Ученые Державинского университета разработали метод, позволяющий по слабым акустическим и электромагнитным сигналам, которые издает алюминиевый сплав, прогнозировать его внезапное разрушение. Результаты могут использоваться при разработке систем безопасности транспортных средств, изготовленных из высокотехнологичных сплавов.
По словам руководителя научной группы, д.ф-м.н., профессора Александра Шибкова, алюминиевые сплавы с магнием, литием, медью или цинком ценятся за высокую удельную прочность и коррозионную стойкость – они позволяют снижать вес самолетов, ракет и кораблей, экономя топливо. Однако в процессе обработки и эксплуатации в таких материалах спонтанно возникают так называемые полосы локализованной деформации, которые незаметно накапливают повреждения и могут привести к внезапному разрушению конструкции под нагрузкой. Обнаружить их в работающей технике традиционными методами крайне затруднительно.
– Мы создали оригинальный комплекс чувствительных методов выявления полос локализованной деформации непосредственно в ходе механических испытаний, – говорит Александр Шибков. – Комплекс включает регистрацию собственных шумов металла – акустических, электромагнитных, электрохимических, – генерируемых активными полосами локализованной деформации, которые записываются синхронно с видеосъемкой поверхности со скоростью до 100 тыс. кадров в секунду. Это позволило буквально «увидеть» момент зарождения опасных зон.
Ученые Державинского отмечают, что видеоданные, обработанные с помощью оригинальной компьютерной программы, позволяют увидеть эти полосы даже в сложных условиях, например, в агрессивной химической среде или на шероховатой поверхности, где визуальный контроль затруднен.
– Нам удалось установить, что перед макроскопическим разрушением эмиссионные сигналы демонстрируют критическую, степенную статистику, которая может служить предвестником катастрофического разрушения материала конструкции, – подчеркнул профессор Шибков. – Это своеобразный «крик» металла о помощи, который говорит о том, что нагрузка стала критической, и разрушение неизбежно, если не вмешаться. Теперь мы знаем, на какие паттерны в «шуме» сплава обращать внимание, чтобы дать прогноз о степени риска и времени разрушения материала.
В перспективе метод «эмиссионной разведки» повреждений может быть встроен в системы бортовой диагностики автомобилей, летательных и подводных аппаратов, в том числе беспилотных, где допустимы более высокие перегрузки, позволяя переходить от планового ремонта к предиктивному, основанному на реальном состоянии материала.
