ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПАРАМЕТР АКУСТИЧЕСКОГО ОТКЛИКА КАК ИНДИКАТОР НАКОПЛЕННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ
Автор: Александр Олегович Борисов
Соавторы: Шерматов Д.Н., Кузеев И.Р., Гафарова В.А.
Организация: Уфимский государственный нефтяной технический университет
В работе представлена методика оценки накопленных повреждений конструкционной стали 09Г2С на основе анализа интегрального параметра R, рассчитываемого по результатам акустического отклика, возбуждаемого ударным воздействием. Эксперимент выполнен на плоском образце, на поверхности которого размечено 12 точек. Нагружение проводилось до разрушения (7500 циклов) с шагом 500. В близи точки 1 с использованием ударного датчика лимба, входящего в состав системы «Эксперт М-19», создавались импульсные воздействия, инициирующие формирование затухающих поверхностных акустических волн, регистрируемых микрофоном. Параметр R рассчитывался как отношение длительности волнового процесса T к амплитуде первого импульса D [1].
Полученные зависимости R от относительного уровня повреждений Ni/Np выявили характерные этапы деградации. После Ni/Np ≈ 0.5 во всех точках наблюдается снижение R, что отражает потерю упругих свойств материала. Особый интерес представляет поведение точки 11 (тёмная линия), где при Ni/Np ≈ 0.8 фиксируется экстремальное увеличение до 2,9, R - вероятный признак локального резонансного отклика ослабленного участка перед разрушением (Рис. 1.).
Рис. 1 Зависимость интегрального параметра механических свойств R от уровня накопленных повреждений Ni/Np
Максимальные значения R (более 10) зафиксированы в точке 7 при Ni/Np ≈ 0.25–0.3.
Существенные флуктуации также отмечены в точках 4 и 6, отражающие локальное неравномерное накопление повреждений. Подобные скачкообразные изменения параметра R могут быть связаны с формированием поверхностных дефектов, изменяющих условия распространения акустических волн. Это подтверждает высокую чувствительность параметра R к локальным изменениям состояния материала на поверхности — таким как микротрещины, пластическая деформация и изменение микрорельефа. Такой подход делает метод эффективным для оценки состояния поверхностных зон, поскольку вся информация извлекается из характеристик отклика, распространяющегося вдоль поверхности материала.
В перспективе возможна интеграция методов искусственного интеллекта для автоматической обработки сигналов и распознавания закономерностей, отражающих стадии повреждений. Применение ИИ повысит точность и скорость диагностики элементов конструкций.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ «Прогнозирование уровня деградации свойств сварных соединений с помощью искусственного интеллекта для выявления и предотвращения аварийных ситуаций».
1. Гафарова В.А., Шерматов Д.Н., Баязитов М.И., Арсланов А.Л. Разработка алгоритма создания цифрового двойника сварного соединения оболочковой конструкции. Часть 1 / Нефтегазовое дело. 2023. Т. 21. № 5. С. 198-211.
