Усталостные трещины в элементах конструкций металлических мостов являются достаточно частым и трудно предсказуемым на стадии проектирования явлением. Для обнаружения таких трещин на стадии эксплуатации используется, как правило, визуальный осмотр проблемных зон, реже применяются такие методы неразрушающего контроля, как ультразвуковая дефектоскопия и акустическая эмиссия. В последнее время активно развивается метод выявления усталостных трещин, основанный на регистрации и анализе тепла, рассеиваемого при деформировании материала. Подход к определению наиболее вероятных мест появления усталостных трещин в сварных конструкциях металлических мостов методом инфракрасной термографии рассматривается в настоящей статье. Физической основой служит явление саморазогрева металла при статическом и циклическом нагружении, которое возникает из-за развития в отдельных зонах конструкций местных микропластических деформаций, приводящих к существенному приросту выделения тепла. Приведены результаты экспериментальных лабораторных исследований образца с усталостными трещинами. В качестве образца использована изгибаемая балка на двух опорах с заранее выращенной трещиной при циклическом нагружении. В ходе эксперимента термограммы регистрировались и сохранялись с частотой 9 кадров в секунду, и тем самым формировались данные зависимости изменения температур исследуемой поверхности от времени. Для устранения шумов использовалась обработка полученных термограмм с помощью механизма кратномасштабного анализа Малла и функции Добеши-4 вейвлет-анализа. Для повышения точности выявления зон с интенсивным тепловыделением после удаления шумов предложено использовать сумму квадратов разностей значений температур по каждому пикселю каждой термограммы (кадра) из полной записи процесса циклического нагружения.
Fatigue cracks in structural elements of metal bridges are quite frequent and difficult to predict at the design stage. To detect such cracks at the operation stage, as a rule, visual inspection of problem areas is used, and non-destructive testing methods, such as ultrasonic flaw detection and acoustic emission, are used less often. Recently, the method of revealing fatigue cracks has been actively developed, based on recording and analyzing the heat dissipated during deformation of the material. Such an approach to the determination of the most probable places for the appearance of fatigue cracks in welded structures of metal bridges by the method of infrared thermography is discussed in this article. The physical basis is the phenomenon of metal self-heating under static and cyclic loading, which arises from the development of local microplastic deformations in certain zones leading to a significant increase in the release of heat. The results of experimental laboratory studies of a sample with fatigue cracks are presented. As a sample, a bend beam was used on two supports with a pre-grown crack under cyclic loading. In the course of the experiment, the thermograms were recorded and stored at a frequency of 9 frames / sec, and thus the data were obtained of the temperature dependence of the temperature of the investigated surface versus time. To eliminate noise, we used the processing of the obtained thermograms with the help of the Mallat multiple-scale analysis mechanism and the DeBoshi-4 wavelet analysis function. To increase the accuracy of identifying areas with intense heat generation after removing noise, it is suggested to use the sum of the difference in the squares of the temperature values for each pixel of each thermogram (frame) from the complete recording of the cyclic loading process.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.