Стенд для исследований усталостного разрушения комбинацией методов акустической эмиссии, картирования деформации на поверхности и тензометрии

Abstract

На базе серийной сервогидравлической испытательной машины разработан лабораторный стенд для изучения поведения образцов конструкционных материалов при циклических испытаниях, включающий in situ регистрацию данных тензометрии, картирования деформации на поверхности и акустической эмиссии. С учетом специфики циклического приложения нагрузки предложены алгоритмы регистрации информации, обеспечивающие синхронизацию фотографирования с нагружением, а также выделения из потока данных только полезных сигналов АЭ. В основу принципа функционирования стенда положено выделение и совместный анализ характерных стадий изменения информативных параметров: интенсивности деформации сдвига, активности акустической эмиссии и удлинения образца как функции количества циклов нагружения. Проведено тестирование разработанного стенда при циклическом растяжении образцов сплава В96. Показано, что изменение всех трех информативных параметров (регистрируемых от различных датчиков) во времени характеризуется тремя выраженными стадиями, причем начало стадии III (распространение трещины) четко совпадает по времени для всех проанализированных зависимостей. Несоответствие по времени начала стадии II наиболее вероятно обусловлено двумя причинами: для картирования деформации на поверхности это невысокое разрешение оптической системы, что не позволяет выявить развитие деформации на малых пространственных масштабах; для метода АЭ - чувствительность метода к механизмам деформации только микромасштабного уровня, а также высокая интенсивность деформации в начале циклического нагружения, что при конечной чувствительности АЭ аппаратуры не позволяет фиксировать все "полезные" АЭ сигналы. Дальнейшее развитие предложенного подхода и стенда для его реализации предполагает использование нескольких датчиков акустической эмиссии для решения задач локации и идентификации источников, использование более высокого разрешения оптической системы для повышения чувствительности оценки деформации оптическим методом.

Based on industrial servohydraulic testing machine the authors have designed a laboratory setup for studying behavior of structural material samples under cyclic testing. It includes in situ strain gauging data registration, surface strain mapping and acoustic emission data. Taking into account cyclic pattern of loading application the algorithms for information acquisition were offered that provides synchronization of surface image capturing with loading as well as detecting acoustic emission signals from input data flow. The operation principle of the setup is underlined by detecting and joint analysis of characteristic stages of informative parameters changing: shear strain intensity, acoustic emission activity and specimen elongation as a function of number of loading cycles. The authors tested the setup designed under tension of A7075 alloy specimens. It is shown that changing of all three informative parameters (registered by three different sensors) in time is characterized by 3 pronounced stages. The beginning of the III stage (crack propagation) coincides well for all three dependences. Difference in time of the II stage beginning is most probably related to a couple of reason. For surface strain mapping it is governed by low resolution of optical system that does not allow revealing deformation development at low spatial scales. For acoustic emission method it is associated with sensitivity of the technique to deformation mechanisms of microscale level as well as high deformation intensity at the onset of cyclic loading. If this takes place finite sensitivity of AE equipment did not allow registering all informative acoustic emission signals. The development of the offered technique and the setup is related to use of several AE sensors for solving the problems of AE source location and identification. The optical sensors of higher resolution will be attracted as well in order to increase sensitivity of stain measurement by optical technique.