К.т.н. Круглова А.Н., к.п.н. Титова Е.И., Игнатьева Е.А.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Некоторые аспекты акустико-эмиссионного исследования

полимерных композитов

При исследовании свойств, а также в процессе разработки современных строительных материалов нельзя обойтись без их исследования различными физическими методами. Это методы активной интроскопии: акустический (ультразвуковой) метод; капиллярный и радиометрический методы; электро- и магнитостатические методы; электромагнитные (вихретоковый, микроволновый, инфракрасный, оптический, радиационный) методы; а также методы пассивной интроскопии, основанные на регистрации акустических или электромагнитных полей, источником которых является сам контролируемый объект. Одним из наиболее широко используемым в последнее время становится метод акустической эмиссии (АЭ), основанный на регистрации и анализе упругих волн, возникающих в результате локальной динамической перестройки внутренней структуры материала. Он позволяет, в частности, определять момент возникновения, положение, скорость и направление развития дефектов. Определение подчеркивает общность признаков, которыми обладают источники АЭ – структурные элементы, подверженные перестройке в случае локального изменения поля внутренних напряжений при достаточно высокой скорости этого изменения [1].

Одной из отличительных черт данного метода является значительный объем и лишь полукачественный характер получаемой в процессе исследования информации. Тип эмиссионного излучения определяется характером развивающихся дефектов [2, 3, 4, 5]. Известно, что упругие деформации сопровождаются эмиссией крайне малой интенсивности. Пластическая деформация сопровождается непрерывным эмиссионным излучением средней интенсивности, обусловленным образованием микротрещин. Развитие магистральных трещин сопровождается импульсами с высокой амплитудой и энергией, которые резко выделяются на фоне помех и постороннего шума . Сигналами АЭ сопровождаются любые изменения структуры твердого тела, связанные с образованием и развитием дефектов [5]. Порожденное развивающимися дефектами, эмиссионное акустическое излучение несет о них определенную информацию.

Распространение трещин является важнейшим механизмом, приводящим к возникновению АЭ [6]. АЭ при развитии трещины вызвана динамической разгрузкой части материала, примыкающего к ее берегам. Скачкообразный характер развития трещины также является причиной излучения механических волн [7]. Поэтому АЭ - мониторинг в некоторых случаях позволяет обнаружить ранние стадии трещинообразования, предшествующие разрушению объекта. В зависимости от типа источника АЭ могут излучаться импульсные (сигналы, излучаемые развивающейся трещиной) или непрерывные сигналы (возникают в процессе пластической деформации металлов). Метод акустической эмиссии во многих случаях дает возможность предсказать изменение эксплуатационных свойств материала, так как позволяет выявить изменения структуры.

В полимерных композиционных материалах (ПКМ), скорость распространения акустических волн зависит не только от плотности и упругих свойств, но также от вязкости, пластичности и степени структурной неоднородности материала. Указанные особенности ПКМ являются причиной дисперсии, интерференции и рассеяния акустических волн в результате их отражения и преломления на границах неоднородностей. Исследование полимерных композитов этим методом зачастую весьма затруднительно. Активность и интенсивность АЭ в процессе разрушения образца ПКМ возрастают; однако они весьма условно связаны с общим числом дефектов. Более того, известны случаи, когда увеличение числа макроскопических дефектов в ПКМ сопровождалось снижением активности АЭ. Акустико-эмиссионное исследование подобных ПКМ возможно только в том случае, если развитие микродефектов в них стимулировано не механическими нагрузками, а специальными воздействиями, такими как микроволновое или инфракрасное излучения.

Таким образом, использование метода АЭ в процессе оптимизации таких материалов оказывается возможным только при условии использования специализированных аппаратурных решений и методик анализа, разработанных применительно к исследованию ПКМ. Разработка подобных средств и методик должна быть выполнена на основании анализа существующих аппаратных и программных решений и, в то же время, учитывать специфические черты объекта контроля – характерные амплитуды и частоты (длительности импульсов) сигналов АЭ.

Наличие серийных приборов регистрации и анализа сигналов АЭ, специально предназначенных для обработки сигналов АЭ позволяет выполнить устройство сопряжения, передающее в цифровой форме информацию в персональную ЭВМ. Преимуществом данного подхода является удобство фиксации экспериментальных данных; недостатком – отсутствие широкого выбора структурно-чувствительных АЭ-критериев, находящиеся в корреляционной связи со свойствами материала.

Таким образом, прогресс средств ВТ является одним из стимулов развития метода АЭ. Возможности метода АЭ часто оказывались ограниченными именно высокой сложностью обработки и интерпретации эмпирических данных. Применение средств ВТ позволяет во многом устранить указанные ограничения, и метод АЭ выдвигается в исследованиях на приоритетные места.

Литература

1. Трипалин А.С. Исследование сигналов акустической эмиссии при деформировании и разрушении твердых тел методами статистической радиофизики. – Дисс. ... к.ф-м.н.:01.04.03. – Ростов н/Д, 1975. – 203 с.

2. Блонский И.В., Тхорик В.А., Цицилиано А.Д. Акустическая эмиссия в процессе лазерного отжига монокристаллов кремния. // ФТТ, 1997, т. 39, №3. – с. 505...509.

3. Буденков Г.А., Недзвецкая О.В., Бахтин А.В. К регистрации волн акустической эмиссии, излучаемых усталостными трещинами. // Дефектоскопия, 1997, №9. – с. 61...70.

4. Пономарев Е.П. Акустическая эмиссия при возникновении поверхностных трещин. – Дисс. ... к.ф-м.н.:01.04.06. – М., 1986. – 136 с.

5. Dunegan H.L., Harris D.O. Acoustic Emission, A New Non-Destructive Testing Tool. // Ultrasonics, 1969, Vol. 7, No. 3.

6. Болотин Ю.И., Маслов Л.А., Полунин В.И. Установление корреляции между размером трещины и амплитудой импульсов акустической эмиссии. // Дефектоскопия, 1975, №4. – С. 119...122.

7. Пономарев Е.П. Акустическая эмиссия при возникновении поверхностных трещин. – Дисс. ... к.ф-м.н.:01.04.06. – М., 1986. – 136 с.