Розробка основ побудови системи захисту об’єктів від несанкціонованого доступу на базі акустичної емісії

Abstract

Розроблено методику та експериментальну установку на базі мобільної акусто-емісійної системи для дослідження акустичного випромінювання при скрайбуванні поверхневих прошар- ків матеріалів. В основі її побудови покладено сучасні комп’ютерні технології з широким вико- ристанням гнучких програмних засобів управління та обробки акусто-емісійних даних. Розроблено структуру програмного математичного забезпечення (ПМЗ) для реєстрації акустичного випромінювання, обробки його параметрів, їх аналізу, представлення результатів у вигляді графіків та їх збереження у вигляді логічних масивів даних. Структуру побудовано з можливістю виконання всіх операцій незалежно одна від одної. ПМЗ орієнтовано на обробку процесів випромінювання у вигляді імпульсної послідовності та у вигляді безперервного сигна- лу акустичної емісії. Розроблено структуру програмного графічного інтерфейсу управління, який побудовано у вигляді багаторівневих структур переходів. Створено ПМЗ, яке реалізовано на програмно орієнтованому язику С++. При скрайбуванні поверхневих прошарків матеріалу алмазним індентером визначено, що процес випромінювання сигналів акустичної емісії (АЕ) спостерігається на поверхні матеріалу без структурної неоднорідності. Метод АЕ є чутливим до зміни характеру структурної неодно- рідності. Перехід в проміжну зону між структурною неоднорідністю і вихідним матеріалом і далі перехід на вихідний матеріал фіксується в зміні параметрів сигналів і кута нахилу кривої накопичення кількості або енергії сигналів АЕ. Встановлено, що при збільшенні навантаження на індентер відбувається стабілізація аку- стичного випромінювання, яке носить більш рівномірний характер, як за значеннями парамет- рів реєстрованих сигналів, так і за формуванням більш чітких змін нахилу кривих накопичення кількості і енергії реєстрованих сигналів АЕ. Останні придбають рівномірний характер зрос- тання. При зменшенні лінійного розміру структурної неоднорідності і збільшенні швидкості переміщення індентеру за сигналами АЕ фіксуються більш чіткі переходи на поверхню вихід- ного матеріалу зі смуги структурної неоднорідності. В той же час, при зменшенні швидкості переміщення індентеру процес випромінювання, як в перехідній зоні, так і в зоні вихідного ма- теріалу носить нестабільний, не стійкий характер. При скрайбуванні алмазним індентером поверхні матеріалу після полірування встанов- лено, що процеси акустичного випромінювання повністю відповідають акустичному випромі- нюванню, яке реєструється на поверхні до її полірування. При цьому зберігаються закономір- ності зміни залежностей параметрів сигналів АЕ при переході з поверхні зі структурною неод- норідністю на поверхню без неї і навпаки, а також зберігається вплив зміни величини наванта- ження на індентер і швидкості його переміщення на характер і параметри реєстрованих сигна- лів АЕ. В той же час, процес полірування має позитивний вплив на стабільність випромінюван- ня з формуванням більш чітких змін нахилу кривих накопичення кількості і енергії сигналів АЕ в часі при менших значеннях навантаження. При цьому за сигналами АЕ відновлюється чергу- вання смуг зі структурною неоднорідністю і смуг вихідного матеріалу. Обробка сигналів АЕ при навантаженні поверхневого прошарку матеріалу індентером у вигляді шарику показала, що при збільшенні навантаження на індентер, збільшенні і зменшенні швидкості його переміщення процес акустичного випромінювання носить нестабільний харак- тер у вигляді окремих сплесків, які фіксуються на всіх смугах досліджуваної поверхні. При цьому відсутні закономірності в зміні параметрів реєстрованих сигналів, які дозволяють фіксу- вати переходи з поверхні на поверхню з різною структурою. Це в певній мірі відноситься і до навантаження поверхні за допомогою алмазної головки від стандартного профілометра- профілографа. Встановлено, що при скрайбуванні поверхневих прошарків матеріалу зі структурною не- однорідністю і без неї за допомогою індентеру, виготовленого з графіту, акустичне випроміню- вання спостерігається на ділянках вихідного матеріалу. Це відноситься, як до поверхні після фінішного шліфування, так і до поверхні після виконання додаткової операції полірування, ко- ли структурна неоднорідність стає невидимою. Однак, порівняно до скрайбування алмазним індентером, стабілізація акустичного випромінювання відбувається при значно більших наван- таженнях на індентер та швидкостях його переміщення, що, очевидно, пов’язано зі зміною пе- реважного механізму руйнування графіту за рахунок зсувної деформації, коли в часі не встигає розвиватися процес крихкого руйнування. За сигналами АЕ при переміщенні графітового індентеру відтворюється послідовність чергування ділянок поверхні матеріалу зі структурною неоднорідністю і ділянок поверхні вихі- дного матеріалу. При переході індентеру з поверхні зі структурною неоднорідністю на поверх- ню вихідного матеріалу відбувається різка зміна кута нахилу залежності накопичення кількості сигналів АЕ в часі або їх енергії. На вихідному матеріалі залежність носить лінійний характер зростання з постійною швидкістю росту. Це стосується акустичного випромінювання реєстро- ваного, як на поверхні після фінішного шліфування, так і на поверхні після її полірування, коли структурні неоднорідності стають не видимими. За сигналами АЕ фіксується і перехідна зона – ділянка переходу з поверхні на поверхню з видозміненою структурою. Зменшення її впливу, як показали дослідження, можливо за рахунок сумування кількості сигналів, що реєструються в прямому і зворотному напрямах переміщення індентеру. Існування перехідної зони на поверхні матеріалу, яка формується за рахунок нерівномір- них напружень деформації, швидкості їх зміни і температурного поля при контактній механіч- ній взаємодії інструменту з оброблюваною поверхнею, показує необхідність розробки спеціа- льного інструменту або спеціальної технології нанесення структурної неоднорідності, яка по- трібна мати рівномірний характер з мінімальним розміром перехідної зони. Сформовано загальні підходи і структуру формування багаторівневого захисту об’єктів з використанням явища АЕ. В той же час, для надійної фіксації існуючої структурної неоднорід- ності, особливо невидимої структурної неоднорідності, необхідно визначити оптимальні умови розвитку процесів пружно-пластичного деформування індентеру з більш м’якого матеріалу, ніж досліджувана поверхня, яки приводять до розвитку руйнування за єдиним механізм. При цьому необхідно визначити розмір індентеру, умови його розташування і технологічні параметри випробувань, які приводять до максимальної стабілізації процесів акустичного випромінювання з можливістю визначення більш чітких границь між смугами вихідного матеріалу і структурної неоднорідності.