Hodnocení parametrů signálu AE při únavovém zatěžování tří typů konstrukčních materiálů. Vypracoval: Kolář Lukáš

Transkript

1 Hodnocení parametrů signálu AE při únavovém zatěžování tří typů konstrukčních materiálů Vypracoval: Kolář Lukáš

2 Cíl práce: Analýza současného stavu testování metodou AE Návrh experimentálního zajištění měření Návrh optimálního způsobu zpracování naměřených dat. Vlastní provedení měření a ověření experimentálních postupů Zpracování a vyhodnocení emisního měření

3 Technicko-materiální zabezpečení: 3 typy vzorků konstrukčních materiálů: Ložisková ocel Tvárná litina Slitina AlMg Způsob namáhání: Cyklický ohyb na rezonančním pulsátoru Snímací technika: Digitální analyzátor Piezoelektrické snímače PC + softwarové vybavení

4 Základní předpoklady: Poškození materiálu nastane v místě největšího napětí od cyklického ohybového namáhání (tedy maximálního tahového či tlakového napětí σt,d max v odpovídajících krajních vláknech). Akustická emise je projevem působení vnějších sil, kdy vznikají nebo se šíří různé defekty v mřížce daného kovu. Emisní událost se šíří pomocí napěťově-elastických vln, které dosahují povrchu a transformují se na vlny povrchové

5 Výhody měření metodou AE: Měření je možné dělat i za provozu a tedy za přirozených pracovních podmínek Odpadá problém s těžko přístupnými částmi měřeného zařízení Je možné použít libovolný počet snímačů jež zpřesňují lokalizaci defektu Napojením měřící jednotky na počítač můžeme za pomocí vhodného softwarového vybavení využít velký početní výkon PC a také různé matematické či statistické metody hodnocení signálu

6 Nevýhody měření metodou AE: Zachytí pouze aktivní defekty Je nutno zatížit měřený objekt Zkoušku nelze na stejném objektu opakovat Kaiserův efekt Velká náročnost na kapacitu úložiště dat

7 Zdroje akustické emise Fázové transformace Vznik trhliny Mikroposuvy trhlin a dislokací Plastická deformace Tření Iniciace defektu Šíření trhliny Závěrečný dolom Změny mech. vlastností (cykl. zpevnění) Kumulace změn a poškození Vznik mikrotrhlin Propojování a růst mikrotrhlin Vznik magistrální trhliny Etapy poškozování I. Přístup II. Přístup

8 Testovací zařízení: Elektrorezonanční pulzátor RUMUL CRACKTRONICS Analyzátor DAKEL XEDO (2 až 16 hladinová analýza) Piezoelektrické snímače s předzesilovačem Vzorky o rozměrech 10x10x55mm Osobní počítač propojený s analyzátorem

9 Softwarové vybavení: programový systém Daemon

10 Typický průběh praskavé AE Vzorkovaný signál v paměťovém Osciloskopu XEDO

11 Následuje-li za sebou více takovýchto praskavých (doznívajících) průběhů, které se vzájemně i částečně překrývají, vznikne spojitá (kontinuální) AE. Různé módy vln jsou popsány Rayleigh-Lambovými frekvenčními rovnicemi a vlnovými rovnicemi. Každý druh vln má v materiálu jinou frekvenčně závislou fázovou rychlost cfáz = cfáz(ω) Proto se energie daného druhu vln šíří grupovou rychlostí ω max cg = c fáz (ω ).dω ω min ωmax ωmin Nesmíme zapomenout, že musí platit podmínka ωvzork >=2ωmax signálu

12 programový systém DaeShow Softwarové vybavení: programový systém DaeShow

13 Charakteristiky signálu a) Analytické charakteristiky 1. Obálková křivka detekuje se obvykle pomocí Hilbertovy transformace HT{x(t)} = 1 x(τ ) Im[xA(t)] =..dτ = x (t) π t τ Úplný analytický signál x A (t) = x(t) + i. x(t ) = A(t). exp[i.ω.t] A(t) = 2 x 2 (t) + x (t) Nalezenou obálkovou křivku lze po digitalizaci zpracovat pomocí FFT (rychlé Fourierovy transformace) či WT (waveletové transf.) a tak nalézt frekvenční spektrum (spektrální analýza signálu).

14 2. Frekvenční spektrum (spektrální funkce vyjádřená pomocí FT) S (ω ) = u (t ). exp( iω t ).dt Zpětná (inverzní) FT je: u(t) = 1 S(ω ) exp(iω t) dt 2π 3. Frekvenčně fázová (waveletová, okénková) transformace Je nejen funkcí frekvenční jako u FT, ale též časová G(ω, t ) = K u(τ t).w(t).e iω t dt K...konstanta w(t)...okénková funkce u(t)...původní signál

15 4. Efektivní hodnota neboli RMS T 1. u 2 (t).dt T 0 RMS[ u(t)] = u ef = T...perioda je - li u(t) periodický, jinak b) Statistické charakteristiky 1. Aritmetický průměr T 1 x Φ (T) =. x(t) dt T 0 2. Klouzavý aritmetický průměr t+ T 1 x Φ (t + T) =. x(t) dt T t Nemusí značit periodu (libovolný časový úsek)

16 3. Autokorelační funkce signálu Testuje podobnost téhož signálu ve dvou časově posunutých úsecích T Rxx (t ) = lim x(τ ).x(τ + t ).dτ T 0 Korelované funkce mají korelační koeficient blízký 1 Měření AE většinou probíhá ve frekvenčním pásmu 20 khz až 2 MHz. Právě nespojitá AE slouží především pro určení a lokalizaci trhliny. Aktivita AE je: N ε NA =. ε t Změna počtu překmitů s deformací Rychlost deformace

17 Naopak u spojité AE se určují především průměrné hodnoty a efektivní hodnoty parametrů (protože spojitá AE je souhrn signálů z více zdrojů). Při statistickém popisu se využívá např. distribuční funkce. To je závislost počtu EU (s určitou amplitudou) na amplitudě. Graf korelační závislosti (bodový, křížový či rozptylový) ukazuje korelaci mezi dvěma charakteristikami jednoho signálu AE (např. mezi energií a amplitudou). Vhodné pro použití je také určit frekvenční (Fourier.) analýzou významné frekvenční složky a pro jejich časovou lokalizaci užít např. WT. Pro popis přechodových ergodických procesů (tj. takových, u nichž jeden dostatečně dlouhý vzorek reprezentuje celou varianci vzorků, což je např. AE) se používá často-hlavně pro vzájemné srovnání - výkonových spektrálních hustot VSH a výkonového spektra. Z nich je možno určit např. výkon určitého frekvenčního pásma, periodogram a energetickou spektrální hustotu. Pro určení harmonických složek ve frekvenčním spektru signálu je vhodné užít cepstrum (čili výkonové autospektrum). To se získá zpětnou Fourierovou transformací výkonové spektrální hustoty.

18 Počty překmitů v průběhu únavové zkoušky hliníkové slitiny v několika různých Hladinách a následně v jedné vybrané hladině

19 Děkuji za pozornost