Оценка напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса промышленных конструкций в процессе их пластического деформирования и усталостного разрушения методом акустической анизотропии

Разработка экспериментальных и теоретических основ методов неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния, остаточного ресурса, усталостного и коррозионного разрушения деталей машин и элементов конструкций является важной и актуальной проблемой технической диагностики в нефтегазовой отрасли, атомной энергетике, строительстве и других областях промышленности. Стремительное развитие технологий аддитивного производства и массовое внедрение высокопрочных и атмосферостойких материалов требуют современных подходов к диагностике состояния конструкций. В то же время, наметилось отставание в разработке новых технологий неразрушающего контроля. Проблема усугубляется тем, что деградация механических свойств перспективных высокопрочных материалов, в отличие от обычных промышленных сталей, происходит локально, а в ряде случаев – без образования макроскопических очагов разрушения. Это существенно снижает возможности диагностики в рамках подходов, разработанных для материалов предыдущего технологического цикла. Неэффективность технологий неразрушающего контроля является одной из причин возросшего числа техногенных аварий на нефтехранилищах, газопроводах, иных промышленных системах. Целью и задачей проекта является создание нового инженерного метода неразрушающего контроля, эффективного для диагностики напряженно-деформированного состояния и оценки накопленных пластических деформаций и повреждений как в обычных, так и в новейших конструкционных материалах с экстремальными механическими свойствами. Для решения данной задачи предлагается в качестве основной исследуемой характеристики выбрать параметр акустической анизотропии. Использование акустической анизотропии – величины фазового сдвига между скоростями поперечных волн ортогональной поляризации – доказало свою эффективность в рамках метода акустоупругости, используемого в диагностике напряженного состояния магистральных трубопроводов, агрегатов атомных электростанций, сосудов под давлением и других ответственных конструкций. Уникальность проекта заключается в том, что для его реализации будет впервые использован оригинальный подход, основанный на трехмерной реконструкции полей акустической анизотропии и их последующем анализе. В отличие от метода акустоупругости, данный подход позволяет учесть изменения параметра акустической анизотропии вдоль целого спектра направлений поляризации волн и преодолеть ограничения, устанавливаемые рамками линейной теории. К числу ожидаемых результатов реализации проекта будет отнесена, в частности, разработка технологии исследования процессов локализации пластических деформаций и изменения деформационно обусловленной анизотропии механических свойств с помощью акустической анизотропии, применение метода реконструкции полей акустической анизотропии к анализу сложного напряженно-деформированного состояния и диагностике накопления усталостных повреждений в металлических конструкциях. В результате выполнения проекта будут заложены фундаментальные основы для нового количественного метода ультразвукового неразрушающего контроля. Предлагаемый проект является фундаментальным и лежит на стыке промышленных технологий и механики деформируемого твердого тела. Теоретические и экспериментальные исследования, выполняемые в рамках проекта, тесно связаны друг с другом. Его реализация позволит повысить эффективность существующих технологий неразрушающего контроля и их использования для предупреждения промышленных аварий и техногенных катастроф, связанных с накоплением пластических деформаций и усталостных повреждений.