Разработка физических методов, сенсоров и интеллектуальных средств контроля и диагностики перспективных материалов и технических систем. Шифр «Диагностика»

Создание и широкое применение новых средств и методов неразрушающего контроля и диагностики являются эффективным путем обеспечения качества материалов и изделий, обрабатываемых и изготавливаемых как традиционными, так и самыми современными способами (лазерные, ультразвуковые, электромагнитные обработки, аддитивные технологии и т.д.). Физические методы регистрации полей и объектов, определения структуры, фазового состава, внутренних и приложенных напряжений, сплошности, прочностных и других функциональных свойств материалов являются основой для создания новых методов, технических средств и системных мероприятий для снижения техногенных, технологических и природных рисков в современной промышленности и повседневной жизни. Актуальность темы в первую очередь определяется появлением новых материалов, технологий и усложнением технических систем и условий их эксплуатации. Все более широкое применение в неразрушающем контроле и диагностике находят нейронные сети, технологии Big Data и Internet of Things (IoT). Это требует создания принципиально новых методик, средств и алгоритмов измерений, способов обработки полученной информации. Кроме того, существующие методы диагностики далеки от совершенства. Отсутствуют методики оценки фактического состояния трубопроводов различного назначения, учитывающие как их напряженно-деформированное состояние, так и наличие в них дефектов сплошности. Повышение чувствительности, разрешающей способности и достоверности результатов магнитного, вихретокового и ультразвукового видов дефектоскопии требуют совершенствования методов воздействия на объекты контроля. Это оптимизация намагничивающих устройств и комбинированное намагничивание в магнитной дефектоскопии, разработка многоэлементных преобразователей в вихретоковой, бесконтактная генерация ультразвука с использованием электромагнитно-акустического эффекта. Также должны развиваться способы и устройства измерения результирующего отклика: многоэлементные сканирующие преобразователи для бесконтактного измерения неоднородного магнитного поля, бесконтактные ЭМА и лазерные измерители акустических колебаний в металлах и сплавах, способы снижения влияния неконтролируемых зазоров при локальных магнитостатических измерениях. Безусловную научную и практическую важность, как для электромагнитных, так и акустических методов НК представляет решение задачи реконструкции геометрии дефектов в металлических и композитных объектах. Эта проблема в настоящее время не имеет удовлетворительного решения как в теоретическом, так и в практическом плане, что связано с неоднозначностью решения соответствующих обратных задач. Поиск алгоритмов решения таких задач будет предметом дальнейших исследований. Важнейшей актуальной проблемой является разработка методов и устройств мониторинга напряженно-деформированного состояния различных деталей и объектов, работающих в условиях повышенных нагрузок (трубопроводы, балки, опоры, лопатки турбин и т.д.), а также анализ факторов, приводящих к образованию трещиноподобных дефектов и внезапному разрушению таких объектов. Для таких задач целесообразным представляется совместное применение электромагнитных и акустических методов диагностики.Сопоставление решаемых данной научно-исследовательской работой задач с зарубежными исследованиями показывает, что научный уровень исследований и технический уровень предполагаемых разработок соответствуют мировому уровню и тенденциям развития неразрушающего контроля и диагностики. Цель исследования: Теоретическое и экспериментальное исследование распределения электромагнитных полей внутри и вблизи поверхности локально намагничиваемых объектов с неоднородностями различных типов (дефекты сплошности, включения, слои, неоднородные напряжения и т.д.) с целью разработки новых многопараметровых бесконтактных магнитных, вихретоковых, акустических и комбинированных методов и средств неразрушающего определения функциональных свойств материалов и изделий, в том числе - в сложных климатических условиях, разработка измерительных средств и их метрологическое обеспечение, исследование эволюции магнитострикционных и магнитоакустических характеристик ферромагнитных сплавов под действием упругих и пластических деформаций; магнитный структурный анализ и диагностика напряжённого состояния объектов из сталей и сплавов, применяемых в энергетике и машиностроении, исследование свойств и неразрушающий контроль сплавов и изделий, полученных методами аддитивных технологий; исследование свойств перспективных металлокерамических и композитных материалов и разработка методов их диагностики, разработка вычислительных способов и создание алгоритмов решения обратных задач в магнитной и акустической дефектоскопии, разработка методик намагничивания и регистрации полей рассеяния, создание экспериментальных образцов дефектоскопов для достоверного обнаружения опасных дефектов в протяженных объектах различного профиля (цилиндрические заготовки, ленты, трубы и т.д.) и сварных соединениях, разработка методик и средств оценки технического состояния газотранспортного оборудования и прогнозирования его остаточного ресурса.