Физики научились слышать «крик» металла перед разрушением

Группа физиков Державинского государственного университета разработала 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, сообщил  руководитель научной группы профессор Александр Шибков.

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. 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», — пояснил профессор Шибков.

По его словам, 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 исследователь.

Он добавил, что 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», — подчеркнул профессор Шибков.

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.