Дефект найдут по звуку

Как рассказал начальник испытательного центра института Сергей Самошкин, усталость металла от больших нагрузок является одним из самых опасных дефектов конструкций подвижного состава. Образующиеся незаметные для осмотрщиков трещины могут привести к изломам деталей вагонов и локомотивов.

Особенно часто перегрузкам подвержены рамы тележек вагонов и на испытательных стендах учёные обязательно определяют ресурс работы таких деталей. Имитируя условия эксплуатации, рамы нагружают до развития в них усталостных трещин.

На основе полученных данных учёные разрабатывают математическую модель процесса разрушения металла и оценивают степень потери прочности испытываемых деталей при различной нагрузке. Для достижения высокой точности расчётов необходимо обеспечить своевременное выявление внутренних трещин металла в ходе испытаний. Однако использующиеся способы контроля состояния деталей не всегда отвечают таким требованиям.

Например, точность результатов, полученных методом «керосиновой пробы», сильно зависит от квалификации оператора испытательного стенда, который должен визуально выявить проникновение жидкости в тончайшие трещины и внутренние полости изделий. Метод тензометрирования позволяет контролировать лишь отдельные части деталей, а применение рентгеновского оборудования связано с дополнительными затратами.

По словам Сергея Самошкина, специалисты РУТ (МИИТ) и Тверского института вагоностроения нашли решение проблемы, предложив контролировать состояние рам тележек во время усталостных испытаний методом акустической эмиссии. Он основан на обнаружении высокочувствительными пьезоэлектрическими датчиками упругих волн, которые распространяются в металле при его разрушении. Информация о времени распространения сигнала, его амплитуде, частотном спектре и т.п. служит основанием для заключения о природе и месте расположения дефекта.

Проведённые на экспериментальной базе Тверского института вагоностроения исследования подтвердили, что предлагаемый метод имеет значительное преимущество перед другими способами контроля состояния рам тележек. Испытания 10 изделий показали, что применение акустической эмиссии позволяет обнаруживать усталостные трещины в металле размерами менее 1 мм на 100 тыс. циклов нагружения раньше, чем при использовании стандартной «керосиновой пробы».

Как уточнил Сергей Самошкин, опробованный в ходе работы аппаратно-программный комплекс регистрации и анализа сигналов акустической эмиссии может также успешно использоваться при стендовых испытаниях других деталей и узлов подвижного состава.

В дальнейшем учёные планируют на его базе создать аппаратуру непрерывного мониторинга хода испытаний с использованием автономных преобразователей сигналов акустической эмиссии и беспроводных каналов связи.