|
|
|
|
Размещение материалов:
Седнев Дмитрий Андреевич
e-mail: sednev@tpu.ru
tel: +7-923-44-00-415
|
|
|
|
|
|
Международная научно-образовательная лаборатория неразрушающего контроля
|
|
|
|
|
|
|
Основные результаты выполнения проекта. Проведен аналитический обзор и патентный поиск по направлению ПНИР. Осуществлен выбор дальнейшего направления исследования: математическое моделирование распространения акустических волн изотропных и анизотропных материалах сложной геометрии и дальнейшее развитие технологии ультразвуковой томографии Digital Focus Array. Разработаны и изготовлены экспериментальные образцы сo стандартизированными дефектами и сварными соединениями: образцы из стали содержат по 3 выреза (глубиной 10, 4, 2 мм, углами наклона 0, 10, 20, 30, 40 и 50 градусов). Разработана и собрана лабораторная установка ультразвукового контроля. Проведены исследования изготовленных экспериментальных образцов на лабораторной установке: лучшие показания были достигнуты с применением 5 МГц датчика (продольные волны, 16 элементов, угол наклона 60 градусов). Все вырезы были точно определены с помощью метода Digital Focus Array, а их глубина и углы корректно реконструированы в В-сканы. Цилиндрическое отверстие в шве и в основном материале так же удалось точно реконструировать. Разработаны научно-технические основы и алгоритмы томографической реконструкции изображений сварных соединений контейнеров с ОЯТ. Приведены принципы тактирования фазированных антенных решеток и последующей реконструкции секторных и пространственных раз-верток. Разработан способ применения графических ускорителей для реконструкции томографического изображения в режиме реального времени. Создано программное обеспечение, реализующее принципы ультразвуковой томографии и позволяющее осуществлять управление системой и обработку полученных акустических данных. В состав ПО вошли следующие модули: модуль управления блоком электроники УЗК с фазированной антенной решеткой, модуль управления автоматизированным манипулятором, модуль томографической реконструкции и модуль визуализации на базе графических ускорителей. Изучены особенности конструкции объекта контроля, пенала для хранения ОЯТ, акустические свойства конструкционной стали 12Х18Н10Т. Объект контроля имеет анизотропную структуру, что затрудняет использование стандартных преобразований для обработки акустических сигналов. Проведено моделирование распространения акустических волн с учетом особенностей объекта контроля, создана модель сварного соединения и рассчитана траектория прохождения волны в структуре материала с учетом закона преломления на границе поперечно-изотропных зон модели. В целях эффективного томографического контроля рассмотрены механизмы деградации сварного соединения объекта контроля и возможные дефекты данной структуры. Дефекты объединены в библиотеку с описанием зависимости допустимых размеров дефекта, класса качества сварного соединения и геометрических параметров объекта контроля. Создана база данных стандартизированных дефектов при участии ФГУП ФЯО «Горно-химический комбинат», выступающего в роли потенциального заказчика. В разработанной базе данных объединены требования заказчика по допустимым типам и размерам несплошностей объекта контроля и требования к стандартным образцам предприятия с эквивалентными отражателями, которые позволяют эффективно настроить чувствительность ультразвукового томографа к искомому типу дефекта. Программное обеспечение ультразвуковой томографии позволяет реализовать автоматическое обнаружение и распознавание типа дефекта. Корректное распознавание возможно при условии сравнения с базой данных дефектов, созданной на этапе 2 ПНИЭР. При этом, обязательным условием для подобного сравнения является выделение характерных параметров индикации и установление их соответствия с реальными характеристиками дефекта. Рассмотрены особенности ультразвукового контроля, а также разработаны требования в входным данным для данного вида неразрушающего контроля. На основе разработанной методики количественной оценки вклада дефектов в снижение прочности сварного шва разработан поэтапный алгоритм оценки остаточного ресурса пенала для хранения ОЯТ, включающий в себя стадии визуального и ультразвукового контроля. Таким образом, разработанная методика и алгоритм ее применения могут быть использованы при оценке вклада рассмотренных дефектов сварного соединения в его прочность. Разработана функциональная и принципиальная схемы блока ультразвуковой электроники. Предложены ключевые элементы устройства и описаны их основные технические характеристики. Практическая часть работы была посвящена проведению конструкторско-сборочных работ и апробации изготовленного измерительного канала. Приведены основные управляющие команды, необходимые для программирования работы ультразвуковой электроники. Создана структурная схема ультразвукового томографа. Томограф условно подлежит делению на три основных подсистемы: измерительная, управляющая и вычислительная. Все подсистемы связаны между собой через систему коммуникации, состоящую из кабельной системы и информационных каналов связи. Непосредственно блок ультразвуковой электроники, пьезоэлектрические преобразователи и система обеспечения акустического контакта объединяются в измерительную подсистему. Разработана эскизная конструкторская документация на блок управления автоматизированной УЗС томографического контроля сварных соединений контейнеров с ОЯТ. Структурная схема БУ АУЗС состоит из 11 блоков. Приведены описания назначения всех блоков, режимы их работы и возможности программирования. Согласно технического задания БУ АУЗС был изготовлен в ходе выполнения данного этапа ПНИЭР. Блок управления объединил в едином конструктивном блоке модули измерительной системы, цифрового интерфейса, синхронизации измерений, управления системой позиционирования датчиков на объекте контроля. Разработана и изготовлена плата одноканального модуля измерительного тракта. Описана возможность реализации мультиплексирования одноканального модуля на несколько каналов измерительного тракта. Кроме того, разработана эскизная конструкторская документация на измерительный тракт УЗС томографического контроля сварных соединений контейнеров с ОЯТ. Изготовлена антенная решётка, которая является акустическим трактом. Разработана эскизная конструкторская документация акустического тракта автоматизированной УЗС томографического контроля сварных соединений контейнеров с ОЯТ. Изготовлен макет автоматизированной системы ультразвуковой томографии, в составе аппаратной части, собранной в приборном шкафу, сканирующего устройства и программного обеспечения. Изготовлены многоэлементные преобразователи фазированных акустических решеток силами индустриального партнера ПНИЭР. Макет системы успешно прошел апробацию в результате исследовательских испытаний. Оценено соответствие результатов проекта современному научно-техническому уровню. Оценка показала соответствие мировому научно-техническому уровню в части аппаратного обеспечения и опережение в части программных и алгоритмических решений. Разработано техническое задание на ОКР "Разработка промышленной автоматизированной системы ультразвуковой томографии" Определены возможные рынки для коммерциализации результатов ПНИЭР. Предложены потенциальные потребители и выбраны способы дальнейшего взаимодействия с ними. Деятельность по внедрению разработки в реальный сектор экономики будет вестись индустриальным партнером проекта при содействии ТПУ. Разрабатываемая в результате выполнения проекта технология контроля сварных соединений контейнеров с ОЯТ позволит выполнять реконструкцию и визуализацию ультразвуковых данных, получать трёхмерные изображения контролируемых объектов с возможностью количественной оценки несплошностей материала. В отличие от традиционных методов измерения, обработки и интерпретации сигналов, основанных на эффекте отражения ультразвуковых волн на границах раздела сред, для получения томографических изображений будут применяться алгоритмы наложения так называемых дифракционных сигналов, основанных на принципе синтетической фокусировки апертуры. Для получения таких сигналов оптимальным является применение многоэлементных измерительных преобразователей в комбинации с многоканальной ультразвуковой электроникой и специализированными вычислительными модулями для реконструкции, визуализации и автоматической оценки томографических изображений в режиме реального времени. НИ ТПУ является ведущей отечественной организацией в области создания систем реконструкции, визуализации и автоматической оценки томографических изображений в реальном масштабе времени. Высокий уровень технологического развития удалось достичь в том числе за счёт сотрудничества с зарубежными партнёрами. Собственными уникальными разработками ТПУ являются методы моделирования распространения ультразвуковых волн в различных средах, а также алгоритмы реконструкции трёхмерных изображений на базе графических ускорителей, которые превосходят зарубежные аналоги. Решаемая в данном проекте проблема оценки остаточного ресурса контейнеров с ОЯТ методами ультразвуковой томографии является уникальной возможностью для практического применения данной технологии как с точки зрения задачи контроля, не имеющей на данный момент стандартизированных решений, так и с точки зрения инновационности имультидисциплинарности разрабатываемых технологических подходов, заключающаяся в применении последних достижений электроники, вычислительной техники и компьютерного моделирования.
|
|
|
|
|
25.09.14. Коллектив МНОЛ НК продолжает работу над проектом "Разработка технологии диагностики и оценки остаточного ресурса контейнеров с отработавшим ядерным топливом на базе метода ультразвуковой томографии". Основной целью настоящего проекта является создание передовой технологии оценки эксплуатационного ресурса объектов атомной энергетики на базе ультразвуковой томографии на примере контейнеров с отработавшим ядерным топливом. Результатом создания данной технологии должно стать решение комплекса технологических задач, в частности: - Создание нового класса оборудования контроля и диагностики объектов атомной энергетики с потенциалом вывода на мировой рынок
- Увеличение срока эксплуатации оборудования и уровня ее безопасности за счёт применения передовых технологий дефектометрии
- Создание научно-технических решений и продуктов в смежных областях: математического моделирования свойств материалов, высокопроизводительных вычислительных систем, электроники и измерительной техники.
На сегодняшний день, в РФ способ "сухого хранения" отработанного ядерного топлива является наиболее перспективной и многообещающей технологией. Внедряется данная технология на технологических мощностях опытно-демонстрационного центра "ФГУП Горно-химический комбинат" (г. Железногорск, Красноярский край). ГХК уже выразил интерес к реализуемому проекту на стадии написании заявки. Делегация, состоящая из представителей ТПУ и индустриального партнера планирует провести переговоры о возможном сотрудничестве в ходе визита на ГХК 23-24 октября 2014 года. Помимо отечественных партнеров, ТПУ рассматривает возможности кооперации и с иностранными предприятиями. Одной из таких компаний может стать немецкая фирма I-Deal Technologies GmbH, дочерняя компания Фраунгоферовского института неразрушающих методов контроля, которая специализируется на инновациях в области ультразвукового контроля.
|
|
|
27.06.14. Коллектив лаборатории одержал победу в рамках конкурсного отбора по Федеральной целевой программе "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы" Мероприятие 1.2 Проведение прикладных научных исследований для развития отраслей экономики с проектом "Разработка технологии диагностики и оценки остаточного ресурса контейнеров с отработавшим ядерным топливом на базе метода ультразвуковой томографии". Проект предполагает наличие индустриального партнера, которым выступило ООО "ИнТех" - малое инновационное предприятие, созданное с целью коммерциализации разработок лаборатории.
|
|
|
|
