Неразрушающий контроль локальной микротрещиноватости лабораторных образцов минералов акустическим методом с лазерным источником ультразвука и его верификация методом рентгеновской компьютерной томографии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложена акустическая методика неразрушающего контроля степени локальной концентрации микротрещин (микротрещиноватости) в лабораторных образцах минералов на основе лазерной генерации ультразвука. Измеряется спектральная мощность широкополосных сигналов продольных ультразвуковых волн, генерируемых при поглощении импульсного лазерного излучения в специальном материале - лазерном источнике ультразвука и рассеянных на микротрещинах в образцах (так называемая мощность структурного шума). Для полевых шпатов двух типов с неравномерным объемным распределением микротрещин получена прямая зависимость между увеличением микротрещиноватости и возрастанием мощности структурного шума в прозвученных участках образцов. Впервые независимым методом рентгеновской компьютерной томографии образцов сложной формы получено подтверждение достоверности результатов акустических измерений. Установленная связь между локальной микротрещиноватостью и мощностью структурного шума может использоваться в системах мониторинга процесса трещинообразования в горных породах и минералах при воздействии различных нагрузок.

Об авторах

Н. Б Подымова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: npodymova@mail.ru
Москва, Россия

А. Б Ермолинский

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: andrermolinskiy@mail.ru
Москва, Россия

М. С Чернов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: chernov@geol.msu.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Sagong M., Bobet A. Coalescence of multiple flaws in a rock model material in uniaxial compression // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2002. V. 39. P. 229-241.
  2. Wong L.N.Y., Einstein H.H. Systematic evaluation of cracking behavior in specimens containing single flaws under uniaxial compression // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2009. V. 46. P. 239-249.
  3. Кривошеев И.А., Шамурина А.И. Чувствительный метод контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород // Дефектоскопия. 2013. № 9. С. 62-67.
  4. Yin P., Wong R.H., Chau K.T. Coalescence of two parallel pre-existing surface cracks in granite // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2014. V. 68. P. 66-84.
  5. Кривошеев И.А., Шамурина А.И. Контроль образовавшихся несплошностей в образце твердого тела акустическим методом // Дефектоскопия. 2017. № 9. С. 29-34.
  6. Лавров А.В., Шкуратник В.Л. Акустическая эмиссия при деформировании и разрушении горных пород (обзор) // Акуст. журн. 2005. Т. 51. Приложение. С. 6-18.
  7. Кривошеев И.А. Метод связанных диполей для локации источников акустической эмиссии // Дефектоскопия. 2007. № 6. С. 37-44.
  8. Grosse C.U., Ohtsu M. (eds.) Acoustic emission testing: Basics for research - applications in civil engineering. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2008. 406 p.
  9. Builo S.I., Builo B.I., Chebakov M.I. Probalistic-Information Approach to Assessing the Reliability of the Results of the Acoustic-Emission Method of Testing and Diagnostics // Russ. J. Nondestruct. Test. 2021. V. 57. No. 5. P. 375-382.
  10. Буйло С.И., Буйло Б.И., Чебаков М.И. Вероятностно-информационный подход к оценке достоверности результатов акустико-эмиссионного метода контроля и диагностики // Дефектоскопия. 2021. № 5. С. 37-44.
  11. Aki K., Richards P.G. Quantitative seismology (2nd ed.). CA: Univ. Sci. Books, 2009. 742 p.
  12. Meglis I.L., Chow T., Martin C.D., Young R.P. Assessing in situ microcrack damage using ultrasonic velocity tomography // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2005. V. 42. No. 1. P. 25-34.
  13. Никитин А.Н., Иванкина Т.И., Игнатович В.К. Особенности распространения продольных и поперечных упругих волн в текстурированных горных породах // Физика Земли. 2009. № 5. С. 57-69.
  14. Nicco M.,·Holley E.A., Hartlieb P., Kaunda R., Nelson P.P. Methods for characterizing cracks induced in rock // Rock Mech. Rock Eng. 2018. V. 51. No. 7. P. 2075-2093.
  15. Николенко П.В., Шкуратник В.Л., Чепур М.Д. Закономерности изменения скоростей упругих волн в горных породах различной пористости при механическом и термическом нагружении по данным лабораторных экспериментов // ФТПРПИ. 2020. № 5. С. 21-32.
  16. Abbakumov K.E., Vagin A.V., Sidorenko I.G. Acoustic Characteristics of Solid Elastic Media with Oriented Microcracking // Russ. J. Nondestruct. Test. 2023. V. 59. No. 4. P. 393-403.
  17. Аббакумов К.Е., Вагин А.В., Сидоренко И.Г. Акустические характеристики твердых упругих сред с ориентированной микротрещиноватостью // Дефектоскопия. 2023. № 4. С. 3-13.
  18. Kim K.-B., Hsu D.K., Barnard D.J. Estimation of porosity content of composite materials by applying discrete wavelet transform to ultrasonic backscattered signal // NDT & E Int. 2013. V. 56. P. 10-16.
  19. Karabutov A.A., Podymova N.B. Nondestructive porosity assessment of CFRP composites with spectral analysis of backscattered laser-induced ultrasonic pulses //j. Nondestruct. Eval. 2013. V. 32. P. 315-324.
  20. Качанов В.К., Карташев В.Г., Соколов И.В., Воронкова Л.В., Шалимова Е.В. Структурный шум в ультразвуковой дефектоскопии. М.: Изд. дом МЭИ, 2016. 186 с.
  21. Романишин Р.И., Романишин И.М. Оценка рассеянной поврежденности конструкционных материалов // Дефектоскопия. 2019. № 2. С. 25-35.
  22. Khlybov A.A., Uglov A.L. On the Use of Structural Noise Parameters in Testing 20GL Steel with Rayleigh Surface Waves under Elastoplastic Deformation // Russ. J. Nondestruct. Test. 2021. V. 57. No. 7. P. 517-524.
  23. Хлыбов А.А., Углов А.Л. Об использовании параметров структурного шума при контроле поверхностными акустическими волнами Рэлея стали 20ГЛ в процессе упругопластического деформирования // Дефектоскопия. 2021. № 7. С. 3-10.
  24. Khlybov A.A., Uglov A.L., Demchenko A.A. On Spectral-Acoustic Method for Estimating Porosity of Metals Produced by Hot Isostatic Pressing // Russ. J. Nondestruct. Test. 2022. V. 58. No. 12. P. 1051-1063.
  25. Хлыбов А.А., Углов А.Л., Демченко А.А. О спектрально-акустическом способе оценки пористости металлов, полученных методом горячего изостатического прессования // Дефектоскопия. 2022. № 12. С. 3-16.
  26. Vary A. Material property characterization / In: Moore P.O. (ed.) Nondestructive testing handbook. Ultrasonic testing. Columbus: ASTM, 2007. P. 365-431.
  27. Fitting D.W., Adler L. Ultrasonic spectral analysis for nondestructive evaluation. New York: Plenum Press, 1981. 354 p.
  28. Гусев В.Э., Карабутов А.А. Лазерная оптоакустика. М.: Наука, 1991. 304 с.
  29. Карабутов А.А., Подымова Н.Б. Неразрушающий контроль усталостных изменений структуры композитов лазерным ультразвуковым методом // Механика композитных материалов. 1995. Т. 31. № 3. С. 405-410.
  30. Белов М.А., Черепецкая Е.Б., Шкуратник В.Л., Карабутов А.А., Макаров В.А., Подымова Н.Б. Количественная оценка размеров минеральных зерен методом лазерной ультразвуковой спектроскопии // ФТПРПИ. 2003. № 5. С. 3-8.
  31. Исмагилов И.Р., Голенищев-Кутузов В.А., Калимуллин Р.И., Мигачев С.А., Хасанов А.А. Обнаружение поверхностных и объемных дефектов в металлах лазерно-акустическим способом // Дефектоскопия. 2014. № 6. С. 16-24.
  32. Karabutov A.A., Podymova N.B. Nondestructive porosity assessment of CFRP composites with spectral analysis of backscattered laser-induced ultrasonic pulses //j. Nondestruct. Eval. 2013. V. 32. P. 315-324.
  33. Подымова Н.Б., Калашников И.Е., Кобелева Л.И. Лазерный оптико-акустический метод количественной оценки пористости литых дисперсно-упрочненных металломатричных композиционных материалов // Дефектоскопия. 2020. № 12. С. 3-13.
  34. Подымова Н.Б., Карабутов А.А. Влияние трещиноватости полевых шпатов на спектральную мощность обратнорассеянных широкополосных импульсов продольных ультразвуковых волн // Акустический журнал. 2022. Т. 68. № 6. С. 679-688.
  35. Brown J.M., Angel R.J., Ross N.L. Elasticity of plagioclase feldspars //j. Geophys. Res. Solid Earth. 2016. V. 121. P. 663-675.
  36. Усов А.Н., Чернов М.С., Соколов В.Н., Вознесенский Е.А. Изменение микростроения глинистых грунтов при деформировании в условиях трехосного сжатия с учетом проявления деформационной неустойчивости // Вестник Моск. университета. Сер. 4: Геология. 2017. № 6. С. 87-91.
  37. Morozov I., Zakusin S., Kozlov P., Zakusina O., Roshchin M., Chernov M., Boldyrev K., Zaitseva T., Tyupina E., Krupskaya V. Bentonite-concrete interactions in engineered barrier systems during the isolation of radioactive waste based on the results of short-term laboratory experiments // Appl. Sci. 2022. V. 12. No. 6. Art. 3074.
  38. Buzug T.M.Computed tomography. From photon statistics to modern cone-beam CT. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2008. 522 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023