Волны Акустической Эмиссии и их Распространение
Простейший тип волны от АЭ источника представлен на рис.2. Волновое смещение представляет собой функцию близкую к ступенчатой. Напряжение, соответствующее смещению, имеет форму импульса, ширина и высота которого зависят от динамики процесса излучения. Импульсы таких источников как проскок микротрещины или разрушение осажденных фракций имеют малую длительность (порядка микросекунд или долей микросекунд). Амплитуда и энергия первоначального импульса АЭ может меняться в широком диапазоне в зависимости от типа источника акустической эмиссии. Зародившаяся волна (импульс) распространяется от источника во всех направлениях, при этом распространение в соответствии с природой источника может носить ярко выраженный анизотропный характер, как показано на рис.3 (т.е. зависимость скорости распространения от направления).
Форма первоначальной волны претерпевает существенные изменения при распространении в среде материала и при преобразовании датчиком, поэтому сигнал, пришедший с датчика, весьма отдаленно напоминает исходный сигнал от источника. Такое изменение формы АЭ сигнала является важной проблемой, с которой приходится сталкиваться как при исследованиях функции источника, так и при решении практических задач неразрушающего контроля. Те исследователи, которые стремятся определить первоначальную форму сигнала, используют широкополосные датчики и производят подробный анализ начальной части зарегистрированного сигнала. Это важный, но вместе с тем очень непростой способ
Рис.2 Простейшая волна АЭ, возникающая Рис.3 Угловая зависимость АЭ от растущей
в источнике. По существу этоимпульс напряжения, трещины. Основная энергия распределена соответствующий смещению поверхности материала
Направление распространения
Рис. 4 Смещение волны, возникшее в результате быстрого приложения нагрузки в точке А.
исследования, т.к. обработка одного сигнала может занимать длительное время. В связи с этим многие исследователи в области испытания материалов и НК в большей степени заинтересованы в получении статистических оценок параметров АЭ, чем в подробном изучении характеристик отдельных источников эмиссии. Они используют узкополосную аппаратуру, позволяющую измерять лишь некоторые параметры формы сигналов, но одновременно с этим - регистрировать большие потоки сигналов (сотни сигналов в секунду). Ниже обсуждаются основные факторы, оказывающие влияние на распространения волн, которые в большой степени различаются для двух упомянутых подходов исследования АЭ сигналов.
Основные Факторы при Анализе Функции аэ Источника
Взаимосвязь между функцией источника и результирующим смещением поверхности материала в точке контроля интенсивно исследовалась на протяжении последних 10-15 лет. Исследователи из различных групп: Британского Харуэльского Центра НК [15], Американского Национального Бюро Стандартов [16], Корнуэльского [17] и Токийского [18] Университетов предприняли усилия для решения этой сложнейшей проблемы. Окончательной целью исследований ставилось решение задачи определения первоначальной формы сигнала по имеющейся информации на выходе датчика.
Сложность данной задачи проиллюстрирована на рис.4, на котором показана вертикальная компонента движения поверхности полубесконечного тела в точке В, получающаяся в результате резкого приложения вертикальной силы в точке А. Как следует из рисунка, даже при простой геометрии объекта и элементарного источника результирующая форма сигнала является достаточно сложной. Если же рассмотреть случай с пластиной, проблема существенно усложнится, поскольку вторая поверхность также будет влиять на упруго-динамический процесс распространения волны. В случае с пластинами движение поверхности в точке наблюдения сильно зависит от отношения расстояния до источника к толщине пластины.
Рис.5 Три возможные пути прохождения волныот источника до датчика в трубе, наполненной водой. 1- прямой путь, 2-отраженный, 3- по воде.
Кроме всего прочего, функция источника не является постоянной, она скорее представляет собой не точечный источник, а диполь и/или двойной диполь с неизвестной в общем случае ориентацией, у которого должны учитываться и горизонтальная, и вертикальная компоненты. В связи с перечисленными трудностями попытки создания математической теории, численных и экспериментальных методик оценки функции источника АЭ заняли многие годы. В последние годы ведущие лаборатории добились значительных успехов при решении проблем количественной оценки величины прироста трещины, ее ориентации и временных характеристик сигналов АЭ для случаев простейшей геометрии объектов [19]. Для этих целей используются высокочувствительные датчики и производится анализ лишь начальной части сигнала, которая записывается со всеми необходимыми подробностями с помощью высокоточной аппаратуры. Сегодня можно ожидать, что полученные научные результаты принесут свои плоды также и в прикладных областях использования метода АЭ.