Трещина сама тихо шепчет о своём росте

В настоящее время все более актуальными становятся задачи 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.

К сожалению, традиционные методы неразрушающего контроля (например, ультразвуковой метод) не позволяют обнаруживать растущие дефекты и дефекты менее четверти длины ультразвуковой волны в контролируемом материале, то есть менее 2 – 5 миллиметров.

Для решения этой проблемы в Южном федеральном университете нами с самого начала 70-х годов еще прошлого века разрабатывается новый метод диагностики дефектов, так называемый метод акустико-эмиссионной диагностики. В настоящее время эти работы поддерживаются Министерством науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Проекта № 9.4726.2017/8.9.

Сущность метода состоит в анализе параметров чрезвычайно слабого ультразвукового излучения, генерируемого самими микродефектами (микротрещинами) в ходе их подрастания. Грубо говоря, каждая трещинка сама как бы «тихо шепчет» о своём росте! Каждый род повреждения создает сигналы определенного типа. Таким образом, зарегистрировав и обработав эти сигналы, можно  прогнозировать прочность и долговечность различных ответственных объектов. Метод обладает уникальными возможностями,  так как позволяет выявлять именно растущие (то есть наиболее опасные) малоразмерные дефекты. 

Метод акустической эмиссии дает возможность исследовать кинетику процессов на самых ранних стадиях микродеформации, зарождения и накопления микронесплошностей.  Это, в принципе, позволяет диагностировать и прогнозировать по сопутствующей эмиссии 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 (иногда десятки лет) посредством огромного количества небольших, сопровождаемых эмиссией 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 аппаратуры и измеряя в самом простейшем случае интенсивность (количество в единицу времени), а так же общее количество актов эмиссии, удается по данным принимаемого излучения экспериментально оценить скорость роста, длину трещины и прогнозировать близость разрушения. 

Разрабатываемые метод и аппаратура уже сейчас позволили существенно повысить точность и достоверность результатов диагностики прочности и разрушения различных ответственных изделий и объектов в машиностроении, атомной промышленности, авиационной и ракетно-космической технике. Некоторые интересные результаты применения метода можно посмотреть на сайте Проза.РУ: http://www.proza.ru/2018/03/11/1411  (Диагностика прочности Царь-колокола в Московском Кремле) и http://www.proza.ru/2017/06/20/1296 (Диагностика теплозащиты космического корабля Буран).

2018 г.