Анотація до роботи:

Савицький В.В. Визначення залишкових напружень методом електронної спекл-інтерферометрії. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.02.04 – "Механіка деформівного твердого тіла". Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренка НАН України. Київ, 2007.

Дисертація присвячена розробці ефективного методу визначення залишкових напружень у вузлах та елементах конструкцій на основі використання електронної спекл-інтерферометрії.

Розроблено алгоритми визначення залишкових напружень за даними вимірювань переміщень методом електронної спекл-інтерферометрії в околі висвердленого отвору. Розроблено компактний прилад, який дозволяє визначення залишкових напружень в вузлах та елементах конструкцій в лабораторних та промислових умовах. Запропоновані завадостійкі алгоритми опрацювання спекл-картин, що забезпечують однозначність визначення залишкових напружень та виключають вплив оператора на результат вимірювань.

Проведене математичне моделювання, яке дозволило підвищити точність визначення напружень. Запропоновано підхід, який дає можливість визначати нормальну компоненту тензора напружень при дослідженні напруженого стану методом отворів.

Виконано експериментальну оцінку точності вимірювання переміщень та визначення залишкових напружень методом електронної спекл-інтерферометрії. Досліджено особливості розподілу залишкових напружень в елементах та вузлах конструкцій.

У дисертаційній роботі приведено теоретичне узагальнення і рішення наукової задачі визначення залишкових напружень на основі метода електронної спекл-інтерферометрії. Використання електронної спекл-інтерферометрії, як засобу реєстрації переміщень при визначенні залишкових напружень, перспективно і має ряд переваг в порівнянні з іншими методами. Вона дозволяє отримувати інформацію, представлену у вигляді розподілу інтерференційних смуг, проводити експеримент безконтактно, без попередньої підготовки поверхні, а також підвищити точність вимірювань за рахунок зменшення бази реєстрації.

1. Розроблена методика визначення залишкових напружень, що полягає в спекл-інтерферометричній реєстрації площинних переміщень, викликаних розвантаженням напружень за допомогою некрізного отвору. Суть методики полягає в розрахунку залишкових напружень по виміряних переміщеннях, виникаючих в околі отвору. Розроблена методика дозволяє в одному експерименті визначити напрями головних осей, величини і знаки залишкових напружень в точці, співпадаючій з центром отвору. По ступеню дії на контрольований об'єкт метод може кваліфікуватися як малоруйнівний.

2. Створена оптична схема електронного спекл-інтерферометра, на основі якої розроблена комп'ютерна система автоматичної обробки картин інтерференційних смуг. Встановлено, що точність вимірювання переміщень методом електронної спекл-інтерферометрії складає l/20 (де l – довжина хвилі когерентного джерела випромінювання), що в 10 разів вище, ніж при вимірюванні іншими методами лазерної інтерферометрії.

3. На основі аналізу процесу формування спекл-інтерферограмм запропонована нова характеристика для оцінки якості спекл-картин s_n – "якість фазової картини". Використання даного параметра (s_n) дозволило:

визначити порогове значення параметра s_n при якому обробка спекл-картин проводиться автоматично. При s_n = 0,1% вірогідність автоматичної обробки спекл-картин більше 95%.

розробити і оптимізувати фільтри для обробки спекл-картин, які застосовуються для зменшення s_n до рівня, при якому відбувається автоматизована обробка інтерференційних картин. Встановлено, що найбільш ефективним є ітераційне використання низькочастотного фільтру зображень.

встановити відстань від центру отвору радіусом r₀, на якій вимірювання переміщень, що використовуються для визначення залишкових напружень, є оптимальним 2.5r₀.

4. На основі математичного моделювання, що описує напружено-деформований стан поверхневого шару навантаженого матеріалу після дозованого вилучення матеріалу, встановлено:

вплив товщини досліджуваного об'єкту на точність визначення залишкових напружень. Отримані залежності, що враховують товщину досліджуваного об'єкту, які дозволяють підвищити точність визначення залишкових напружень до 10%. Показано, що при визначенні залишкових напружень при товщині досліджуваного елементу менше ніж 2,5r₀ доцільно використовувати наскрізний отвір.

вплив нерівномірності розподілу напружень в області зондуючого отвору на точність визначення залишкових напружень. Показано, що зміна напружень уздовж діаметра отвору по лінійному закону не впливає на результат визначення напруженого стану методом електронної спекл-інтерферометрії.

показано, що використання електронної спекл-інтерферометрії дозволяє визначити нормальну компоненту тензора напружень. Запропонована розрахункова схема, що дозволяє по даним про переміщення, що отримані за методом електронної спекл-інтерферометрії, додатково визначити нормальну компоненту тензора напружень.

5. Показано, що створений малогабаритний прилад дозволяє оперативно і з високою точністю (~6% від границі текучості матеріалу) досліджувати розподіл напружень по поверхні контрольованих об'єктів. Виконані дослідження залишкових напружень в зварних з'єднаннях широкого класу матеріалів (маловуглецеві, низьколеговані сталі, алюмінієві і титанові сплави), отриманих дуговими і електронно-променевими способами зварювання. Виявлені локальні особливості розподілу залишкових напружень в елементах зварних конструкцій, виготовлених з різнорідних матеріалів (алюміній-титан). Створений метод і апаратура дозволяють досліджувати залишкові напруження в зварних з'єднаннях, що характеризується високим градієнтом напружень.

Основний зміст роботи викладено в публікаціях

1. Автоматический компьютерный анализ голографических интерференционных полос при неразрушающем контроле качества материалов и конструкций. Л.М.Лобанов, В.А.Пивторак, В.В.Савицкий, П.Д.Кротенко, Е.М.Олейник //Межд. конф. "Сварные конструкции". Октябрь 2000 г. Киев.

2. Математическая модель, используемая для обработки голографических интерферограмм при неразрушающем контроле качества элементов конструкций. Л. М. Лобанов, В. А. Пивторак, В.В.Савицкий.//Сб.трудов межд. конф. "Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах", сентябрь, 2002 г., пос. Кацивели.

3. Автоматический компьютерный анализ голографических интерферограмм при неразрушающем контроле качества материалов и элементов конструкций. Л.М.Лобанов, В.А.Пивторак, В.В.Савицкий, Е.М.Олейник //Автомат. сварка № 11, 2002.

4. Методика определения остаточных напряжений на основе использования метода спекл-интерферометрии с полным компьютерным управлением и обработкой. В.В.Савицкий.//II Всеукр. наук.-техн. конф. "Зварювання та суміжні технології ", Май, 2003г, Ворзель.

5. Оценка напряженного состояния в элементах конструкций на основе использования методов электронной спекл-интерферометрии и конечных элементов. Л. М. Лобанов, В. А. Пивторак, В.В.Савицкий. //Межд. конф. "Современные сварочные и родственные технологии и их роль в развитии производства", 28-31 октября 2003 г. Николаев.

6. Технология определения остаточных напряжений на основе применения метода спекл-интерферометрии и автоматизированной компьютерной системы обработки интерферограмм. Л. М. Лобанов, В. А. Пивторак, В.В.Савицкий, И.В. Киянец //Международная конференция "Современные проблемы сварки и ресурса конструкций", 24-27 ноября 2003г., Киев.

7. Оперативное определение остаточных напряжений с использованием электронной спекл-интерферометрии. Л.М.Лобанов, В.А.Пивторак, В.В.Савицкий, Г.И.Ткачук //В мире неразрушающего контроля, № 1, 2005.

8. Оперативный контроль качества и определение остаточных напряжений в сварных конструкциях методами электронной ширографии и спекл-интерферомерии. Л.М.Лобанов, В.А.Пивторак, В.В.Савицкий, И.В.Киянец, Г.И.Ткачук //Автомат. сварка", №8, 2005г.

9. Электронно–лучевая сварка диска ротора газотурбинного двигателя. Ю. В. Бутенко, А. В. Горячек, В. И. Сербин, Л. Е. Тищенко, В. А. Фридман, Л. М. Лобанов, В. А. Пивторак, А. А. Кайдалов, В. В. Савицкий. Сварщик. №5, 2006 г., С.6-9.

10. Методика определения остаточных напряжений в сварных соединениях и элементах конструкций с использованием электронной спекл-интерферометрии. Л.М.Лобанов, В.А.Пивторак, В.В.Савицкий, Г.И.Ткачук //Автомат. сварка", №1, 2006г.

11. Определение остаточных напряжений в элементах конструкций на основе применения электронной спекл-интерферометрии и метода конечных элементов. Л.М.Лобанов, В.А.Пивторак, В.В.Савицкий, Г.И.Ткачук.//Техническая диагностика и неразрушающий контроль, №4, 2006.