Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0145

Аннотация скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0145
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет"
Название доклада
Разработка научных принципов и интеллектуальных иерархических систем прогноза техногенных катастроф потенциально опасного промышленного оборудования
Докладчик
Мерсон Дмитрий Львович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью исследования является разработка научно-методических основ, алгоритмических и программных решений в области создания системы оценки технического состояния материала и диагностики объектов повышенной опасности, находящихся в эксплуатации, за счет детектирования процесса разрушения материалов, основанного на многопараметрическом верифицированном анализе акустической эмиссии (АЭ) опасного промышленного объекта.
Задачами исследования являются: аппаратно-программная реализация, оценка работоспособности и установление границ применимости инновационных методов анализа данных в режиме акустико-эмиссионного мониторинга технического состояния опасных производственных объектов.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность исследования определяется необходимостью постоянного развития и совершенствования технических средств, направленных на недопущение техногенных аварий и катастроф на опасных производственных объектах.
Новизна исследования заключается в оригинальности подходов к имитации источников АЭ; организации беспороговой регистрации акустико-эмиссионных данных и потоковой ее обработки на нескольких логических уровнях, позволяющих резко повысить надежность формулирования выводов и исключения ложных решений.
Описание исследования

Проведены разрушающие испытания сварных соединений из сталей 09Г2С и Ст3 в условиях статического (ГОСТ 1497) и циклического (ASTM Е647) нагружения по схеме одноосного растяжения при комнатной (+25 0С) и отрицательной (- 40 0С) температурах. В качестве объекта исследований данные материалы выбраны, как основные конструкционные материалы, применяющиеся при изготовлении промышленного оборудования емкостного типа, а сварной шов (зона термического влияния) – как наиболее слабое звено силовых конструкций. Схема испытаний была приближена к напряженному состоянию емкостного промышленного оборудования, работающему под избыточным внутренним давлением. Для гарантированного разрушения образцов в зоне термического влияния сварные соединения ослаблялись надрезом, с помощью которого достигалась локализация деформации и разрушения именно в исследуемой области. Все испытания проведены с записью АЭ в широком частотном диапазоне. Путем сопоставления параметрических данных испытания и АЭ были выделены акустические сигналы, сопровождающие основные источники разрушения материала (пластическая деформация и трещинообразование). Далее были разработаны программные (алгоритмы фильтрации, детектирования, оценки степени опасности и отсеивания ложных решений) и аппаратные средства (волноводы, преобразователи акустической эмиссии, предварительный усилитель), позволяющие с максимальным разрешением выявлять установленные сигналы АЭ от процессов деформации и разрушения. На основе разработанных аппаратно-программных средств изготовлен экспериментальный образец универсальной многоуровневой информационной системы непрерывного АЭ мониторинга технического состояния опасных производственных объектов, технические возможности которого должны были соответствовать цели всего исследования. Для исследования и оценки технических характеристик экспериментальной АЭ системы мониторинга были разработаны и созданы четыре оригинальных исследовательских стенда оценки: теплорассеивающих характеристики акустических волноводов; акустических характеристик преобразователей АЭ и волноводов; основных характеристик экспериментальной интеллектуальной системы мониторинга; а также стенд позволяющий воспроизводить выделенные сигналы АЭ от процессов деформации и разрушения и имитировать их распространение, затухание и трансформацию в элементах конструкций емкостного оборудования основного вида (резервуары, сосуды давления и трубопроводы). В последнем стенде реализованы: имитаторы АЭ течи рабочей среды через несплошность в стенке промышленного оборудования, фланцевом соединении и запорно-регулирующей арматуре; имитатор агрессивного воздействия среды или коррозионного повреждения стенки оборудования и имитатор водородного охрупчивания материала оборудования. На завершающем этапе проведены экспериментальные исследования по комплексной оценке работоспособности, чувствительности и ошибки определения степени опасности источников АЭ разработанными программно-аппаратными средствами на оригинальных исследовательских стендах с максимальным приближением к реальности, в том числе и с имитацией источника типа течь среды. Исследована работоспособность разработанных инновационных методов при оценке опасности разрушения стали, охрупченной водородом. По завершению каждого этапа экспериментального исследования проводились патентные исследования новизны и чистоты реализованных технических решений.

Результаты исследования
  • Разработаны и программно реализованы три оригинальных алгоритма детектирования сигналов на фоне технологических шумов при беспороговой непрерывной регистрации АЭ, а также критерии и методика многоуровневой оценки перехода материала в предельное состояние по АЭ данным.
  • Разработаны преобразователь АЭ повышенной надежности и универсальный акустический волновод прижимного типа и изготовлены их опытные партии.
  • Разработаны, собраны и апробированы испытательные стенды для: исследования теплорассеивающих характеристик акустических волноводов; акустических характеристик преобразователей акустической эмиссии и акустических волноводов; изучения генерации и распространения акустических волн в элементах промышленных объектов от имитаторов реальных источников акустической эмиссии; определения основных характеристик экспериментальной интеллектуальной системы мониторинга.
  • Изготовлен экспериментальный образец универсальной многоуровневой информационной системы непрерывного акустико-эмиссионного мониторинга технического состояния опасных производственных объектов.
  • Исследованы технические возможности и установлены границы применимости разработанных инновационных методов анализа данных, а также проверена их работоспособность при оценке опасности разрушения стали, охрупченной водородом.
  • Проанализированы причины ошибок, возникающих при пороговом и беспороговом способах детектирования сигналов АЭ на уровне шума.
  • Определены единые параметры настройки разработанных инновационных методов анализа данных, обеспечивающих высокую вероятность обнаружения основных типов источников АЭ разрушения материала.
  • Разработаны рекомендации по внедрению и применению результатов исследований.
  • Выполнены в полном объеме все запланированные целевые индикаторы проекта.
Практическая значимость исследования
Получен научный задел, достаточный для проектирования и изготовления промышленных акустико-эмиссионных систем нового поколения, основанных на беспороговом принципе регистрации АЭ.
Выработанные критерии оценки перехода материала в критическое состояние по параметрам АЭ применимы к существующим АЭ методикам оценки технического состояния промышленного оборудования и позволяют резко повысить их эффективность.
Разработанные оригинальные научно-исследовательские стенды прошли успешную экспериментальную апробацию и могут быть использованы в дальнейшем при: изучении и демонстрации физических принципов акустического излучения различными источниками; изучении и демонстрации распространения, затухания и трансформации акустических сигналов на элементах различного промышленного оборудования; оценки ошибок в работе алгоритмов фильтрации, шумоподавления, локации и детектирования АЭ сигналов, реализованных в АЭ аппаратуре различных типов и производителей; аттестации и оценки чувствительности методик и аппаратуры АЭ контроля к нормируемому для обнаружения дефекту или группе дефектов; подготовке и аттестации специалистов неразрушающего контроля по применению метода АЭ для контроля промышленных объектов.