2. Объясните физический смысл появления акустической эмиссии.

Акустическая эмиссия - это излучение упругих волн, возникающих в процессе перестройки внутренней структуры твердых тел. Она появляется при пластических деформациях твердого тела, при возникновении и развитии в них дефектов, например, при образовании трещин, при фазовых превращениях, связанных с изменением кристаллической решетки, а также при резании твердых материалов.

Физическим механизмом, объясняющим ряд особенностей акустической эмиссии (АЭ), является движение дислокаций и их скоплений. Рассмотрим процесс формирования первичного сигнала (одиночного импульса) АЭ. Наибольшую эффективность метод АЭ обеспечивает в случае медленного квазистатического нагружения твердого тела, т.е. когда скорость нагружения много меньше скорости звука в материале объекта. При медленном нагружении в твердом теле постепенно нарастают механические напряжения, решетка твердого тела накапливает упругую потенциальную энергию. Поскольку в большинстве случаев нагружаемые объекты являются неоднородными по своим физико-механическим свойствам, в некоторой области твердого тела локальные напряжения в определенный момент достигают предельного значения, и внутренние связи кристаллической решетки разрываются. В этот момент происходит быстрое выделение части накопленной ранее упругой энергии, определенная доля которой расходуется на быстрое перемещение частиц в локальной зоне, где произошло нарушение связи. Происходит излучение упругой волны, а напряжения, сконцентрированные в зоне неоднородности, релаксируют.

Отсюда следует, что возбуждение упругих волн в рассматриваемом процессе возможно только в случае достижения действующими силами, независимо от их природы, критических значений, когда сумма действующих сил становится равной силе разрыва атомных связей. Неоднородностями твердого тела, которые могут служить источниками АЭ при нагружении, являются все типы дефектов кристаллической решетки.

3. Источники появления акустической эмиссии и основные параметры аэ.

Акустическая эмиссия - это излучение упругих волн, возникающих в процессе перестройки внутренней структуры твердых тел. Она появляется при пластических деформациях твердого тела, при возникновении и развитии в них дефектов, например, при образовании трещин, при фазовых превращениях, связанных с изменением кристаллической решетки, а также при резании твердых материалов.

В качестве источника акустической эмиссии можно рассматривать расположенный в глубине образца элемент объема, испытывающий изменение напряженного расстояния. Сигналы акустической эмиссии проявляются в виде колебаний поверхности образца, смещение при которых составляет 10^-14…10^-7 м.

Моменты излучения волн эмиссии распределены статистически во времени, и возникающие при этом дискретные импульсы имеют широкий частотный диапазон от килогерц до десятков мегагерц.

Физическим механизмом, объясняющим ряд особенностей акустической эмиссии (АЭ), является движение дислокаций и их скоплений. Рассмотрим процесс формирования первичного сигнала (одиночного импульса) АЭ. Наибольшую эффективность метод АЭ обеспечивает в случае медленного квазистатического нагружения твердого тела, т.е. когда скорость нагружения много меньше скорости звука в материале объекта. При медленном нагружении в твердом теле постепенно нарастают механические напряжения, решетка твердого тела накапливает упругую потенциальную энергию. Поскольку в большинстве случаев нагружаемые объекты являются неоднородными по своим физико-механическим свойствам, в некоторой области твердого тела локальные напряжения в определенный момент достигают предельного значения, и внутренние связи кристаллической решетки разрываются. В этот момент происходит быстрое выделение части накопленной ранее упругой энергии, определенная доля которой расходуется на быстрое перемещение частиц в локальной зоне, где произошло нарушение связи. Происходит излучение упругой волны, а напряжения, сконцентрированные в зоне неоднородности, релаксируют.

Отсюда следует, что возбуждение упругих волн в рассматриваемом процессе возможно только в случае достижения действующими силами, независимо от их природы, критических значений, когда сумма действующих сил становится равной силе разрыва атомных связей. Неоднородностями твердого тела, которые могут служить источниками АЭ при нагружении, являются все типы дефектов кристаллической решетки.

Следовательно, условия, характерные для возникновения явления АЭ, в ряде случаев связаны с чередованием медленных изменений напряженно-деформированного состояния и быстрых изменений, во время которых происходит излучение упругих волн. Форма импульса упругой волны определяется акустическими свойствами источника излучения и среды. К основным параметрам, характеризующим АЭ, относятся:

- общее число импульсов N дискретной эмиссии за исследуемый промежуток времени;

- интенсивность N - число импульсов за 1 с;

- амплитуда сигнала - максимальное значение сигнала эмиссии в течение заданного промежутка времени;

- энергия эмиссии - сумма квадратов амплитуд сигналов, принятых за определенный промежуток времени;

- амплитудное распределение сигналов, принятых за время наблюдения;

- длительность и форма сигнала.

Первичными параметрами его являются те параметры, которые можно непосредственно измерить, зарегистрировав сигнал, например, на экране запоминающего осциллографа.

К первичным параметрам относятся: максимальное значение сигнала Uт; длительность фронта tф; длительность спада tc; длительность импульса tи; период основных колебаний Т0.

Вторичными параметрами считают те, которые можно определить, пользуясь формой единичного импульса и значением его параметров.

Корреляция этих параметров с развитием дефектов устанавливается при испытаниях образцов, в процессе которых регистрируются параметры АЭ в функции времени и внешняя сила или деформация. В ряде случаев можно найти связь между числом зарегистрированных сигналов и длиной трещины или ее площадью. Сосчитав число сигналов, можно судить об увеличении размеров дефекта.