. Повний текст