Безконтактний електромагнітний спосіб контролю граничного напружено-деформованого стану листових матеріалів

Безконтактний електромагнітний спосіб контролю граничного напружено-деформованого стану листових матеріалів, який полягає в тому, що розташовують над контрольованою ділянкою матеріалу диференціальний електромагнітний перетворювач, який містить циліндричний магнітопровід з розташованими на ньому обмоткою збудження, підключеною до джерела змінного струму, і вимірювальною, підключеною до пристрою вимірювання і обробки вихідних сигналів, зміщують електромагнітний перетворювач магнітопроводом перпендикулярно до поверхні контрольованої ділянки і вимірюють пристроєм вимірювання і обробки величину екстремального вихідного сигналу Uk перетворювача, який відрізняється тим, що 2 (11) 1 3 84174 ної залежності між магнітною проникністю від величини механічної напруги. Відомий спосіб має недолік, для його реалізації необхідно знати магнітну проникність матеріалу до його пластичного деформування, що практично не дозволяє його використати для контролю реальних конструкцій якщо немає можливості визначити початкову проникність матеріалу при проведенні вимірювання на зразках матеріалу. Крім того, точність способу невисоко, іак як характер навантаження матеріалів в конструкціях не відповідає навантаженню зразка. Найбільш близький до розробленого безконтактного електромагнитного способу контролю граничного напружено-неформованого стану листових матеріалів спосіб, який полягає в тому, що розташовують над контрольованою ділянкою матеріалу диференціальний електромагнітний перетворювач, який містить циліндричний магнітопровід з розташованими на ньому обмотками збудження, підключеною до джерела змінного струму і вимірювальною, підключеною до пристрою вимірювання і обробки вихідних сигналів, зміщують перетворювач магнітопроводом перпендикулярно до поверхні контрольованої ділянки, і вимірють пристроєм вимірювання величину екстремального вихідного сигналу перетворювача, що виникає при конкретному зазорі під його полюсом, припиняють зміщення перетворювача, на основі попередньо здобутої тарировочної залежності вихідного сигналумеханічних напруг визначають величину механічної напруги [В.І. Чаплигін. Патент N 2011189. Накладний вихреструмовий перетворювач 1994. Прототип]. Відомий спосіб має достоїнство, він дозволяє проводити контроль напруженого стану безконтактним способом, тобто підготовкаі поверхні матеріалу неможлива. Недоліком відомого способу е необхідність при контролі використати тарировочні графіки залежності вихідного сигналу перетворювача від механічних напруг тільки до границі міцності, так як збільшення навантаження призводить до швидкого руйнування зразка і контроль .вхідного екстремального сигналу, а тому і граничних напруг неможливий, крім того напружено дефомований стан зразків ніколи не відповідає напруженому стану матеріалу реальної конструкції [Фрідман Я.Б. Ме ханічні дослідження матеріалів . Частина 2, M.: Ма шинобудування, 1974, 368 с, с 338], тому і точність контролю зменшується. Відомий спосіб також має інший суттєвий недолік: він не дозволяє проводити контроль граничного напруженого стану, що відповідае напругам при початку руйнування матеріалу тріщинами, так як граничним напругам на тарировочній залежності відповідають і екстремальні вихідні сигнали і на початковій ділянці тарировочної залежності, тобто виникає неоднозначність при контролі граничних напруг. Це також обмежує область застосування відомого прототипу. Крім того відомий спосіб має і інший недолік: при використанні в ньому електромагнітного перетворювача час його взаємодії з контрольованою ділянкою в різні моменти контролю різний, різна також і величина часу взаємодії з контрольовани 4 ми напругами, що приводить до великих похибок при контролі напруг, [Г.C.Писаренко, А.А.Лебедев. Деформування і міцність матеріалів при складному напруженому стані. Вид. інституту проблем міцності AH УРСР, 1976, с 415., с. 168]. У винаході постає задача здобуття те хнічного результату, який дозволяє поширити область застосування безконтактного електромагнітного способу контролю напружено-деформованого стану матеріалів металоконструкцій. Технічний результат досягається тим, що в безконтактному електромагнітному способі контролю граничного напружено-деформованого стану листових матеріалів, який полягає в тому, що розташовують над контрольованою ділянкою матеріалу диференціальний електромагнітний перетворювач, який містить циліндричний магнітопровід з розташованими на ньому обмоткою збудження, підключеною до джерела змінного струму і вимірювальною, підключеною до пристрою вимірювання і обробки вихідних сигналів, зміщують електромагнітний перетворювач магнітопроводом перпендикулярно до поверхні контрольованої ділянки і вимірюють пристроєм вимірювання величину екстремального вихідного сигналу Uк перетворювача, у розробленім винаході після вимірювання Uк проводиться подальший контроль, причому час контролю розбивається на рівні інтервали Δt, Δt 1= Δt 2=...Δti, при цьому кожний інтервал Δt, ΔtП+ΔtВ , де ΔtП – час взаємодії ділянки контрольованого матеріалу з діференціальним електромагнітним перетворювачем; ΔtВ час взаємодії ділянки контрольованого матеріалу з діючими в ньому в ньому механічними напругами, після кожного інтервалу часу Δt вимірюють вихідний екстремальний сигнал перетворювача U1, U2, ...Uі, по здобутим екстремальним сигналам UК, U1, U2…Ui у пристрої вимірювання і обробки відображається і аналізується залежність U=φ(Δt1, Δt 2…Δti), якщо залежність U=φ(Δt1, Δt 2…Δti) має плавний характер, то контрольований матеріал знаходиться в дограничному напруженодеформованому стані, якщо залежність U=φ(Δt1, Δt 2…Δti) має максимуми DUmax і мінімуми DUmin зміни амплітуди вихідних сигналів на похилій ділянці залежності U=φ(Δt1, Δt 2…Δti), то матеріал знаходиться в граничному напруженодеформованому стані, а по величині крайнього вихідного сигналу Ui на похилій ділянці залежності U=φ(Δt1 , Δt 2…Δti), на основі тарировочних повних деформаційних залежностей U=a(sГ) і U=g(Dl) визначають величину граничної напруги sГ і граничного подовження Dl. При пошуку по науково-технічним і патентним джерелам не виявлені технічні рішення, що мають відмінні ознаки заявляємого технічного рішення, тому він характеризується суттєвими відмінами. На Фіг.1 приведена схема використання розробленого безконтактного електромагнітного способу контролю напружено-деформованого стану матеріалу металоконструкцій. На Фіг.2 - функція перетворення перетворювача. Перед реалізацією способу калібрують диференціальний електромагнітний перетворювач од 5 84174 ночасно з дослідженням зразка листового матеріалу на пристрої, виготовленому на базі машини з автоматичним записом та комп'ютерною обробкою повних діаграм деформування [Деклараційний патент України 61760 А, МКІ7, G01N3308. Установка з регульованою жорсткістю навантажувальної системи. М.Г. Ча усов, В.Ф. Ярошенко, А.П. Пилипенко. - Опубл. 17.11.03. Бюл. №11]. Виготовляють із листового контрольованого матеріалу зразок для випробувань, закріплюють на ньому перетворювач, потім нагружають зразок до руйнування і здобувають повну діаграму деформування зразка з похилою ділянкою і одночасно здобувають залежність вихідного сигналу датчика від величини механічної напруги і подовження зразка. При використанні безконтактного електромагнітного способу контролю граничного напруженодеформованого стану листових матеріалів (Фіг.1) розташовують над контрольованою ділянкою 1 матеріалу 2 на відстані ΔЭ диференціальний електромагнітний перетворювач, який містить циліндричний магнітопровід 3 з розташованими на ньому обмоткою збудження 4, яка складається із двох зустрічно включених секцій 41 і 42, підключеною до джерела змінного струму 5 і вимірювальною 6, підключеною до пристрою вимірювання і обробки вихідних сигналів 7, зміщують перетворювач магнітопроводом 3 перпендикулярно до поверхні контрольованої ділянки 1 матеріалу2, вимірюють пристроєм 7 вимірювання і обробки сигналів при зазорі Δэ (Фіг.1) величину екстремального вихідного сигналу Uк перетворювача, після вимірювання Uк проводять подальший бесперервний контроль, при чому час контролю розбивається на рівні інтервали Δt, Δt 1= Δt2=...Δtі, (Фіг.2) при цьому інтервал ΔtП= ΔtП+ ΔtВ , де ΔtП - ΔtП – час взаємодії ділянки контрольованого матеріалу з діференціальним електромагнітним перетворювачем; ΔtВ - час взаємодії ділянки контрольованого матеріалу з діючими в ньому в ньому механічними напругами, після кожного інтервалу часу Δt вимірюють вихідний екстремальний сигнал перетворювача U1, U2, ...Uі, по здобутим екстремальним сигналам UК, U1, U2…Ui у пристрої вимірювання і обробки 7 відображається і аналізується залежність U=φ(Δt1, Δt 2…Δti), якщо залежність U=φ(Δt1, Δt 2…Δti) має плавний характер, то контрольований матеріал знаходиться в дограничному напруженодеформованому стані, якщо залежність U=φ(Δt1, Δt 2…Δti) має максимуми DUmax і мінімуми DUmin 6 зміни амплітуди ви хідних си гналів на її похилій ділянці, то матеріал знаходиться в граничному напружено-деформованому стані, по величині крайнього вихідного сигналу Ui на похилій ділянці залежності U=φ(Δt1, Δt2…Δti) на основі тарировочних повних деформаційних залежностей U=a(sГ) і U=g(Dl) визначають величину граничної напруги sГ або граничного подовження Dl. В основу розробленого способу положені відомі фізичні закономірності, які виникають при граничному напружено-деформованому стані контрольованого матеріалу: руйнування листового матеріалу виникає у вигляді тріщин, які розвиваються з зупинками, в результаті вихідні екстремальні сигнали змінюються на DUmax і DU min (Фіг.2) на лінійній ділянці похилої частини повної деформаційної залежності [Н.Г.Чаусов, A. А.Лебедев, Особливості руйнування пластичних листових матеріалів. // Проблеми міцності. - 2003. - N4. c. 5 - 13., Н.Г.Чаусов, Д.Г.Воютюк, А.П.Пилипенко, А.М.Кузьменко. Пристрій для випробування матеріалів з побудуванням повних діаграм деформування//Пробл. Міцності.-2004. -N5.-c.117 - 123. Поповский Б. B., Розенштейн І. M. Аварії резервуарів, викликані хрупким руйнуванням і аналіз їх причин//Пробл. Холодостійкості конструктивних сталей. Матеріали конференції. - Іркутськ, 1971]. Розроблений безконтактний електромагнітний спосіб контролю граничного напруженодеформованого стану листових матеріалів дозволив проводити контроль граничних напруг або граничних деформацій листових металевих матеріалів, за рахунок того, що загальний час контролю напружено-деформованого стану контрольованого матеріалу розбивається на однакові інтервали, а також за рахунок того, що вони складаються із однакового часу взаємодії електромагнітного перетворювача з контрольованою ділянкою і однакового часу взаємодії матеріалу з контрольованими напругами. Крім того, розроблений спосіб дозволяє визначати граничний напруженодеформований стан матеріалу по контролю змін амплітуд вихідних екстремальних сигналів при виникненні тріщин в матеріалі, тобто граничного стану. Ці особливості розробленого способу значно збільшують його практичне застосування і повищують точність контролю. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84174 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601