Научное обоснование и развитие методов, средств акустической структуроскопии оперативной диагностики пространственно и структурно неоднородных материалов и изделий

Основной целью Проекта является развитие теории и практики создания новых методик и приборов ранней оперативной акустической диагностики геометрически и структурно-неоднородных материалов и элементов конструкций производственных объектов, обладающих высокой чувствительностью и достоверностью при дефектоскопии и структуроскопии с использованием преобразователей бесконтактного типа. Будут исследованы закономерности распространения SH волны по винтовой траектории, в условиях влияния мешающих типов волн (симметричных и изгибных), внешних факторов и взаимодействия с аномалиями и дефектами различного типа; будут исследованы возможности совместного использования различных мод волн Похгаммера и крутильных волн, что позволит выявить дополнительные информативные признаки дефекта, характеризующие не только потерю площади сечения объекта вследствие дефектности, но и, например, его ориентацию, глубину залегания по сечению, и местоположение по периметру; будут исследованы закономерности распространения нормальных волн в композитной арматуре, исследована связь акустических характеристик с акустическими и механическими свойствами (процент армирования и влагопоглощения для широкого класса типов и изготовителей) и оценена чувствительность к дефектам различного типа. Будут получены новые результаты исследований влияния структурных изменений при усталости и при напряженно-деформированном состоянии на информативные параметры акустических волн, что позволит создать новые высокоточные ЭМА-методы структуроскопии. Будет разработана методика оценки линейного и плоского напряженно-деформированного состояния реальных объектов (рельсы, трубы, сварные соединения, листовой прокат) за счет совместного использования поперечных ортогонально-поляризованных волн, продольных, головных и рэлеевских волн. Будут разработана теория распространения акустических волн и исследованы акустические свойства стратегически важных материалов, обладающих уникальными свойствами (композитные материалы для производства БПЛА, терморасширенный графит, виброакустические метаматериалы, закрытоячеистый полиэтилен и др.), на основании которых предложены методики акустической структуроскопии и дефектоскопии этих материалов. Планируется построение моделей и исследования процессов формирования полей ЭМА преобразователей с целью обоснования основных требований к построению ЭМА-преобразователей; разработка новых подходов к проектированию ЭМА-преобразователей различных типов - проходного, накладного, полупроходного, разъемного, с резьбой и проч. типов, преобразователей с сухим точечным контактом, а также воздушных преобразователей изгибного типа) для повышения эффективности и расширения областей их применения. При разработке новых средств и методик ультразвуковой диагностики требуется исследовать акустические тракты методик, что позволит определить возможности и эксплуатационные характеристики проектируемых приборов. Планируется исследование акустических трактов при распространении нормальных волн, объемных и рэлеевских волн в объектах сложной геометрии, с неоднородной структурой и анизотропией свойств, в том числе геометрической. Указанные исследования планируется проводить с использованием методов конечно-элементного моделирования в программной среде Comsol Multiphysics. Для поиска основных параметров контроля, обоснования браковочных критериев, повышения разрешающей способности и чувствительности разрабатываемых технологий планируется использование современного программного обеспечения для обработки сигналов (спектральный и вейвлет-анализ, вероятностно-статистический анализ, методы обращения свертки сигналов, корреляционный анализ). Планируется апробация разрабатываемых акустических преобразователей, на широком классе опасных производственных объектов, контроль которых требуется, как на стадии производства, так и в процессе эксплуатации: металлоконструкции – прутки, трубы, пружины, насосные штанги, оружейные стволы с переменным сечением, тросы, рельсы, листы, элементы магистральных и технологических трубопроводов, лейнеры, композитная арматура, композитные материалы для производства БПЛА, металлы, получаемые методами аддитивных технологий, а также газонаполненные полимеры – метаматериалы пенопласты, полиуретаны с высокой акустической эффективностью для использования в задачах аэро- и гидроакустики, виброизоляции, терморасширенный графит и другие безасбестовые материалы, используемые в качестве уплотнителей в сложных условиях эксплуатации при воздействии высоких давлений, температур и агрессивных сред для трубопроводной арматуры, насосов, колонн и аппаратов, теплообменного, емкостного и другого оборудования, в т.ч. использование в роботизированных беспилотных платформах для диагностики внутренних поверхностей труб различных диаметров. Планируется подтверждение результатов акустических исследований методами проникающих излучений (нейтронная радиография и дифрактометрия, рентгеновская дифрактометрия и электронная микроскопия). В рамках проекта планируются исследования и учет методических и случайных факторов, влияющих на результаты измерений для широкого класса структурно-неоднородных материалов и объектов с целью разработки, апробации и внедрения в промышленность достоверных методик структуроскопии и дефектоскопии с использованием оборудования, внесенного в реестр средств измерений. Особое внимание будет уделено вопросам метрологического обеспечения разрабатываемых приборов, внесения их в реестр средств измерений, разработка технологических инструкций и технологических карт.