Рассеянным излучением

разуют предельные состояния, наступившие в результате постепенного накопления в материале рассеянных повреждений, приводящих к зарождению и развитию макроскопических трещин. Часто зародыши и очаги таких трещин, вызванные несовершенством технологических процессов, содержатся в объекте до начала его функционирования. Причиной выхода объекта из строя является развитие трещин до опасных или нежелательных размеров. Если трещина не обнаружена своевременно, ее развитие может привести к аварийной ситуации. Вторая группа состоит из предельных состояний, связанных с чрезмерным износом трущихся деталей и поверхностей, находящихся в контакте с рабочей или окружающей средой. Предельные состояния первой группы типичны для несущих элементов, работающих при высоких уровнях общей нагруженности.

Общепринятая модель трещины в механике разрушения - математический разрез в теле из неповрежденного материала. Трещину считают заданной, а ее размер достаточно большим по сравнению с максимальным размером структуры материала - размером зерна, кристаллита, волокна и тому подобное. Такие трещины называют макроскопическими (в отличие от микроскопических трещин, размер которых имеет порадок характерного размера структуры материала или менее). Задача состоит в том, чтобы найти закономерности роста трещины при различных свойствах материала и различных процессах нагружения, а также установить условия, при которых этот рост устойчив, то есть малые приращения нагрузок или малые изменения размеров трещин не приводят к ее интенсивному росту. В действительности физический процесс разрушения состоит из двух стадий. Первая стадия — накопление рассеянных повреждений - может составлять значительную часть общего ресурса (по различным данным от 50 до 90 %). Если в детали или элементе не было начальных технологических трещин, то зарождение первой макроскопической трещины есть результат накопления рассеянных повреждений. Процесс накопления повреждений продолжается и после того, как начался рост трещины, причем зги процессы взаимодействуют между собой.

Практика :жсилуатации современных машин и сооружений при экстремальных условиях их работы, происходящих зачастую при высоких уровнях напряжений и температуры, свидетельствует о налимий ярко выраженной временной зависимости процесса разрушении. Во многих случаях полному разрушению тела предшествует длительное устойчивое развитие трещины, причем величина ;>топ> периода может составлять значительную часть долговечности элемента конструкции. Такое; длительное разрушение, происходящее нередко при постоянных внешних нагрузках, особенно характерно для полимеров, композитных материалов и металлов при высоких температурах. Причиной медленного роста трещины в таких случаях обычно являются ползучесть материала и накопление рассеянных повреждений.

разуют предельные состояния, наступившие в результате постепенного накопления в материале рассеянных повреждений, приводящих к зарождению и развитию макроскопических трещин. Часто зародыши и очаги таких трещин, вызванные несовершенством технологических процессов, содержатся в объекте до начала его функционирования. Причиной выхода объекта из строя является развитие трещин до опасных или нежелательных размеров. Если трещина не обнаружена своевременно, ее развитие может привести к аварийной ситуации. Вторая группа состоит из предельных состояний, связанных с чрезмерным износом трущихся деталей и поверхностей, находящихся в контакте с рабочей или окружающей средой. Предельные состояния первой группы типичны для несущих элементов, работающих при высоких уровнях общей нагруженное™.

Общепринятая модель трещины в механике разрушения - математический разрез в теле из неповрежденного материала. Трещину считают заданной, а ее размер достаточно большим по сравнению с максимальным размером структуры материала - размером зерна, кристаллита, волокна и тому подобное. Такие трещины называют макроскопическими (в отличие от микроскопических трещин, размер которых имеет порядок характерного размера структуры материала или менее). Задача состоит в том, чтобы найти закономерности роста трещины при различных свойствах материала и различных процессах нагружения, а также установить условия, при которых этот рост устойчив, то есть малые приращения нагрузок или малые изменения размеров трещин не приводят к ее интенсивному росту. В действительности физический процесс разрушения состоит из двух стадий. Первая стадия - накопление рассеянных повреждений - может составлять значительную часть общего ресурса (но различным данным от 50 до 90 %). Если в детали или элементе не было начальных технологических трещин, то зарождение первой макроскопической трещины есть результат накопления рассеянных повреждений. Процесс накопления повреждений продолжается и после того, как начался рост трещины, причем эти процессы взаимодействуют между собой.

С помощью уравнений повреждений могут описываться обе основные стадии длительного разрушения — стадия рассеянных повреждений и стадия развития макроскопических трещин. В первом случае предполагают, что повреждения развиваются одновременно во множестве малых объемов, выделенных из рассматриваемого тела, сохраняющего при этом свою сплошность в смысле основного допущения механики сплошной среды. Во втором случае в теле имеется одна или несколько макроскопических трещин и повреждения развиваются только перед фронтом каждой из этих трещин, т. е. носят локальный характер. Для полного опи-

сания процесса длительного разрушения нужно, строго говоря, располагать двумя различными уравнениями повреждений, одно из которых относится к первой стадии рассеянных повреждений, другое — ко второй стадии локальных повреждений. Кроме того, необходимо еще установить условие завершения первой и начала второй стадии, оканчивающейся полным разрушением тела при достижении трещинами их критических размеров. Такой путь полного описания процесса длительного разрушения намечен, например, в работах В. В. Болотина применительно к однонаправленным композиционным материалам. Однако в подавляющем большинстве случаев длительную прочность пока еще оценивают на основе рассмотрения либо только стадии рассеянных, либо только стадии локальных повреждений. Первый путь, во многих случаях вполне обоснованный, может считаться в настоящее время более универсальным. С другой стороны в современных расчетах на многоцикловую усталость металлических конструкционных элементов проявляется тенденция ограничиваться рассмотрением только стадии роста трещин усталости, развивающихся из некоторых исходных (технологических) дефектов в виде малых поверхностных трещин с нормированной начальной длиной или глубиной. Иногда при решении практически одинаковых проблем усталостной прочности применяется в одних случаях первый, а в других — второй путь, причем в случае использования достаточно полных и достоверных экспериментальных данных о сопротивлении материала оба пути приводят к удовлетворительной оценке ресурса рассматриваемых конструкционных элементов.

Процесс накопления повреждений, зарождающихся в дискретных полосах скольжения, делят на несколько стадий [25, 93J. При феноменологическом же описании многоцикловых усталостных разрушений с целью построения расчетной модели обычно ограничиваются рассмотрением двух основных укрупненных стадий: стадии рассеянных (диссеминированных) повреждений (микротрещин, вакансий и т. п.) и стадии развития магистральной трещины, хотя фактически граница этих стадий размыта, и ее приходится фиксировать в определенной мере искусственно. Отношение длительностей обеих стадий может быть весьма различным в зависимости от характера циклического напряженного состояния и типа нагружения (мягкое или жесткое) рассматриваемого конструкционного элемента. При однородном напряженном состоянии и мягком нагружении преобладает стадия рассеянных повреждений, и конец этой стадии можно с определенным приближением рассматривать как наступление полного разрушения, считая, что магистральная трещина развивается в указанных условиях практически мгновенно.

Одним из решающих факторов выбора того или иного вида уравнения повреждений является степень сложности лабораторных исследований материала. Постепенно совершенствуются физические и механические методы исследований, дающие представление о кинетике рассеянных повреждений в каждом отдельном образце. Наибольшее развитие получил метод измерения параметров петель упругопластического гистерезиса в условиях не только малоцикловой, но и многоцикловой усталости металлов [87, 88]. Этот метод позволяет оценивать состояние повреждений, если критические параметры петель гистерезиса к моменту разрушения известны, путем сопоставления с обычными кривыми длительной прочности. Существует ряд других механических и физических методов оценки повреждений, например, снятие характеристик сигналов акустической эмиссии [21 ], регистрация

Следует заметить, что теоретическая кривая снижения величины ар (рис. 3.2) далеко не всегда подтверждается прямыми экспериментальными данными, т. е. теоретическая догрузка До оказывается недостаточной для фактического быстрого разрушения испытуемых образцов. С другой стороны, опыт на полное окончательное разрушение образцов еще не свидетельствует о непригодности рассматриваемой зависимости, если равенство П = 1 или ст (т) = (Тр (т) трактуется как конец стадии рассеянных повреждений, вслед за которыми появляются макроскопические трещины, делающие конструкционный элемент ненадежным. Поэтому описанный расчет снижающегося коэффициента запаса на быструю перегрузку может рассматриваться как приемлемый для металлов, работающих при высоких температурах, и для полимерных материалов, работающих в любых температурных условиях.

Оценка долговечности по стадии развития трещин усталости применяется на практике в двух аспектах. Во-первых, при определении живучести конструкционных элементов с фактически обнаруженными трещинами, обычно возникающими около конструкционных концентраторов напряжений или около крупных технологических дефектов в виде раковин, расслоений, инородных включений и т. п., которые не удалось своевременно выявить или предотвратить. Во-вторых, теория развития трещин усталости фактически используется еще как некоторая альтернатива теории рассеянных повреждений, что практикуется особенно часто при расчетах на коррозионную усталость.

Преимуществом аппаратуры, построенной по среднетоковому принципу, является простота схемы. К недостаткам следует отнести несгабиль--ность заряда, приносимого на интегратор импульсами детектора, а также наличие в полезном сигнале импульсов, вызванных рассеянным излучением и шумами фотоумножителя, которые снижают чувствительность схемы.

Интегральный дискриминатор отрезает часть спектра импульсов, обусловленную рассеянным излучением и шумами фотоумножителя. Это также повышает чувствительность аппаратуры. Устранение рассеянного излучения необходимо также при контроле изделий сложной конфигурации с использованием заполнителей, так как спектры излучения за материалом изделия и заполнителя совпадают только в области фотопика. В случае такой, дискриминации отсекается часть несу-

Погрешности коллимации включают в себя погрешности юстировки, погрешности, вызванные конечной толщиной и шириной пучка, погрешности непараллельности геометрии пучка и плоскости сканирования, расходимости или сходимости пучка, погрешности, вызванные рассеянным излучением, так называемые коллимационные шумы, вызванные механическими и тепловыми нагрузками на элементы рентгенооптики в процессе сканирования и недостаточной жесткостью связи между узлами излучателя, коллиматоров и детекторов, погрешности дополнительных элементов рентгеиооп-тики (выравнивающих клиньев, регулировочных образцов, управляемых диафрагм и т. п.).

Проведенная оценка параметров дефектоскопа получена при некоторых упрощающих расчет предположениях. Так, не учтена трапецеидальная форма входного сигнала, не проведена оптимизация выбора энергии источника излучения, его активности и пр. Более детальное рассмотрение можно найти в работах [38—44]. Однако расчеты показывают, что в случаях, когда рассеянным излучением можно пренебречь, результаты по определению соотношения между чувствительностью и производительностью близки к полученным при использовании более сложных соотношений.

В ряде случаев качество снимков ухудшается из-за нерезкости границ дефекта, вызванных прежде всего смещением кассеты во время просвечивания или рассеянным излучением, а не геометрическими факторами и собственной нерезкостью пленки. Часто это наблюдается при контроле сварных швов больших толщин. Нередко крепление кассет на сосуде, особенно из немагнитных материалов, производят путем прижатия их к поверхности деревянными рейками, которые держатся на изделии под собственным весом. Вибрации, вызываемые работой станков, приводят к сползанию кассет, особенно при длительном просвечивании, а следовательно, и к смазыванию изображения. Вибрировать может и сам источник излучения, ухудшая резкость и рассеивая излучение.

Не ставя перед собой цели исчерпывающего исследования влияния многочисленных факторов на величину размытия изображения дефекта, мы пытались экспериментально определить доли размытия, вызванные внутренней нередкостью пленки ?/п, экранов U9, а также рассеянным излучением Uv. Количественное определение этих величин позволит уточнить значения оптимальных фокусных расстояний F при практической f-дефектоскопии, так как в этом случае можно определить увеличение F по сравнению с F0, которое сведет величину размытия изображения до возможного минимума при приемлемом времени экспозиции. Экспериментальное определение внутренней нерезкости нленки Uu дает возможность критического подхода при выборе типа пленки, пригодной для ^-Дефектоскопии.

Из табл. 2 видно, что внутреннее размытие, определяемое самой пленкой, равно 22% общего размытия. Однако в эту величину, очевидно, входит не только размытие, вызываемое фотоэмульсией пленки, но и размытие, вызываемое рассеянным излучением из толщи просвечиваемого ме-

Более того, даже в случае, когда поглощательная способность вещества частицы равна единице, такая частица вследствие дифракционных явлений также обладает сильным рассеянным излучением, направленным вперед по ходу луча.

ными частицами излучение также концентрируется в узком пучке, направленном по ходу распространения падающего излучения. Более того, даже в случае, когда погло-щательная способность вещества частицы равна единице, она вследствие дифракционных явлений также обладает заметным рассеянным излучением, направленным вперед по ходу луча. Индикатриса рассеяния такой «абсолютно черной» частицы приведена на рис. 4-11.

Часто радиационная обстановка вокруг мощных источников ионизирующих излучений определяется рассеянным излучением, попадающим в точку детектирования вблизи поверхности земли после отражения от воздуха. В литературе круг этих задач принято называть скайшайн (свечение или сияние неба). Таким образом, скайшайн является задачей альбедо при отражении излучения от воздуха -вблизи границы с землей, когда характеристики поля определяются отраженным от воздуха излучением. Такие задачи обычно реализуются для коллимированных источников, излучение которых не направлено на детектор.

При работе с аппаратурой оптического контроля качества должны соблюдаться общие правила по технике безопасности и охране труда. Оптический контроль происходит при повышенной нагрузке на глаза оператора, что надо учитывать при его организации. Особую опасность могут представлять источники, несущие концентрированные потоки световой энергии, в первую очередь оптические квантовые генераторы — лазеры. При их использовании в процессе проведения контроля должна быть произведена гигиеническая оценка условий контроля и особенно должна быть проанализирована опасность нанесения вреда людям отраженным или рассеянным излучением, в том числе и от предметов, которые могут случайно попасть на линию распространения лазерного излучения: металлические части, стеклянные поверхности, лист бумаги, хорошо отражающие участки стен и т. д. Поэтому работа с лазерными установками, особенно при значительных его мощностях должна производиться в специальных помещениях с использованием защитных очков со светофильтрами, задерживающими большую часть излучения, и при экранировании наиболее опасной части установки. Следует помнить, что наиболее опасно облучение глаз, они поражаются излучением квантового генератора настолько быстро, что при облучении трудно принять защитные меры и их в случае опасности необходимо предусмотреть заранее. Максимально допустимые уровни плотности потока мощности в зависимости от типа лазера, длины волны и режима работы оператора составляют для кожи 0,1 Дж/см2, а для глаз —0,002— 1,0 мкДж/см2.