МЕХАНОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ
MECHANOBIOLOGICAL METHOD FOR DIAGNOSING MATERIALS AND STRUCTURES

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий по условиям прочности и предназначено для контроля процесса трещинообразования хрупких тензоиндикаторов при изменении уровня напряженности в исследуемых зонах конструкции.
Известен способ исследования деформаций и напряжений в деталях, например в элементах металлических конструкций инженерных сооружений с помощью хрупко-акустического метода, предусматривающего проведение следующих действий: нанесение хрупкого тензочувствительного покрытия на исследуемую поверхность детали, отверждение покрытия, нагружение детали и определение зоны и направления пластических деформаций по образовавшимся трещинам [RU 2345324 С1, МПК G01N29/14, опубл. 2009].
Известен способ исследования деформаций и напряжений, заключающийся в том, что наносят на поверхность детали хрупкое тензочувствительное покрытие, осуществляют отверждение покрытия, нагружение детали, определяют по образовавшимся трещинам зону и направление деформаций, используя датчики акустической эмиссии [RU 2492463 С1, МПК G01N 29/14, опубл. 2013].
К недостаткам известных способов можно отнести то, что процесс диагностирования осуществляют после появления микротрещин на поверхности покрытия.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка способа для диагностики предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения конструкций и материалов в результате их технической эксплуатации.
При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в обеспечении возможности регистрации процесса структурной перестройки материалов и конструкций задолго до начала разрушения конструкции путем регистрации свечения, по которому диагностируют напряженно-деформируемое состояние конструкций и материалов.
Указанный технический результат достигается тем, что механобиологический способ деформаций и напряжений в деталях включает нанесение на поверхность детали хрупкого тензочувствительного покрытия, отверждение покрытия, нагружение детали и определение зоны и направленности пластических деформаций, при этом в качестве покрытия используют хрупкое тензочувствительное покрытие, в которое добавляют грамположительные облигатно- анаэробные бактерии семейства Clostridiaceae в сухих формах, пророщенных на сухих питательных средах, исходя из расчета 100-300 мг на 1 кг покрытия, а определение зоны и направленности пластических деформаций осуществляют при появлении свечения исследуемой поверхности детали.
Причинно-следственная связь между заявляемым техническим результатом и существенными признаками технического решения следующая. Благодаря способности образовывать споры, обладающие большой устойчивостью к внешним воздействиям, спорообразующие бактерии остаются жизнеспособными при самых неблагоприятных условиях. Эти формы микроорганизмов выдерживают резкие колебания температуры, отсутствие влаги и воздуха, действие различных химических соединений, обычно губительно влияющих на живые организмы. Поэтому среди бесчисленного множества самых различных форм микроорганизмов спорообразующие бактерии являются наиболее устойчивыми и приспособленными к изменениям среды. Часто при анализе разных субстратов, подвергшихся неблагоприятным воздействиям, единственными представителями микробов бывают зародыши спороносных бактерий - споры.
За счет биологических и химико-физических свойств анаэробных спорообразующих микроорганизмов существует возможность использования их в качестве индикаторов разрушения изоляционного покрытия. В ходе проведенных экспериментов в качестве микроорганизмов использованы грамположительные облигатно- анаэробные бактерии семейства Clostridiaceae. В смесь, которую используют в качестве изоляционного покрытия, можно добавить непатогенные формы анаэробных спорообразующих микроорганизмов, к которым в этой изоляционной смеси будет отсутствовать доступ активного кислорода. Такое состояние будет поддерживать жизнеспособность микроорганизмов в изоляционном покрытии до того момента, пока изоляционное покрытие не повреждено. При повреждении изоляционного покрытия даже в микротрещинах будет происходить доступ атмосферного воздуха (активного кислорода) в изоляционное покрытие, тем самым вызывая массовую гибель этих микроорганизмов в самом покрытии, непосредственно на участке, где произошло разрушение изоляционного покрытия. Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что даже при незначительном разрушении изоляционного покрытия будет происходить гибель микроорганизмов со специфическим окрашиванием разрушенного участка (свечение), тем самым идентифицируя место разрушения, на основании чего заявляемый способ может использоваться в качестве ранней диагностики разрушений изоляционных покрытий.
Способ осуществляют следующим образом.
Способ опробован на деталях металлических образцов, длина - 258 мм, ширина - 20 мм, толщина 5,9 мм.
Предварительно в изоляционное хрупкое тензочуствительное покрытие добавляют микроорганизмы - грамположительные облигатно-анаэробные бактерии семейства Clostridiaceae в сухих формах, пророщенных на сухих питательных средах, исходя из расчета 100-300 мг на 1 кг покрытия. Указанное количество определено в ходе проведенных экспериментов, в результате которых установлено, что введение меньшего количества не дает требуемого свечения для установления факта напряженно-деформируемого состояния материала и конструкций, на которое нанесено изоляционное покрытие, а введение большего количества избыточно. В качестве изоляционного покрытия используют, например, или хрупкое тензочувствительное покрытие, например, на основе карамели (RU 2492463 С1, опубл. 2013) или хрупкое покрытие на основе резорциноформальдегидной смолы (RU 2417241 С2, RU 2313551 С1).
На поверхность исследуемой детали изоляционное покрытие наносят тонким слоем любым известным способом, например кистью. Отверждение покрытия происходит до 20 часов (в зависимости от состава хрупкого тензочувствительного покрытия) при температуре от 10 до 32°С. Далее проводят процесс нагружения исследуемой детали, испытание на прогиб путем закрепления конца детали. При разрушении изоляционного покрытия, вызванного деформаций конструкций и материалов, будет происходить гибель микроорганизмов со специфическим окрашиванием разрушенного участка (свечение), тем самым идентифицируя место разрушения. Все готовые бактериальные формы Клостридий (термоустойчивые штаммы) в сухих питательных средах устойчивы к внешним воздействиям и способны выдерживать значительные (нормальные условия) температуры - как низкие (50 -70°С), так и высокие (+120° С). По свечению диагностируют напряженно-деформируемое состояние конструкций и материалов, при этом регистрация процесса структурной перестройки материала осуществляется задолго до разрушения конструкций в процессе технической эксплуатации, что позволяет обеспечить оценку прочности, выявление дефектов и зон максимальных напряжений в условиях стендовых и натурных испытаний образцов и деталей. Вслед за характерным свечением, связанным с гибелью микроорганизмов, можно проводить измерение концентрации аэрозолей в приповерхностном слое хрупкого тензочувствительного покрытия, акустико-эмиссионные измерения сигналов образования трещин в хрупком тензочувствительном покрытии.
Заявляемое техническое решение позволяет на более ранних стадиях определять локальные повреждения металлических конструкций и материалов.