автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка методики неразрушающего контроля рельсов в условиях эксплуатации на основе анализа формы и энергетических характеристик сигналов акустической эмиссии

На правах рукописи

Муравьев Максим Витальевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ РЕЛЬСОВ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ФОРМЫ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

05.11.13. Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2003

Работа выполнена в Сибирском государственном университете путей сообщений

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор С.И. Герасимов

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, с.н.с. А.Б. Ринкевич

Кандидат физико-математических наук, с.н.с. С.М. Задворкин

Ведущая организация:

Научно исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом университете (г. Томск)

Защита состоится 11 ноября 2003 г. в /О часов на заседании диссертационного совета Д 004.023.01 Института машиноведения УрО РАН по адресу: 620219, г. Екатеринбург, ул. Комсомольская, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института машиноведения УрО РАН

Автореферат разослан " $ " ¿V 2003 г.

Ученый секретарь диссертацион доктор технических наук, с. н. с.

В.В. Харламов

З^ООСо -ч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современных условиях особое значение приобретают проблемы надежности и долговечности машин и конструкций. Решение этих задач неразрывно связано с обеспечением эффективного диагностирования возникающих в изделиях дефектов при статическом, и особенно при циклическом нагружении, при котором развиваются усталостные трещины. Особенно важен учет циклических нагрузок при эксплуатации объектов железнодорожного транспорта. Детали подвижного состава и элементы верхнего строения пути (в первую очередь рельсы) подвержены знакопеременному нагруже-нию, причем амплитуда прикладываемых нагрузок достигает больших величин. Ситуация осложняется тем обстоятельством, что объекты железнодорожного транспорта эксплуатируются при значительном перепаде температур окружающей среды, который в условиях Сибири может колебаться от -50 до +50 С0. Внезапное наступление заключительной стадии усталостного разрушения (хрупкий долом) может приводить в таких случаях к катастрофическому сходу подвижного состава с тяжелыми последствиями.

Проблема неразрушающего контроля рельсов существует уже давно, и на сегодняшний день разработано множество методов позволяющих с различной степенью вероятности определить наличие дефекта внутри рельса. Практически все рельсы, уложенные в путь контролируются ультразвуковыми дефектоскопами в сочетании с магнитными. Но применение традиционных методов неразрушающего контроля уже не в состоянии в ряде случаев обеспечить надежное выявление всех дефектов.

До сих пор остается актуальной проблема выявления дефекта на начальной стадии его развития, так как зачастую существенно различие скорости развития дефекта и его геометрических размеров, по которым в настоящее время происходит отбраковка Одним из немногих методов способных регистрировать дефекты на начальной стадии развития является метод акустической эмиссии (АЭ) Метод хорошо зарекомендовал себя в некоторая ^^тахошрсмиа*

/ ЬИЬЛИОГСКА I (. Петербург

( -410 о РК

ленности. Основной проблемой стоящей на пути широкого использования метода АЭ на железнодорожном транспорте является отсутствие необходимого количества исследований по оценке акустического и электромагнитного фона, способа нагружения, а так же решения ряда других задач, выполненных на современном уровне, с использованием современного научно-исследовательского оборудования.

Цель исследования.

Разработка методики и аппаратного комплекса, использующих регистрацию сигналов АЭ и тензометрию для выявления дефектов, находящихся на начальной стадии развития в рельсах в условиях эксплуатации на железнодорожном мосту.

Задачи исследования:

1. Определение влияния напряженно-деформированного состояния образцов из рельсовой стали в условиях статического нагружения на спектральные и энергетические информативные параметры сигналов АЭ, и обоснование способа создания напряженно-деформированного состояния в материале рельса, необходимого для проведения АЭ контроля.

2. Снижение погрешности при определении местоположения источников АЭ за счет анализа формы регистрируемых сигналов.

3. Разработка методики и устройства эффективного подавления механических шумов в исследуемом образце, при сохранении приемлемых динамических характеристик нагружения, и исследование низкоэнергетической составляющей непрерывной АЭ при пластическом деформировании материала для последующего использования в качестве информативного параметра при анализе сигналов АЭ.

4. Разработка устройства высокоточной синхронизации по времени систем регистрации акустикоэмиссионной и тензометрической информации.

5. Разработка способа АЭ контроля в условиях мощных механических и электромагнитных помех в процессе движения состава, и разработка ме-

тодики контроля рельсов расположенных на железнодорожном мосту.

Научная новизна:

1. Разработан эффективный алгоритм уточнения определения начала времени прихода сигнала АЭ на преобразователь акустической эмиссии (ПАЭ) с использованием информации о форме переднего фронта сигнала АЭ. Показано, что данный алгоритм одинаково хорошо работает с различными методиками определения начала времени прихода сигнала. Это позволяет повысить точность определения координаты источника АЭ до необходимого уровня.

2. Показано, что внутренняя структура сигнала АЭ при пластическом деформировании материала имеет сложный характер и состоит из нескольких областей, степень информативности которых существенно различается. Установлено, что начальная часть сигнала несет информацию об источнике АЭ, а последующая часть содержит информацию о пути распространения импульса.

3. Установлена линейная корреляция между упругой энергией, выделившейся при росте трещины, с энергией зафиксированных сигналов АЭ.

4. Получена зависимость увеличения мощности низкоэнергетической составляющей сигналов непрерывной АЭ от роста величины механических напряжений в рельсовой стали. Мощность монотонно возрастает до напряжений соответствующих пределу текучести материала, далее остается постоянной до самого разрушения.

Практическая значимость и реализация результатов работы заключается в разработке методики АЭ контроля рельсов в процессе движения поезда по исследуемому участку. Методика выявляет дефекты, находящиеся на начальной стадии развития, независимо от места их расположения, на основе регистрации сигналов АЭ, генерируемых при развитии дефекта. Создано устройство эффективного подавления акустических шумов, поступающих в образец из нагружающего устройства, с сохранением удовлетворительных динамических параметров жесткости при проведении тестовых испытаний. Разработанное устройство шумоподавления может быть использовано как для статических испытаний, так и для циклических испытаний.

Предложенный в работе алгоритм уточнения определения начала времени прихода сигнала используется в АЭ системе СПАД 16.03 поставляемой в предприятия сети железных дорог.

Разработанная методика АЭ контроля принята к использованию в дорожном центре диагностики пути западно-сибирской железной дороги для диагностирования рельсов расположенных на железнодорожном мосту через реку Обь (3333 км).

Результаты разработки алгоритма уточнения определения начала времени прихода сигнала, устройства подавления акустических шумов и системы высокоточной синхронизации исследовательской аппаратуры используются в Ин-сгшуте перспективных технологий на транспорте и повышения квалификации С1Л ПСа при чтении лекций и проведении лабораторных работ по дисциплинам "Физические основы методов неразрушающего контроля качества пути и деталей подвижного состава","Акустико-эмиссионная диагностика деталей подвижного состава и конструкций".

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, разработке аппаратуры для проведения исследовательских работ, в проведении лабораторных и натурных экспериментов, а также в обработке и анализе полученных результатов.

Настоящая работа проводилась по гранту в рамках федеральной целевой программы "Интеграция науки и высшего образования России" на 2002-2006 г. (направление 1.2 «Использование потенциала ведущих научных центров страны для стажировки молодых исследователей, аспирантов и докторантов высших учебных заведений»); при поддержке аспирантского фанта в соответствии с Указанием МПС России от 18.03.2000 № 47У, а также в соответствии с планом НИОКР МПС 2000 - 2003 гг.

На защиту выносятся:

1. Алгоритм уточнения определения начала времени прихода сигнала АЭ на ПАЭ на основе анализа формы переднего фронта сигнала.

2. Результаты экспериментальных исследований структуры сигнала

АЭ при пластическом деформировании материала, позволяющие выделить области непосредственно ответственные за процесс развития трещины и путь пройденный сигналом по объекту.

3. Экспериментальные результаты зависимости мощности низкоэнергетической составляющей сигналов непрерывной АЭ от величины механических напряжений в материале образцов из рельсовой стали.

4. Методика неразрушающего контроля рельсов АЭ методом с одновременным учетом результатов тензометрии, при использовании проходящего поезда в качестве внешней нагрузки.

Достоверность полученных результатов обеспечивается:

- применением фундаментальных положений физической акустики, механики деформируемого твердого тела и физики прочности.

- корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью;

- большим объемом экспериментальных данных и сопоставлением полученных результатов с результатами других авторов;

- использованием современных, взаимно дополняющих, экспериментальных методик и методов статистической обработки результатов;

- сходимостью с результатами ручной дефектоскопии рельсов ультразвуковым методом при повышении чувствительности.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: Всероссийская конференция "Проблемы железнодорожного транспорта". (Иркутск. 2000); Всероссийская научно-практическая конференция "ТрансСибВуз-2000". (Омск. 2000); XX Уральская региональная конференция "Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами". (Екатеринбург. 2001); Международная конференция "Разрушение и мониторинг свойств металлов". (Екатеринбург. 2001); XVII Петербургская конференция "Ультразвуковая дефектоскопия металлоконструкций". (Санкт-Петербург. 2001); Научно-практическая конференция ученых транспортных вузов "Актуальные проблемы

Транссиба на современном этапе". (Новосибирск. 2001); XVI российская научно-техническая конференция "Неразрушающий контроль и диагностика" (Са 1КТ-Петербург 2002); Региональная научно-практическая конференция "Вузы Сибири и дальнего востока - ТРАНССИБу". (Новосибирск. 2002); Международная конференция "Разрушение и мониторинг свойств металлов". (Екатеринбург. 2003).

Публикации. По теме данной диссертации автором опубликовано 11 пе-чат 1ых работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из вве гения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 122 наименований, приложений. Диссертационная работа содержит 167 страниц машинописною текста, включая 7 таблиц и 75 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель и зад «и исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту

В первой главе содержатся результаты краткого аналитического обзора состояния неразрушающего контроля рельсов находящихся в условиях экс-пл>атации. Рассматриваются варианты решения проблемы безопасной эксплуатации железнодорожных рельсов. Приводятся используемые на данный момент браковочные критерии для оценки степени дефектности рельса.

Рассматриваются достижения отечественных и зарубежных исследователей в области исследования АЭ от развивающихся дефектов. Проведен анализ исг ользования АЭ в неразрушающем контроле. Приводится краткий обзор информативных параметров сигнала АЭ, по которым в большинстве случаев оп-ре; еляется степень дефектности объекта контроля. Обсуждаются достоинства и не; остатки метода АЭ. Рассматриваются различные методы локализации сигнал ов АЭ Проанализированы закономерности поведения АЭ при различных испытаниях материалов. В частности, приводятся закономерности генерации

АЭ при пластических деформациях, при образовании и росте трещин.

На основании анализа литературных данных сделан вывод о возможности создания методики АЭ контроля рельсов при их эксплуатации.

Во второй главе исследована форма сигнала АЭ в целях более точного определения информативных параметров, позволяющих повысить достоверность контроля изделия. Рельс является существенно протяженным объектом и необходимым условием проведения НК является точное определение местоположения источника АЭ, а следовательно и развивающегося дефекта. В частности, в главе исследуется возможность уточнения определения момента времени прихода сигнала АЭ на приемник акустической эмиссии напрямую связанного с точностью локализации источника АЭ. Выясняется степень влияния различных факторов на точность локализации источника АЭ. Рассматриваются такие факторы как отношение уровня шума к уровню сигнала и время нарастания переднего фронта сигнала.

Разработан алгоритм определения времени прихода сигнала АЭ. Один из ПАЭ регистрирует сигнал с максимальной амплитудой имакс (рис. 1), при этом уровень шумов равен ишум. В момент времени происходит срабатывание аппаратуры АЭ по амплитудному критерию, в момент времени амплитуда сигнала достигает максимального значения. Если считать, что итах » 1/шум то, ошибка определения времени прихода сигнала Л/= г,- /0 равна:

Л^-^Ч':-'.), (1)

Рис. 1 - К определению времени прихода сигнала. ?0- истинное время прихода, // — фактическое время прихода.

т.е. Д/ зависит от отношения сигнал/шум и времени нарастания переднего фронта сигнала. Из (1) следует, что ошибка определения времени прихода растет пинейно с ростом уровня шума, используя данную линейную зависимость мо» но повысить точность определения времени прихода.

Автором предложен алгоритм уточнения момента появления сигнала. Для корректной работы алгоритма требуется с достаточной точностью определить входящие в правую часть формулы (1) переменные. Причем значения {Ушу„, ит1 с, 12 требуются только для вычисления величины наклона переднего фронта сигнала АЭ. В данном случае ичакс не является максимальным значением амплитуды сигнала АЭ. Это есть первый глобальный максимум амплитуды сигнала.

В окончательном виде алгоритм уточнения момента начала сигнала работает следующим образом.

1. Одним из известных методов определяется момент начала сигнала Т0

2. Вычисляются параметры прямой Бпр(0 аппроксимирующей передний фронт сигнала АЭ:

БнрО) = П + т, (2)

3. Далее корректируется время определения момента начала сигнала То'.

Го+Т„„ ( т0+т„„ Тд+Ггш л

I ип Ъп

<„=Г0 V II о* /

Г0*г„ 1е / т0*т„„ \

N. I ип 1л

'.-То V <„=г0

Тист - время при котором функция Бпр(1) = 0.

Тте - время нарастания переднего фронта сигнала АЭ.

и„ - значение сигнала АЭ в момент времени /„.

Все известные методы локализации дают хорошие результаты при больших амплитудах и крутых передних фронтах сигналов АЭ. Проблемы возникают тогда, когда амплитуды сигналов незначительно превышают амплитуду шума, и время нарастания переднего фронта сигнала сравнимо с временем рас-

пространения его от источника АЭ до ПАЭ. Для тестирования алгоритма уточнения времени прихода была разработана модель сигнала АЭ с заранее известным временем прихода и возможностью изменения времени нарастания переднего фронта, уровня шума, максимальной амплитуды и частоты. Все представленные на рис. 2 данные получены усреднением по выборке из десяти вычислений. На рис. 2 представлена погрешность определения истинного времени прихода сигнала вычисленного двухинтервальным методом, Аг = 0 соответствует абсолютно точному определению времени начала. Здесь же представлено уточнение двухинтервального метода (кривая 2) сделанное по формуле (3), из которого видно, что до уровня шума 30 % точность действительно повышается, однако дальше точность начинает падать. Это связанно с тем, что при большом уровне шума сложно корректно определить длительность переднего фронта.

Одним из информативных представлений сигнала АЭ является его разложение в ряд Фурье, но из предшествующих работ следует, что преобразование Фурье всего сигнала не дает достоверной информации о его истинном спектре. Излучение сигналов АЭ является дискретным процессом и, следовательно, характер сигнала сильно изменяется во времени (рис. 3). В интервале

интервальным методом: а - от соотношения шум/сигнал (кривая 1), б - от длительности нарастания переднего фронта Т„„ (кривая 1). Уточнение определения времени прихода сигнала по форме его передней части (кривые 2).

"а" :игнал отсутствует - область предыстории, интервал "б" - начало прихода сигнала. В интервалах "в" и "г" - существенными становятся процессы много-кра'ных отражений акустического сигнала внутри образца

Рис 4 — Сонограмма сигнала АЭ (Усреднение по 20 сигналам).

(реверберация). Точную границу между областью начала прихода сигнала и областью реверберации установить сложно, она определялась исходя из данных геометрических размеров образца и анализа автокорреляционной функции. По-сксльк> в каждой из вышеперечисленных областей характер сигнала существе? но различается, то вычисляли частотный спектр в каждой из них отдельно. Вь,числение спектра проводилось с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ), после чего спектр был усреднен по нескольким сигналам, локализованным в одной и той же области.

Зависимость амплитудно-частотной характеристики сигналов АЭ от времени иллюстрирует сонограмма (рис. 4), на которой изображена непрерывная эволюция спектральной функции внутри сигнала АЭ. В области предыстории наблюдается характерный спектр шумового сигнала. С началом прихода сигнала появляются ярко выраженные пики, соответствующие набору кратных гармоник. Когда сигнал стабилизируется, в спектре остаются только выделенные частоты С приходом на ПАЭ отраженных сигналов в частотном спектре проявляется характерный экспоненциальный спад, объясняемый гем, что вследствие сбоя фазы колебаний происходит уширение выделенных частот, обусловленного приходом отражённых сигналов.

В третьей главе исследуется энергосодержание сигналов непрерывной акустической эмиссии для объяснения отсутствия сигналов АЭ при монотонном развитии трещинноподобного дефекта. Для обеспечения необходимых условий эксперимента исследованы различные сочетания звукопоглощающих материалов На основании полученных результатов создано устройство эффективного подавления акустических шумов в исследуемом образце, с сохранением приемлемых динамических характеристик нагружения. Данное устройство реализовано в виде специфических захватов для испытательной машины. В результате уровень шумов в образце уменьшился более чем на три порядка по сравнению со стандартными захватами, которыми комплектовалась нагружающая система.

Технические характеристики звукопоглощающего устройства следующие:

1. максимальная статическая нагрузка - 25-104 Н;

2. максимальная циклическая нагрузка - 15-104 Н;

4. коэффициент подавления механических шумов - 1200 (по сравнению с комплектными захватами установки ГМ8ТТЮМ-8800);

7. масса - 21,5 кг;

С помощью разработанного устройства исследована низкоэнергетическая составляющая сигнала АЭ в образцах из рельсовой стали

Акустический сигнал регистрировался пакетами с частотой дискретиза-

ции 2 МГц, скважность пакетов изменялась в пределах от 1 мкс до 5 мкс. Для каждого пакета сигналов регистрировалось время измерения с точностью до 1 мкс, а так же вычислялись максимальный размах амплитуды сигнала среди значений всего пакета и энергосодержание пакета Елс акустического сигнала:

128

£ " (4)

2 - импеданс линии измерения, является постоянной величиной в процессе измерения, А„ - амплитуда сигнала и-ого измерения.

По Еас вычислялась средняя мощность акустического сигнала зарегистрированная при повышении нагрузки на АР, = 500 кг:

2Хс

. (5)

А Т,

2Х

-ас - сумма энергосодержания всех пакетов акустического сигнала

м,

пришедших в интервале нагрузок от Р,.\ до Р„ АТ, - время возрастания нагрузки от Р,.\ до Л-

После регистрации пакета акустического сигнала вычислялся его максимальный размах. В случае превышения размахом некоторого заранее установленного порога сигнал исключался. В дальнейшем учитывали только сигналы, расположенные в малой начальной области амплитудного распределения.

В последующем, при нагружении образца, из значения мощности зарегистрированного сигнала вычитался уровень мощности шума в зависимости от приложенной на данный момент нагрузки.

На рис. 5 представлена разность средней мощности акустического шума при наличии и отсутствии пластической деформации в материале образца. По диаграмме нагружения о(е) рассчитаны условный предел текучести материала а02 = 400 ± 30 МПа, и временное сопротивление разрушению материала сгв = 650 ± 30 МПа. Из рисунка видно, что в области а0 2 отсутствует максимум, ха-

10 " Вт

< 4 ]

2 п

|

о _ -----—

О 80 160 240 320 400 480 560 640 МПа

о —>

Рис 5 - Зависимость средней мощности акустических шумов от уровня нагрузки на образец № 2

рактерный для непрерывной акустической эмиссии. Это может объясняться иным поведением сигнала АЭ в области малых амплитуд. При регистрации всех сигналов непрерывной АЭ в области нагрузок, соответствующих пределу текучести материала, увеличивается вклад сигналов с большими амплитудами, которые отпостятся к дискретной АЭ и имеют другую природу возникновения.

Изучена закономерность поведения средневзвешенной частоты /св сигнала АЭ, вычисляемой по формуле:

64

I Е. ■ /< (6)

Г _ _

^ св 64 »

1 = 1

/, - частота г'-той гармоники сигнала, Е, - энергия соответствующей частотной гармоники. Получена зависимость, представленая на рис. 6. Частота плавно уменьшается с возрастанием уровня напряжений Для объяснения полученного результата было проведено исследование связи средневзвешенной частоты сигнала с его энергосодержанием на модельных сигналах, у которых изменялось соотношение сигнал/шум, при этом частота сигнала оставалась неизменной. В результате вычисления получилась такая же зависимость как и на реальных образцах из рельсовой стали. Следовательно поведение средневзвешенной часто-

Рис.6 - Связь изменения средневзвешенной частоты акустического сигнала с уровнем нагрузки на образце.

ты акустического сигнала объясняется влиянием двух факторов: наличием области частот с наибольшей чувствительностью у ПАЭ и возрастанием энергосодержания сигнала. Из за наличия области резонансных частот у ПАЭ возникает "эффект колокола", то есть ПАЭ возбуждают на различных частотах, но в результате электрический сигнал обладает основной частотой равной резонансной частоте ПАЭ. В начале, когда уровень полезного акустического сигнала сравним с уровнем собственных электрических шумов аппаратуры, сигнал имеет равномерную АЧХ, то есть E(f) = Е0 = const тогда средневзвешенная частота равна /св=/мах /2, в нашем случае /Св = 512 кГц. Этот факт отражен в начальной части графика на рис. 6. Далее амплитуда сигнала начинает превышать уровень электрических шумов аппаратуры и преобладающей частотой становится резонансная частота ПАЭ равная 100 кГц, что и наблюдается на конечной части графика.

В четвертой главе приводятся результаты практических испытаний расположенных на мосту рельсов. Излагаются варианты устранения влияния электромагнитных и акустических шумов на результаты контроля . Обосновывается возможность использования в качестве тестового нагружения рельса веса проходящего поезда.

Для исследования изменения напряженно-деформированного состояния в материале рельса непосредственно при проходе поезда автором сконструирова-

на тензометрическая система, предназначенная для совместного использования со съемным тензометрическим преобразователем. Данная система жестко синхронизирована с АЭ системой по времени.

При проведении измерений деформаций рельса № I расположенного на мосту было обнаружено, что задолго до наезда поезда на контролируемый рельс, в последнем возникают продольные напряжения (рис. 7). Напряжения

Т-*

Рис. 7 - Временная зависимость продольных деформаций г,:: в рельсе № 2 при проходе поезда с запада на восток А - время до захода поезда на контролируемый рельс, В — время прохода поезда по рельсу, С - время после ухода поезда с рельса

такого же характера возникают в рельсе и после ухода поезда с контролируемою рельса. Первоначально была сделана попытка объяснить это явление идущей перед надвигающимся поездом волной сжатия и следующей за поездом волной растяжения в рельсе. При моделировании этого процесса выяснилось несовпадение уровня деформаций с экспериментально измеренным. Кроме того распределение деформаций перед идущим поездом отличается от рассчитанного. После проведения дополнительных экспериментов на мосту, обнаружилось различие в характере поведения продольных напряжений при различных направлениях движения поезда. Учтановлено различие в картинах напряженно-деформированного состояния для рельсов расположенных на различных участках пролета моста. Такое поведение напряженно-деформированного состояния рельса объясняется тем, что соответствующие продольные напряжения в рельсе возникают вследствие деформации конструкций моста под весом проходящего

поезда. При проходе поезда по рельсу, лежащему на твердой поверхности, продольных деформаций такого уровня как на мосту, предшествующих наезду поезда на рельс не было, как не было и деформаций противоположного знака после прохода поезда. Таким образом, естественным путем реализуется ступенчатый процесс нагружения для объектов ответственного назначения.

Контроль рельсов на мосту усложняет наличие большого количества то-копроводящих деталей моста вследствие возникновении множества замкнутых токовых контуров и поверхностей отражения электромагнитного излучения радиодиапазона. Кроме того, возникает большая разность потенциалов между рельсом и мостовыми конструкциями. Проблему отстройки от электромагнитных шумов удалось решить только после гальванической развязки исследовательской аппаратуры и конструкций моста с помощью автономного питания, а также после заземления аппаратуры на контролируемый рельс и изоляции преобразователей акустической эмиссии (ПАЭ) от рельса.

При заходе поезда на рельс, в последнем возникают интенсивные низкочастотные механические колебания и ультразвуковые волны, распространяющиеся по всему рельсу. Волны с большой амплитудой и в широком диапазоне частот возникают при прохождении колесом рельсового стыка. В месте контакта колесо-рельс постоянно возникают акустические волны разгрузки из-за несовершенства поверхности катания колеса. Все эти волны распространяются вдоль рельса, многократно переотражаясь (рис. 8, временной интервал "В"). Средняя амплитуда шума во время прохода поезда составляет около 80% от максимально измеряемой, и превышает среднюю амплитуду сигналов АЭ от развивающихся дефектов более чем в пять раз. Вместе все это делает невозможным регистрацию сигналов АЭ от развивающихся дефектов со сравнительно небольшой амплитудой непосредственно в момент прохождения поезда при использовании обычных методов выделения сигналов по превышению над уровнем шума. Практически все сигналы от источников АЭ расположенных внутри рельса были получены в течение временных периодов "А" и

Рис 8 - Уровень акустических шумов в рельсе при проходе поезда. А - время до захода поезда на контролируемый рельс, В - время прохода поезда по рельсу, С - время после ухода поезда с рельса

"С", остальные зарегистрированные сигналы связанные с различными источниками шума приходили в основном во временном интервале "В".

В эксперименте исследовали рельсы марки Р65 длиной по 12,5 метров. Ряд рельсов имел сварные стыки. Каждый рельс контролировался при проходе по нему не менее трех поездов. Результаты контроля рельсов, в которых были обнаружены дефекты, сведены в таблицу I.

Как видно из представленной таблицы, количество зарегистрированных сигналов намного превышает количество локализованных сигналов, это объясняется тем, что невозможно полностью избавиться от шумовых сигналов, пришедших во время прохода поезда по рельсу. Все зарегистрированные сигналы от источников расположенных внутри рельса были выявлены либо до захода поезда на рельс, либо после ухода поезда с рельса. На рис. 9 представлено распределение "опасных" локализованных сигналов АЭ и энергосодержание различных источников. На основании данных энерговыделения и количества

Таблица № 1 - Результаты АЭ контроля рельсов расположенных на мосту

Заводской номер рельса Общее кол-во принятых сигналов Кол-во опасных сигналов Класс источников Примечание

К VI 97Р65ПН 1064 1677 7 I класс

К IX 95 Р65 П 2072 А 3 1539 11 II класс Св. стык 2.2 м

К IV 97 Р65 НММ 675 / КIII 97 Р65 П 617 К 1 1706 46 II класс Св. стык 6 м

шт.

'Г

т"!

г го I

4 Г

Дж б -,3[

2 2

X

м

4 5

4 5

ь

ю м

Рис. 9 - Распределение локализованных сигналов (а) и плотность распределения энергии (б) от источников АЭ в рельсе № 3.

сигналов из данной области определяется степень опасности источника.

После завершения АЭ контроля был выполнен тщательный контроль рельсов штатным ультразвуковым дефектоскопом "ПОИСК 10-Э", но в подозрительных местах выявленных методом АЭ ни чего не было обнаружено. Подтверждающий ручной контроль ультразвуковым дефектоскопом УД 2-12 показал, что в местах акустической активности рельсов на поверхности катания, подголовочной грани со стороны рабочей поверхности и в перьях подошвы имеются эхо сигналы малой условной протяженности (около 10 мм), незначительно превышающие браковочную чувствительность. Данные дефекты можно отнести к развивающимся, они квалифицируются как допустимые при штатном методе контроля. За выявленными подозрительными местами установлено наблюдение.

Таким образом, был организован АЭ контроль рельсов на мосту через р. Обь. В результате проведенной работы изучен характер механических и электромагнитных шумов и найдены способы борьбы с ними, обосновано использование напряженно-деформированного состояния в материале рельса создаваемого с помощью проходящего поезда.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Увеличена точность определения местоположения дефектной зоны за счет использования анализа формы сигналов АЭ от различных источников, включающего учет скорости нарастания переднего фронта сигнала.

2. Установлена устойчивая корреляция между упругой энергией, выделившейся при росте трещины, с энергией зафиксированных сигналов АЭ, на основании изучения амплитудно-частотных параметров сигналов АЭ возникающих при разных напряженно-деформированных состояниях в материале.

3. Анализ временного изменения АЧХ сигналов АЭ дал основание утверждать, что сигнал можно разбить на несколько частей, степень информативности которых существенно различается. Начальная часть сигнала от момента его появления до первого локального максимума несет информацию об источнике АЭ, последующая часть содержит информацию о пути распространения акустического импульса.

4. Получена зависимость увеличения мощности низкоэнергетической составляющей сигналов непрерывной АЭ от роста величины механических напряжений в материале рельсовой стали. Мощность монотонно возрастает до напряжений примерно соответствующих условному пределу текучести материала, далее остается постоянной до самого разрушения. На основе проведенных исследований, спроектировано и создано устройство эффективного подавления механических шумов в исследуемом образце, идущих от испытательной машины, с сохранением приемлемых динамических характеристик нагружения. Принцип подавления шумов основан на чередовании материалов с существенно различными акустическими сопротивлениями.

5. Предложен и экспериментально подтвержден способ создания напряженно-деформированного состояния в материале рельса расположенного на железнодорожном мосту, необходимого для проведения АЭ контроля с помощью нагрузки проходящего поезда. Для возможности проведения многофакторного анализа состояния экспериментальных образцов и реальных объектов,

разработано устройство высокоточной синхронизации по времени, систем р ;гистрации акустикоэмиссионной и тензометрической информации. 6 Исследована и доказана на практике возможность проведения АЭ контроля в у:ловиях мощных механических и электромагнитных помех в процессе дви-» ения поезда. Влияние электромагнитных помех устраняется полной гальванической развязкой объекта контроля и исследовательской аппаратуры Рлияние механических помех устраняется разнесением по времени моментов проведения АЭ контроля и прохода поезда по контролируемому рельсу В результате проведенного комплекса работ разработана и внедрена методика контроля рельсов, расположенных на железнодорожном мосту.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1 Муравьев М.В. Исследование возможности проведения акустико-эмтхсионного контроля рельсов. "Вузы Сибири и дальнего востока -ТРАНССИБу". Тезисы региональной научно-практической конференции (Новосибирск. 27-29 ноября 2002 г.), Новосибирск: Изд-во СГУПС. 2002. С. 223.

2. Муравьев М.В. Применение акустико-эмиссионного метода для неразру-шающего контроля рельсов. Сборник трудов международной конференции "Разрушение и мониторинг свойств металлов": (ИМАШ, Екатеринбург, 26-30 мa^ 2003 г.).

3. Муравьев В В., Муравьев М.В., Бехер С.А. Влияние условий нагружения на иноормативные параметры и спектр сигналов акустической эмиссии в образцах из '/глеродистых сталей. - Дефектоскопия. 2002. № 7. С. 10-20.

4. Муравьев В.В , Муравьев М.В , Бехер С.А. Применение новой методики обработки сигналов для повышения точности локализации источников АЭ. - Дефектоскопия 2002. № 8. С. 15-28.

5 Муравьев В В , Муравьев М.В., Бехер С.А. Связь накопленной поврежденное ти в конструкционных сталях с акустическими параметрами сигналов "Разрушение и мониторинг свойств металлов": Тезисы докладов международной

конференции (ИМАШ, Екатеринбург, 16-19 мая 2001 г.), Под ред. Смирнова C.B. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН: 2001. С. 118-119.

6. Муравьев В.В., Муравьев М.В., Бехер С.А. Оценка накопленной повреждаемости металлических конструкций акустическими методами для определения остаточного ресурса. "Ультразвуковая дефектоскопия металлоконструкций" Сборник докладов XVII Петербургской конференции (Санкт-Петербург-Репино, 6-8 июня 2001 г.), Санкт-Петербург, 2001. С. 61-65.

7. Муравьев М.В., Бехер С.А. Повышение достоверности неразрушающего контроля методом акустической эмиссии посредством увеличения точности локализации источников сигнала. "Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе": Тезисы научно-практической конференции ученых транспортных вузов (Новосибирск, 21-23 октября 2001 г.), Новосибирск: Изд-во СГУПС, 2001. 1 С.

8. Муравьев В.В., Муравьев М.В., Бехер С.А. Влияние условий нагружения на информативные параметры и спектр сигналов акустической эмиссии в образцах из углеродистых сталей, "Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе": Тезисы научно-практической конференции ученых транспортных вузов (Новосибирск, 21-23 октября 2001 г.), Новосибирск: Изд-во СГУПС, 2001. 1 С.

9. Муравьев В.В., Муравьев М.В., Бехер С.А. Исследование структуры сигналов акустической эмиссии с целью повышения точности локализации дефектов. СПб 2002 г. Труды XVI российской научно-технической конференции "Нераз-рушающий контроль и диагностика": Санкт-Петербург, 9-12 сентября 2002. 9 С. Ю.Муравьев В.В., Муравьев М.В., Бехер С.А. Снижение уровня шумов при испытаниях методом акустической эмиссии. Труды XVI российской научно-технической конференции "Неразрушающий контроль и диагностика": Санкт-Петербург, 9-12 сентября 2002. 8 С.

П.Муравьев В.В., Муравьев М.В., Бехер С.А. Экспериментальное исследование влияния вида разрушения металлических материалов на характер акустической эмиссии. "Разрушение и мониторинг свойств металлов": Сборник трупов международной конференции (ИМАШ, Екатеринбург, 26-30 мая 2003 г.).

РНБ Русский фонд

2006-4 33829

Подписано в печать 03.10.2003 Объем 1,5 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 1131

Отпечатано с готового оригинал-макета в издательстве СГУПСа Новосибирск, ул. ДКовальчук, 191

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

1.1 Состояние неразрушающего контроля рельсов.

1.2 Акустико-эмиссионный контроль объектов.'.

1.2.1 Измеряемые параметры сигналов АЭ.

1.2.2 Определение координаты источника.

1.2.3 АЭ при прочностных испытаниях материалов.

1.2.4 АЭ при усталостных испытаниях материалов.

1.3 Возможность применения АЭ метода для контроля рельсов.

Выводы по 1 главе.

2 ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ ИНФОРМАТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА АЭ.

2.1 Исследование структуры сигналов АЭ с целью повышения точности определения местоположения дефектов.

2.1.1 Факторы влияющие на точность определения местоположения иточ-ника сигнала АЭ.

2.1.2 Разработка алгоритма уточнения момента появления сигнала.

2.1.3 Сравнительный анализ методов определения местоположения сигналов АЭ с использованием разработанного алгоритма.

2.2 Исследование информативных параметров сигналов акустической эмиссии при испытаниях образцов.

2.2.1 Схема эксперимента.

2.2.2 Определение местоположения источника сигналов АЭ в эксперименте с образцами.

2.2.3 Частотные характеристики сигналов АЭ.

2.2.4 Малоцикловые испытания образцов. ф 2.2.5 Энергетические параметры сигналов АЭ.

Выводы по 2 главе.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ШУМОВ ПРИ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ ОБРАЗЦОВ ИЗ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ.

3.1 Механические шумы.

3.2 Изучение акустических характеристик материалов.

3.3 Многослойная шумоизоляция.

3.4 ИЗУЧЕНИЕ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА ПРИ ИСПЫТАНИИ ОБРАЗЦОВ.

Выводы по 3 главе.

4 ПРИМЕНЕНИЕ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО МЕТОДА ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ РЕЛЬСОВ.

4.1 Изучение напряженно-деформированного состояния рельса на мосту в динамике.

4.2 Изучение акустического и электромагнитного фона при проведении

АЭ контроля рельсов на железнодорожном мосту.

4.3 Методика проведения АЭ исследований рельсов.

4.4 Результаты АЭ контроля.

Выводы по 4 главе.

В современных условиях особое значение приобретают проблемы надежности и долговечности машин и конструкций. Решение этих задач неразрывно связано с обеспечением эффективного диагностирования возникающих в изделиях дефектов при статическом, и особенно при циклическом нагружении, при котором развиваются усталостные трещины. Особенно важен учет циклических нагрузок при эксплуатации объектов железнодорожного транспорта. Детали подвижного состава и элементы верхнего строения пути (в первую очередь рельсы) подвержены знакопеременному нагружению, причем амплитуда прикладываемых нагрузок достигает очень больших величин. Ситуация осложняется тем обстоятельством, что объекты железнодорожного транспорта эксплуатируются при большом перепаде температур окружающей среды, который в условиях Сибири может колебаться от -50 до +50 С°. Неожиданное наступление заключительной стадии усталостного разрушения (хрупкий долом) может приводить в таких случаях к катастрофическому сходу подвижного состава с тяжелыми последствиями.

Проблема неразрушающего контроля рельсов существует уже давно, и на сегодняшний день разработано множество методов позволяющих с различной степенью вероятности определить наличие дефекта внутри рельса. Практически вся протяженность железнодорожных путей контролируется ультразвуковыми дефектоскопами в сочетании с магнитными. Но применение традиционных методов неразрушающего контроля уже не в состоянии в ряде случаев обеспечить надежное выявление всех дефектов.

До сих пор остается очень актуальной проблемой выявление растущего дефекта на начальной стадии его развития, так как частой ситуацией является существенное различие скорости развития дефекта и его геометрических размеров, по которым в настоящее время происходит отбраковка.

Одним из немногих методов способных регистрировать дефекты на начальной стадии развития является метод акустической эмиссии (АЭ). Метод хорошо зарекомендовал себя в некоторых областях промышленности. Основной проблемой стоящей на пути широкого использования метода АЭ на железнодорожном транспорте является отсутствие необходимого количества исследований в этой области, выполненных на современном уровне, с использованием современного научно-исследовательского оборудования.

Цель исследования: разработать методику и аппаратный комплекс с использованием регистрации сигналов АЭ и тензометрии для выявления дефектов, находящихся на начальной стадии развития в рельсах в условиях эксплуатации на железнодорожном мосту.

Для достижения этой цели представляется необходимым решение следующих задач исследования:

1. Определение влияния напряженно-деформированного состояния образцов из рельсовой стали в условиях статического нагружения на спектральные и энергетические информативные параметры сигналов АЭ, и обоснование способа создания напряженно-деформированного состояния в материале рельса, необходимого для проведения АЭ контроля.

2. Снижение погрешности при определении местоположения источников АЭ за счет анализа формы регистрируемых сигналов.

3. Разработка методики и устройства эффективного подавления механических шумов в исследуемом образце, при сохранении приемлемых динамических характеристик нагружения, и исследование низкоэнергетической составляющей непрерывной АЭ при пластическом деформировании материала для последующего использования в качестве информативного параметра при анализе сигналов АЭ.

4. Разработка устройства высокоточной синхронизации по времени систем регистрации акустико-эмиссионной и тензометрической информации.

5. Разработка способа АЭ контроля в условиях мощных механических и электромагнитных помех в процессе движения состава, и разработка методики контроля рельсов расположенных на железнодорожном мосту.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан эффективный алгоритм уточнения определения начала времени прихода сигнала АЭ на преобразователь акустической эмиссии (ПАЭ) с использованием информации о форме переднего фронта сигнала АЭ. Показано, что данный алгоритм одинаково хорошо работает с различными методиками определения начала времени прихода сигнала. Это позволяет повысить точность определения координаты источника АЭ до необходимого уровня. Показано, что внутренняя структура сигнала АЭ при пластическом деформировании материала имеет сложный характер и состоит из нескольких областей, степень информативности которых существенно различается. Установлено, что начальная часть сигнала несет информацию об источнике АЭ, а последующая часть содержит информацию о пути распространения импульса.

2. Установлена линейная корреляция между упругой энергией, выделившейся при росте трещины, с энергией зафиксированных сигналов АЭ.

3. Получена зависимость увеличения мощности низкоэнергетической составляющей сигналов непрерывной АЭ от роста величины механических напряжений в рельсовой стали. Мощность монотонно возрастает до напряжений соответствующих пределу текучести материала, далее остается постоянной до самого разрушения.

Практическая значимость и реализация результатов работы заключается в разработке методики АЭ контроля рельсов в процессе движения поезда по исследуемому участку. Методика выявляет дефекты, находящиеся на начальной стадии развития, независимо от места их расположения, на основе регистрации сигналов АЭ, генерируемых при развитии дефекта. Создано устройство эффективного подавления акустических шумов, поступающих в образец из нагружающего устройства, с сохранением удовлетворительных динамических параметров жесткости при проведении тестовых испытаний. Разработанное устройство шумоподавления может быть использовано как для статических испытаний, так и для циклических испытаний.

Предложенный в работе алгоритм уточнения определения начала времени прихода сигнала используется в АЭ системе СЦАД 16.03 поставляемой в предприятия сети железных дорог.

Разработанная методика АЭ контроля принята к использованию в дорожном центре диагностики пути ЗСЖД для диагностирования рельсов расположенных на железнодорожном мосту через реку Обь (3333 км).

Результаты разработки алгоритма уточнения определения начала времени прихода сигнала, устройства подавления акустических шумов и системы высокоточной синхронизации исследовательской аппаратуры используются в Институте перспективных технологий на транспорте и повышения квалификации СГУПС при чтении лекций и проведении лабораторных работ по дисциплинам "Физические основы методов неразрушаю-щего контроля качества пути и деталей подвижного состава","Акустико-эмиссионная диагностика деталей подвижного состава и конструкций".

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, разработке аппаратуры для проведения исследовательских работ, в проведении лабораторных и натурных экспериментов, а также в обработке и анализе полученных результатов.

Настоящая работа проводилась по гранту в рамках федеральной целевой программы "Интеграция науки и высшего образования России" на 2002-2006 г. (направление 1.2 «Использование потенциала ведущих научных центров страны для стажировки молодых исследователей, аспирантов и докторантов высших учебных заведений»); при поддержке аспирантского гранта в соответствии с Указанием МПС России от 18.03.2000 № 47У, а также в соответствии с планом НИОКР МПС 2000 - 2003 гг.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Алгоритм уточнения определения начала времени прихода сигнала АЭ на ПАЭ на основе анализа формы переднего фронта сигнала.

2. Результаты экспериментальных исследований структуры сигнала АЭ при пластическом деформировании материала, позволяющие выделить области непосредственно ответственные за процесс развития трещины и путь пройденный сигналом по объекту.

3. Экспериментальные результаты зависимости мощности низкоэнергетической составляющей сигналов непрерывной АЭ от величины механических напряжений в материале образцов из рельсовой стали.

4. Методика неразрушающего контроля рельсов АЭ методом с одновременным учетом результатов тензометрии, при использовании проходящего поезда в качестве внешней нагрузки.

Достоверность полученных результатов обеспечивается:

- применением фундаментальных положений физической акустики, механики деформируемого твердого тела и физики прочности.

- корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью;

- большим объемом экспериментальных данных и сопоставлением полученных результатов с результатами других авторов;

- использованием современных, взаимно дополняющих, экспериментальных методик и методов статистической обработки результатов;

- сходимостью с результатами ручной дефектоскопии рельсов ультразвуковым методом при повышении чувствительности.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: Всероссийская конференция "Проблемы железнодорожного транспорта". (Иркутск. 2000); Всероссийская научно-практическая конференция "ТрансСибВуз-2000". (Омск. 2000); XX Уральская региональная конференция "Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами". (Екатеринбург. 2001); Международная конференция "Разрушение и мониторинг свойств металлов". (Екатеринбург. 2001); XVII Петербургская конференция "Ультразвуковая дефектоскопия металлоконструкций". (Санкт-Петербург. 2001); Научно-практическая конференция ученых транспортных вузов "Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе". (Новосибирск. 2001); XVI российская научно-техническая конференция "Неразрушающий контроль и диагностика". (Санкт-Петербург. 2002); Региональная научно-практическая конференция "Вузы Сибири и дальнего востока - ТРАНССИБу". (Новосибирск. 2002); Международная конференция "Разрушение и мониторинг свойств металлов". (Екатеринбург. 2003).

Публикации. По теме данной диссертации автором опубликовано 11 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 122 наименований, приложений. Диссертационная работа содержит 167 страниц машинописного текста, включая 7 таблиц и 75 рисунков.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Обобщая результаты работы, можно сделать следующие выводы:

1. Увеличена точность определения местоположения дефектной зоны за чет использования анализа формы сигналов АЭ от различных источников, включающего учет скорости нарастания переднего фронта сигнала.

2. Установлена устойчивая корреляция между упругой энергией, выделившейся при росте трещины, с энергией зафиксированных сигналов АЭ, на основании изучения амплитудно-частотных параметров сигналов АЭ возникающих при разных напряженно-деформированных состояниях в материале.

3. Анализ временного изменения АЧХ сигналов АЭ дал основание утверждать, что сигнал можно разбить на несколько частей, степень информативности которых существенно различается. Начальная часть сигнала от момента его появления до первого локального максимума несет информацию об источнике АЭ, последующая часть содержит информацию о пути распространения акустического импульса.

4. Получена зависимость увеличения мощности низкоэнергетической составляющей сигналов непрерывной АЭ от роста величины механических напряжений в материале рельсовой стали. Мощность монотонно возрастает до напряжений примерно соответствующих пределу общей текучести материала, далее остается постоянной до самого разрушения. На основе проведенных исследований, спроектировано и создано устройство эффективного подавления механических шумов в исследуемом образце, идущих от испытательной машины, с сохранением приемлемых динамических характеристик нагружения. Принцип подавления шумов основан на чередовании материалов с существенно различными акустическими сопротивлениями.

5. Предложен и экспериментально подтвержден способ создания напряженно-деформированного состояния в материале рельса расположенного на железнодорожном мосту, необходимого для проведения АЭ контроля с помощью нагрузки проходящего поезда. Для возможности проведения многофакторного анализа состояния экспериментальных образцов и реальных объектов, разработано устройство высокоточной синхронизации по времени, систем регистрации акустико-эмиссионной и тензометрической информации.

6. Исследована и доказана на практике возможность проведения АЭ контроля в условиях мощных механических и электромагнитных помех в процессе движения состава. Влияние электромагнитных помех устраняется полной гальванической развязкой объекта контроля и исследовательской аппаратуры. Влияние механических помех устраняется разнесением по времени моментов проведения АЭ контроля и прохода поезда по контролируемому рельсу. В результате проведенного комплекса работ разработана и внедрена методика контроля рельсов, расположенных на железнодорожном мосту.

1. Ахметзянов М.Х., Тихомиров В.М., Шабанов А.П. и др. Износ рельсов иколес подвижного состава. / Под ред. К.Л. Комарова, Н.И. Карпущенко. Новосибирск.: СГАПС, 1997. - 153 с.

2. Семенов В.Т., Карпущенко Н.И. Состояние и перспективы развитияпутевого хозяйства. Новосибирск: Изд-во СГУПСа (НИИЖТа), 2000.-246 с.

3. Бугаенко В.М. Система диагностики пути и НК рельсов основа автоматизированной системы управления путевым хозяйством. - В мире неразрушающего контроля, 2000. № 4. с. 51-54.

4. Марков А.А. Дефектоскопия рельсов. В мире неразрушающегоконтроля, 2002. № 4. с. 74-76. щ 5. Гурвич А.К., Донвар Б.П., Козлов В.Б., и др. Неразрушающий контрольрельсов при их эксплуатации и ремонте. / Под ред. А.К. Гурвича М.: Транспорт, 1983. - 318 с.

5. Мелентьев Л.П., Порошин В.Л., Фадеев С.И. Содержание и ремонтрельсов. М.: Транспорт, 1977. - 158 с.

6. Рейхарт В.А. Контактно усталостная стойкость опытных рельсовпроизводства ОАО "КМК". Сборник трудов юбилейной рельсовой комиссии ОАО "КМК". Новокузнецк: Новокузнецкий полиграфкомбинат, 2002. с. 35-42.

7. Алешин Н.П., Белый В.Е., Вопилкин А.Х. и др. Методы акустическогоконтроля металлов: / Под ред. Н.П. Алешина. М.: Машиностроение, 1989.-456 с.

8. Щербинин В.Е., Горкунов Э.С. Магнитный контроль качества металлов.- Екатеринбург: УрО РАН, 1996. 264 с.

9. Муравьев В.В., Зуев Л.Б., Комаров К.Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Наука, 1996. 184 с.

10. Вопилкин А.Х., Гурвич А.К., Ермолов И.Н., и др. Акустические методы и средства контроля. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник/ Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1995. с. 142-235.

11. Гурвич А.К. С новыми средствами НК рельсов в пути в новый 2001 г. - В мире неразрушающего контроля, 2000. № 4. с. 54-56.

12. Марков А.А. Бершадская Т.Н., Белоусов Н.А. Совершенствование технологии неразрушающего контроля рельсов. Сборник научных трудов "Современные технологии извлечения и обработки информации". Санкт-Петербург: Радиоавионика, 2001. с. 28-44.

13. Автомотриса дефектоскопная электрическая АДЭ-1. Учебное пособие. М.: Изд-во "Фирма ТВЕМА", 2001. - 231 с.

14. Горделий В.И. Повышение эффективности э функциональных возможностей мобильных средств дефектоскопии рельсов. В мире неразрушающего контроля, 2000. № 1. с. 38-40.

15. Сорочихин Н.С. Новые технологии ремонта и текущего содержания пути. Там же. с. 25-36.

16. Белов И.В., Терешина Н.П., Галабурда В.Г. и др. Экономика железнодорожного транспорта. / Под ред. Н.П. Терешиной, Б.М. Лапидуса, М.Ф. Трихункова. М.: УМК МПС России, 2001. - 600 с.

17. Анализ состояния безопасности движения по итогам 2002 года. Ежегодный отчет по Западно-Сибирской железной дороге. -Новосибирск: МПС РФ, 2002. 30 с.

18. Бугаенко В.М. Перспективы совершенствования системы контроля рельсов. Путь и путевое хозяйство, 1997. № 11. с. 6-9.

19. Нормативно-техническая документация. НТД/ЦП-1-93, НТД/ЦП-2-93, НТД/ЦП-3-93. М.: Транспорт, 1993. - 64 с.

20. Марков А.А., Шпагин Д.А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов. СПб.: Изд-во "Образование - Культура", 1999. - 230 с.

21. Шур Е.А., Трусова Т.Н., Григорович К.В., и др. Применение фракционного газового анализа для оценки эксплуатационных свойств рельсов. Сборник трудов юбилейной рельсовой комиссии ОАО "КМК". Новокузнецк: Новокузнецкий полиграфкомбинат, 2002. с. 229-247.

22. Снитко Ю.П., Григорович К.В., Шур Е.А. Влияние неметаллических включений на усталостные свойства рельсов. Сборник трудов юбилейной рельсовой комиссии ОАО "КМК". Новокузнецк: Новокузнецкий полиграфкомбинат, 2002. с. 257-267.

23. Ахметзянов М.Х., Тырин В.В., Клепиков А.С. Напряженное состояние у фронта продольной трещины в головке рельса. "Напряжения и деформации в ж.-д. конструкциях": Сб. науч. тр. / НИИЖТ. Новосибирск, 1988.

24. Вериго М.Ф. Еще раз о причинах и механизмах контактно-усталостных отказов рельсов. Вестн. ВНИИЖТа. 2001. № 5. с. 21-26.

25. Щербинский В.Г., Алешин Н.П. Ультразвуковой контроль сварных соединений. М.: МГТУ им Н.Э. Баумана, 2000. - 496 с.

26. Ахметзянов М.Х., Кушнеров В.А. Определение остаточныхнапряжений в железнодорожных рельсах. Тр. НИИЖТа. Вып. 62. Новосибирск, 1967. с. 268-284.

27. Лысюк B.C. Причины и механизм схода колеса с рельса. Проблема износа колес и рельсов. М.: Транспорт, 1997. - 188 с.

28. Гурвич А.К., Тарасенко В.В., Ежов В.В. Принципы планирования периодичности контроля рельсов. В мире неразрушающего контроля, 2000. № 2. с. 37-39.

29. Приказ МПС РФ № 12-Ц от 16.08.94 г. "Положение о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах Российской Федерации".

30. Приказ МПС РФ № 2-ЦЗ от 25.07.97 г. "О совершенствовании системы контроля состояния рельсов средствами дефектоскопии".

31. Грешников В.А., Дробот Ю.Б. Акустическая эмиссия. Применение для испытания материалов и изделий. М.: Изд-во стандартов, 1976. - 272 с.

32. ГОСТ 2765-83. Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения.

33. Forster F., Scheil Е. Akustische Untersuchung der Bildung von Martensitnadeln. Z. Metallkunde, 1936. Sep. p. 245-247.

34. Mason W., McSkimin H., Shockley W. Ultrasonic observation of twinning in tin. Phys. Rev. 1948. May. p. 1213-1214.

35. Kaiser J. Untersuchungen under das Auftreter Geraushen beim Zugversuch. Ph. D. Thesis. Technische Hochsehule Munchen. Munich, Germany, 1950.- 123 p.

36. Green A., Lockman C., Steek R. Acoustic Verification of Structural Integrity of Polaris Chambers. Mod. Plast. 1964. July. p. 137-139,178,180.

37. Dunegan H.L. Acoustic emission: A promising technique. UCID-4643. Lowrence Radiation Laboratory, Livermore, California, 1963. Dec. 9. p. 203-238.

38. Tatro С. Sonic Techniques in the Detection of Crystel Slip in Metals. Progress Report. Engineering Research, 1957. p. 23-28.

39. Liptai R.G., Harris D.O., Engle R.B., Tatro C.A. Acoustic Emission Technique in Material Research. Int. J. Nondestruct. Test. 1971. Vol. 3, N l.p. 105.

40. Коллакот P. Диагностика повреждений. Пер. с англ. М.: Мир, 1989. -512 с.

41. Sckofield В., Barreiss В. e.t.c. Acoustic Emission under applied stress. WADC Technical Report. Lessells and Associates, Inc. N 58-194. Boston, Mass., 1958.-38 p.

42. Стрижало В.А. Циклическая прочность и ползучесть металлов при малоцикловом нагружении в условиях низких и высоких температур. Киев: Наук, думка, 1978. - 238 с.

43. Писаренко Г.С., Стрижало В.А., Гришко В.Г., и др. Автоматизированная система "Эхо" для исследования акустико-эмиссионных свойств материалов. Диагностика и прогнозирование разрушения сварных конструкций, 1986. Вып. 3. с. 95-100.

44. Дробот Ю.Б., Лазарев A.M. Неразрушающий контроль усталостных трещин акустико-эмиссионным методом. М.: Издательство стандартов, 1987. - 128 с.

45. Грешников В.А., Дробот Ю.Б., Иванов В.И. Акустико-эмиссионные методы и приборы неразрушающего контроля. Приборостроение и автоматический контроль: Сб. статей. М.: Машиностроение, 1978. Вып. 1. с. 62-101.

46. Маслов Б.Я., Холькин О.И., Калинов Г.А. Прибор Амур-6 для обнаружения дефектов с указанием их местоположения. Дефектоскопия, 1979. № 12. с. 5-9.

47. Муравин Г.Б., Лезвинская Л.М., Макарова Н.О., Павловская Г.С. Задачи акустико-эмиссионной диагностики процесса коррозии.

48. Дефектоскопия, 1990. № 2. с. 18-28.

49. Стрижало В.А., Добровольский Ю.Б., Стрельченко В.А. и др. Прочность и акустическая эмиссия материалов и элементов конструкций. Киев: Наук, думка, 1990. 232 с.

50. Анисимов В.К. О "мгновенном" определении двух координат источников сигналов акустической эмиссии. Дефектоскопия, 1980. № 8. с. 66-69.

51. Вайнберг В.Е., Дехтярь Л.И. Акустико-эмиссионный контроль керамических быстровращающихся изделий термонагружением. -Дефектоскопия, 1989. № 11. с. 87-89.

52. Шухостанов В.К. Интеллектуальные АЭ-технологии изготовления, эксплуатации и ремонта современных сварных конструкций. -Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1991. № 3. с. 42-48.

53. Буденков Г.А., Недзвецкая О.В., Котоломов А.Ю. Излучение волн Рэлея в процессе поверхностного растрескивания. Дефектоскопия, 1998. №. с. 13-19.

54. Фадеев Ю.И., Бартенев О.А., Волкова З.Г., Чекмарев Н.Г. Определение механических характеристик сталей методом акустической эмиссии. Дефектоскопия, 1987. № 8. с. 45-49.

55. Трипалин. А.С., Буйло С.И. Акустическая эмиссия. Физико-механические аспекты. Ростов н/Д.: Изд-во РГУ, 1986. 160 с.

56. Серьёзное А.Н., Муравьёв В.В., Степанова Л.Н. и др. Быстродействующая диагностическая акустико-эмиссионная система. -Дефектоскопия, 1998. № 8 с. 9-14.

57. Шип В.В., Бигус Г.А., Дорохова Е.Г. и др. Акустико-эмиссионная система диагностики состояния ответственных металлоизделий. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1997. № 3. с. 32-37.

58. ASME "Acoustic Emission Examination of Metallic Vessels During Pressure Testing". Article 12, Subsection A, Section V, Boiler and Pressure Vessel Code.

59. Кузнецов H.C. Теория и практика неразрушающего контроля изделий с помощью акустической эмиссии. М.: Машиностроение, 1998. - 96 с.

60. Fowler T.J., Blessing J.A., Conlisk P.J., Swanson T.L. The Monpak System. Journal of Acoustic Emission, 1989. V. 8. N. 3. p. 1-8.

61. Иванов E.A., Денисов A.B., Иванов В.И. и др. Система неразрушающего контроля. Метод акустической эмиссии: Сборник документов. Серия 28. Выпуск 2. ГУЛ "Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России", 2001. -220 с.

62. Pollok A. Acoustic emission testing. Metals handbook. 9 edition. 17 vol. AST International, 1989. pp. 278-294.

63. Горбунов A.M., Лыков Ю.И., Овчарук B.H., Острицкий A.C. Установка "спектр" для анализа спектральных характеристик акустической эмиссии. Дефектоскопия, 1988. № 1 с. 31-36.

64. Barski М., Hsu N.A. A simple and effective acoustic emission source location system. Material Evaluation, 1985, № 1. V. 43. p. 108-110.

65. Маслов Б.Я. и др. Обнаружение растущей трещины методом акустической эмиссии и определение ее координат. — Дефектоскопия, 1978. №1 с. 67-74.

66. Васильев A.M., Маслов Б.Я. О выборе количества приемных каналов локационной аппаратуры акустической эмиссии. Дефектоскопия, 1980. № 1 с. 40-47.

67. Маслов Б.Я. Простой способ вычисления координат источников сигналов акустической эмиссии. Контроль. Диагностика, 2002. № 7. с. 45-46.

68. Серьезнов А.Н., Муравьев В.В., Степанова JLH., и др. Локализация сигналов акустической эмиссии в металлических конструкциях. -Дефектоскопия, 1997. № 10 с. 79-84.

69. Степанова Л.Н., Лебедев Е.Ю., Кабанов С.И. Локализация сигналов АЭ при прочностных испытаниях конструкций с исползованием пьезоантенны произвольной формы. Дефектоскопия, 1999. № 9 с. 47-54.

70. Kaiser J. Erkenntnisse und Folgerungen aus der Messung von Gerauschen bei Zugbeanspruchung von metallischen Werkstoffen. "Archiv fur das Eisenhuttenwesen", 1953. H. 1/2, s. 43-45.

71. Нотт Дж.Ф. Основы механики разрушения. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1978. 256 с.

72. Аннин Б.Д., Жигалкин В.М. Поведение материалов в условиях сложного нагружения. Новосибирск: Издательство СО РАН, 1999. -342 с.

73. Разрушение. Т.6. Разрушение металлов. / Под ред. М.Л. Бернштейна. М. металлургия, 1976. 496 с.

74. Костоглотов А.И., Попов А.В. Акустико-эмиссионный метод моделирования процессов разрушения материалов. Дефектоскопия, 2002. № 10 с. 3-6.

75. Акопьян В.А., Виноградов Д.А., Краснобаев И.А., Рожков Е.В. Анализ кинетики микротрещинообразования в алюминиевых сплавах методом акустической эмиссии. Дефектоскопия, 2002. № 11. с. 9195.

76. Мелехин Б.П., Минц Р.И., Куглер A.M. Влияние механизмов пластической деформации цинка на акустическую эмиссию. "Изв. вузов, Цветная металлургия", 1971. № 3. с. 128-131.

77. Дюрелли А., Холл Дж., Стерн Ф. и др. Экспериентальная механика: В 2-х кн. Пер. с англ. / Под ред. А. Кобаяси. М.: Мир, 1990. - 552 с.

78. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия, 1975. - 456 с.

79. Когаев В.П.,Махутов Н.А.,Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник М.: Машиностроение, 1985. - 224 с.

80. Соколкин А.В., Иевлев И.Ю., Чолах С.О. Опыт применения метода акустической эмиссии для контроля днищ вертикальных сварных резервуаров для нефти и нефтепродуктов. Дефектоскопия, 2002. № 12. с. 43-51.

81. Dunegan H.L., Harris D.O., Tetelman A.S. Detection of fatique crack growih by acoustic emission techniques. "Materials Evalution", 1970, V. 28. № 10. p. 221-227.

82. Тишкин А.П. Связь числа сигналов акустической эмиссии с развитием пластической зоны в вершине трещины. Дефектоскопия, 1989. № 2. с. 61-65.

83. Брагинский А.П., Евсеев Д.Г., Медведев Б.М. Об акустико-эмиссионном измерении коэффициента интенсивности напряжений. -Тезисы докл. Всесоюзного семинара "Пластичность материалов и конструкций". Тарту, 1985. с. 18-19.

84. Муравьев В.В., Степанова JI.H., Чаплыгин В.Н. и др. Исследование процесса роста усталостных трещин в металлических образцах с использованием метода акустической эмиссии и тензометрии. -Дефектоскопия, 2002. № 11. с. 81-90.

85. Петров В.А., Носов В.В., Потапов А.И., Павлов И.В. Принципыподбора акустоэмиссионных показателей прочности конструкционных материалов. Дефектоскопия, 1995. № 5. с. 57-60.

86. Серьезнов А.Н., Муравьев В.В., Степанова JI.H. и др. Связь спектра сигналов АЭ с процессом усталостного развития трещин в металлических образцах. Контроль. Диагностика, 1999. № 2. с. 5-8.

87. Семашко Н.А., Муравьев В.И., Башков О.В., Фролов А.В. Прогнозирование предельного состояния сплава ОТ-4 с использованием акустической эмиссии. Контроль. Диагностика, 2001. №6. с. 30-31.

88. Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н., Кареев А.Е. и др. Расчет остаточного ресурса образцов из авиаматериалов при их акустико-эмиссионном контроле. Контроль. Диагностика, 2002. № 9. с. 13-18.

89. Sharon Е., Cohen G., Fineberg J. Propagating solitary waves along a rapidly moving crack front. Nature. 410 vol. 2001. pp. 68-71.

90. Чаусов Н.Г., Недосека С.А., Лебедев A.A. Взаимосвязь характеристик трещиностойкости материала с параметрами АЭ на заключительных стадиях деформирования. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1995. № 3. с. 3-6.

91. Семенов Я.С., Слепцов О.И., Афонин С.А. Акустико-эмиссионные исследования замедленного разрушения сталей HQ70 и HQ80C. -Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1995. № 3. с. 10-14.

92. Недосека С.А. Причины возникновения повреждений и остаточный ресурс материала аварийного участка трубопровода Дашава-Киев. -Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1998. № 1. с. 38-49.

93. Нечаев Ю.А., Пилин Б.П. Опыт применения акустико-эмиссионной диагностики на предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Техническая диагностика инеразрушающий контроль, 1994. № 1. с. 39-56.

94. Чаусов Н.Г., Недосека С.А., Лебедев А.А. Влияние вида напряженного состояния на параметры акустической эмиссии, регистрируемые на заключительных стадиях деформирования металлов. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1993. № 3. с. 33-38.

95. Стрельченко В.А., Данилин В.В., Пичков С.Н. Определение степени поврежденности сталей по сигналам акустической эмиссии. -Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1991. № 3. с. 74-81.

96. Андрейкив А.Е., Лысак Н.В., Сергиенко О.Н. Моделирование процессов локального разрушения, сопровождающегося акустической эмиссией в материалах и изделиях. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1990. № 3. с. 9-21.

97. ЮО.А.с. 1629837 А1 СССР, МКИ G 01 N 29/14. Способ контроля качества сварных стыков рельсов методом акустической эмиссии. / В.И. Урбах, Б.М. Медведев, А.Л. Брагинский, В.Л. Порошин. Опубл. 23.02.91, Бюл. №7.-2 с.

98. Слепцов О.И., Жирков A.M. Локализация источников акустической эмиссии методом последовательных приближений. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1990. № 3. с. 75-79.

99. Муравьев В.В., Муравьев М.В., Бехер С.А. Применение новой методики обработки сигналов для повышения точности локализации источников АЭ. Дефектоскопия, 2002. № 8. с.

100. Серьезнов А.Н., Муравьев В.В., Степанова J1.H. и др. Расчетно-экспериментальный АЭ-метод определения координат дефектов в металлических конструкциях. Дефектоскопия, 2000. № 6. с. 71-79.

101. Серьезное А.Н., Степанова JI.H., Кабанов С.И., Лебедев Е.Ю. Микропроцессорная АЭ-система для прочностных испытаний авиационных конструкций. Дефектоскопия, 2002. № 2. с. 54-61.

102. Хорошавина С.Г. Оценка качества композиционных материалов, применяемых в летательных аппаратах, с использованием статистической обработки сигналов акустической эмиссии. -Контроль. Диагностика, 1999. № 2. с. 22-26.

103. Ш.Саврук М.П. Коэффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами. Справ, пособие в 4-х Т. Механика разрушения и прочность материалов: Т. 2. / Под общей редакцией В.В. Панасюка. -Киев: Наук. Думка, 1988. 620 с.

104. Муравьев В.В., Муравьев М.В., Бехер С.А. Влияние условий нагружения на информативные параметры и спектр сигналов акустической эмиссии в образцах из углеродистых сталей. -Дефектоскопия, 2002. № 7. с. 10-20.

105. Серьезнов А.Н., Степанова JI.H., Кожемякин B.JI. и др. Принципы построения современных диагностических акустико-эмиссионных систем. Микроэлектроника. Сер. 3. Электронная техника - Вып. 1(153), 1999. с. 65-70.

106. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. М.: Наука, 1987. - 246 с.

107. Муравьев В.В., Муравьев М.В., Бехер С.А. Снижение уровня шумов при испытаниях методом акустической эмиссии. Труды XVI российской научно-технической конференции "Неразрушающий контроль и диагностика": Санкт-Петербург, 9-12 сентября 2002 г. 8 с.

108. Попов А.В. К вопросу оценки достоверности определения технического состояния конструкций методом акустической эмиссии. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1998. № 3. с. 38-42.

109. Антипенко Е.И., Недосека А.Я., Василовский Н.Г. и др. Акустико-эмиссионный контроль металлоконструкций. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 2000. № 1. с. 72-76.

110. Муравьев В.В., Степанова JI.H., Кареев А.Е. Оценка степени опасности усталостных трещин при акустико-эмиссионном контроле литых деталей тележки грузового вагона. Дефектоскопия, 2003. № 1. с. 63-68.

111. Белов В.М., Подлевских М.Н., Струченко А.Н., Тарутин О.Б. О методике акустико-эмиссионной диагностики магистральных трубопроводов в нефтяной и газовой промышленности. Контроль. Диагностика, 2001. № 5. с. 32-33.

112. Муравьев М.В. Применение акустико-эмиссионного метода для неразрушающего контроля рельсов. Сборник трудов международной конференции "Разрушение и мониторинг свойств металлов": (ИМАШ, Екатеринбург, 26-30 мая 2003 г.).т1. УТВЕРЖДАЮ:

113. Начальник Дорожного центрадиагн1. Овча.ti

114. Исследования показали принципиальную возможность использования метода АЭ для неразрушающего контроля рельсов. По результатам работы составлена методика контроля рельсов.

115. Предложенная методика является перспективной для автоматизации неразрушающего контроля объектов ответственного назначения.

116. МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

117. СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (НИИЖТ)

118. S3P. 63 0049, г. Новосибирск 49,1. Nl , ,„ ТТ.—. ТГ„. 1 С\ 1ул. Дуси Ковальчук, 19128.74-70,28-74-39, 28-75-31пи чл ю пл тфакс (383-2) 28-74-391. На№от1. Утверждаю:

119. Директор Института перспективных технологий на транспорте и повышения квалификации СГУПС: д.т.н., профессор

120. Федеральное государственное унитарное предприятие «Сибирский научно-исследовательский институт авиации имени С.А.Чаплыгина»

121. ФГУП «СибНИА им. С.А.Чаплыгина»630051, Новосибирск-51, ул. Ползунова, 21 Тел. (383-2) 77-01-56, Факс (383-2) 77-89-41 E-mail: bsibnia@online.nsk.su Для телеграмм: Новосибирск, 51, Поток

122. ИНН 5401101598, ОКПО 07541511, ОКОНХ 95120 р/с 40502810944080100010 в Сибирском банке СБ РФ г.Новосибирск к/с 30101810500000000641 БИК 0450046411. УТВЕРЖДАЮ---1. Главный инженер «СибНИА1. На №1 Г