Google   Google+   Vk   Facebook   Youtube   Twitter   Wikipedia   Mail.ru   yandex.ru   Yahoo   Evernote   myspace   linkedin.com   blogger.com   www.livejournal.com   webdiscover.ru 
Печать

Інформативність параметрів при цифровій обробці сигналів акустичної емісії в умовах руйнування композиційного матеріалу

вкл. . Опубликовано в Студенческая наука

УДК 620.179:534.6

О.П. Космач,к.т.н., ст. викл.

К.О. Рева, студ.

Чернігівський національний технологічний університет

 

 Значні переваги композиційних матеріалів (КМ) сприяють їх широкому використанню у високонавантажених вузлах різних видів техніки. При цьому КМ мають значну варіацію фізико-механічних характеристик в межах одного типу, що дозволяє адаптувати їх до конкретних уточнених умов роботи. Використання таких матеріалів також залежить від обсягу отриманої корисної інформації, яка пов’язана з їх структурою, особливостями деформування, а також їх схильністю до крихкого або пластичного руйнування та ін.

   В зв’язку з цим ефективне дослідження процесів механічного руйнування КМ можливе за умови використання методів, які мають високу чутливість до процесів структурних змін в пружних та пластичних матеріалах, утворення та розвитку тріщин тощо.  До одного з таких методів відносять метод акустичної емісії (АЕ).

Закономірності зміни акустичного випромінювання при дослідженні мікропроцесів руйнування КМ є досить складними та змінними. Їх обґрунтування потребує, в першу чергу, розвитку теоретичних досліджень в даному напрямку. Безумовно, що визначення інформативності параметрів сигналів АЕ є основою при розробці та удосконаленні методів контролю, діагностики та моніторингу стану виробів з КМ.

Слід відмітити, що невід’ємною частиною вимірювального комплексу при дослідженні сигналів АЕ є аналого-цифровий перетворювач (АЦП). Безумовно, що характеристики АЦП будуть впливати на об’єм корисної інформації, яку отримують при експериментальному дослідженні, а отже і на інформативність виявлених параметрів сигналів АЕ. Тому актуальним є теоретичне дослідження впливу основних характеристик АЦП на інформативність параметрів формованого сигналу АЕ.

Дослідження показали, що енергетичні параметри сигналів АЕ мають найбільшу чутливість до процесу руйнування КМ. В зв’язку цим в даній роботі досліджувався вплив частоти дискретизації АЦП на інформативність енергетичних параметрів формованих сигналів АЕ при руйнуванні КМ під дією поперечної сили.

Результати теоретичних та експериментальних досліджень показали, що при руйнуванні КМ поперечною силою відбувається неперервне формування сигналу АЕ. Він представляє собою відеоімпульс дзвоноподібної форми, який характеризується швидким наростанням переднього фронту та релаксаційним падіння амплітуди заднього фронту. На рис. 1, а наведено сигнали АЕ при різних швидкостях руйнування у вигляді графіку зміни амплітуди в часі   у відносних одиницях, які отримано на основі розробленої моделі сигналу АЕ, що враховує поелементне руйнування КМ. При розрахунках всі параметри, які входять у розроблену модель приведені до безрозмірних величин.

Як показали результати моделювання, швидкість навантаження КМ  суттєво впливає на амплітуду та загальну тривалість формованих сигналів АЕ. Тому при дослідженнях були проаналізовані два імпульсні сигнали АЕ з різною швидкістю навантаження =100 та =500. Інші параметри моделі сигналу АЕ залишалися незмінними, тобто проводилося моделювання сигналу АЕ при руйнуванні ідентичних КМ з різною швидкістю навантаження  та частотою дискретизації АЦП.

При моделюванні вважалося, що максимальній частоті дискретизації відповідала вибірка в межах якої форма імпульсу АЕ, та його часові параметри (тривалість зростання та падіння) практично не змінювалися (змінність складала в межах 0,1 %). Було визначено, що для =500 об’єм вибірки склав N=200, який відповідає частоті дискретизації fmax. У відповідності до цього більшій тривалості сигналу АЕ для прийнятої частоти дискретизації fmax при =100 об’єм вибірки склав N=596.

В подальшому було проведено моделювання сигналу АЕ для прийнятих швидкостей навантаження  при частоті дискретизації fD, яка була менша в n цілу кількість разів, тобто fD=fmax/DN, де DN – показник децимації вхідного сигналу. Діапазон зміни частот коливався в межах DN =1…30.  В результаті обробки сигналів АЕ було проведене визначення енергії сигналів АЕ, для кожної частоти дискретизації fD.

Рис. 1. Формовані дискретні сигнали АЕ для DN =20 та ідеалізовані аналогові сигнали АЕ в часі  (а), залежність зміни енергії сигналу АЕ від частоти дискретизації (б), залежність показника інформативності сигналу АЕ від частоти дискретизації АЦП у  відносних одиницях при руйнуванні композиційного матеріалу в часі під дією поперечної сили: 1 –=500; 2 – =100 =1000000, r=10000, g=0,1, ≈0,087, =0,001

 

На рис. 1, б представлена залежність зміни енергії сигналу АЕ при =100 від показника децимації. З результатів моделювання видно, що отримана залежність має нелінійний спадаючий характер. З точки зору експериментального дослідження сигналів АЕ, важливим є визначення мінімально достатньої частоти дискретизації АЦП для збереження інформативності енергетичних параметрів. Для цього було проведено диференціювання отриманих значень енергій за показником децимації DN.

Теоретично було встановлено, що для збереження інформативності енергетичного параметра сигналу АЕ необхідно проводити його реєстрацію на обмеженому діапазоні частот дискретизації (рис. 1, в). Подальше зменшення частоти дискретизації призводить до незмінності даного параметра сигналу АЕ. Дослідження також показують, що інформативність енергетичного параметру сигналу АЕ залежить від швидкості навантаження КМ та частоти дискретизації. Це означає, що при експериментальних дослідженнях сигналів АЕ частоту дискретизації АЦП необхідно збільшувати в деякій пропорційній залежності від швидкості навантаження КМ під дією поперечної сили.  

 

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

House Real Estate