Спосіб діагностики пошкодження теплозахисного покриття тонкостінної системи

Реферат: Винахід належить до технічної діагностики, а саме до способу визначення дефектів на поверхні виробів і може застосовуватися для виявлення дефектів теплозахисного покриття тонкостінної системи при оцінці реальної несучої здатності системи та можливості її подальшої експлуатації. На контрольовану поверхню направляють тепловий потік, який забезпечує максимальний вплив пошкоджень теплозахисного покриття, що відбулися в процесі експлуатації, на відгук тонкостінної системи. Вимірюють значення температур внутрішньої поверхні тонкостінної системи в заданих точках, які визначають шляхом регуляризації матриці чутливості системи, що розглядається. Функцію розподілу температури та область пошкодження теплозахисного покриття параметризують шляхом завдання координат вершин замкнутої ламаної лінії. Вказані параметри ідентифікують за допомогою алгоритму адаптації обчислених значень поля температур, які визначені за допомогою методу скінченних елементів, до виміряних, і по набутих значеннях параметрів встановлюють границю області пошкодження теплозахисного покриття тонкостінної системи. Винахід дозволяє підвищити оперативність та точність визначення місць розташування та розмірів областей пошкодження теплозахисного покриття конструкції, які виникли при взаємодії з високотемпературним середовищем в процесі її експлуатації. UA 99100 C2 (12) UA 99100 C2 UA 99100 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до технічної діагностики, а саме - до способу визначення дефектів на поверхні виробів, і може застосовуватися для виявлення дефектів теплозахисного покриття тонкостінної системи при оцінці реальної несучої здатності системи та можливості її подальшої експлуатації. Аналогом винаходу за можливістю визначення місця розташування дефекту в процесі експлуатації є спосіб знаходження дефектів у вигляді пор або тріщин у металевих та діелектричних виробах [1]. Суть способу полягає в тому, що на поверхню виробу наносять шар контрастного порошку аморфного бору та темну діелектричну плівку, яка має пори, насичені киснем. У виробі збуджують ультразвукові коливання та піддають впливу електричного поля високої напруги, в результаті в області дефекту виникає розряд, який супроводжується інтенсивним нагрівом контрастного порошку бору та наступним утворенням зображення дефекту на темній тонкій плівці. Недоліком такого способу є те, що виявлені дефекти контролюються візуально або за допомогою оптичних пристроїв та не можуть бути виявлені під час експлуатації. Найбільш близьким за технічною суттю є спосіб діагностування дефектів виробу за допомогою контролю оптичних властивостей поверхні [2]. Дефекти визначаються за результатами порівняння амплітуд дзеркально відображеного та дифузно відображеного світлових потоків. Однак, такий спосіб суттєво залежить від якості обробки поверхні та оптичних властивостей матеріалу виробу. Задача винаходу полягає в підвищенні оперативності та точності визначення місць розташування та розмірів областей пошкодження теплозахисного покриття конструкції, які виникли при взаємодії з високотемпературним середовищем в процесі її експлуатації. Вирішення поставленої задачі забезпечується тим, що на контрольовану поверхню направляють тепловий потік, аналогічний світловому потоку, який забезпечує максимальний вплив пошкоджень теплозахисного покриття, що відбулися в процесі експлуатації, на відгук тонкостінної системи, вимірюють значення температур внутрішньої поверхні тонкостінної системи в заданих точках, які визначають шляхом регуляризації матриці чутливості системи, що розглядається, функцію розподілу температури та область пошкодження теплозахисного покриття параметризують шляхом задання координат вершин замкнутої ламаної лінії, вказані параметри ідентифікують за допомогою алгоритму адаптації обчислених значень поля температур, які визначені за допомогою методу скінченних елементів до виміряних, і по набутих значеннях параметрів встановлюють межу області пошкодження теплозахисного покриття тонкостінної системи. "Відгук тонкостінної системи" є температура тонкостінної системи при нагріванні. У даному конкретному випадку при дії теплового потоку це буде зміна температури внутрішньої сторони тонкостінної системи виміряна експериментально термопарами. У випадку теплозахисного покриття зміна температур у контрольованих точках буде одна, а у разі пошкодження теплозахисного покриття ця зміна буде іншою. Відслідковуючи цю різницю, можна встановити зону пошкодження теплозахисного покриття. Перевага запропонованого способу у порівнянні з відомими полягає в тому, що використовують дистанційне діагностування тонкостінної системи під дією навантаження, характер якого забезпечує достовірність залежності параметрів вимірювань від наявності пошкодження, що дозволяє у поєднанні з обчислювальними алгоритмами ідентифікувати місце пошкодження теплозахисного покриття з достатньої для оцінки реальної несучої здатності точністю, використовувати стандартні обчислювальні алгоритми методу скінчених елементів, методів адаптації типу Ньютона, методу регуляризації Адамара. При цьому пропонована послідовність операцій навантаження, обчислення і вимірювання, прийнята послідовність обробки вимірювальної інформації у поєднанні з попередньою інформацією про точки спостереження характеризує причинно-наслідкові зв'язки між поставленою задачею і ознаками винаходу і задовольняють критеріям винаходу. Спосіб діагностики області пошкодження тонкостінної системи пояснюється кресленням. Він полягає в тому, що внутрішня поверхня тонкостінної системи - об'єкта дослідження (блок 1), який знаходиться в температурному полі, оснащується термопарами, що визначають розподіл температурного поля, що задається у вигляді компонент вектора температур Т* у блоці обробки інформації 2. Одночасно інформація про навантаження та розподіл температури зовнішнього середовища, в якому знаходиться конструкція, що досліджується, подається до математичної моделі (блок 3), яка враховує параметризовану модель пошкодження теплозахисного покриття та обчислює значення температур Трозрах також в точках поверхні, де розташовані термопари. Порівняння значень Т* і Трозрах відбувається у блоці 4. У випадку, коли різниця між цими величинами перевищує задане значення, включається блок адаптації 5 і обчислюється наступне наближення параметрів пошкодження теплозахисного покриття. 1 UA 99100 C2 Процес закінчується при досягненні нормою k  2 вектора Δ={Δ}=Т*-Трозрах заданого i i 1 значення ε. Модель області пошкодження теплозахисного покриття, яка параметризується, представлена вектором Н={Ні}, i  1,N в точках поверхні тонкостінного елемента з координатами Хі={хi, уj}, Xj={xj, yj} - координати точок вимірювання температур 5 Tj* , j  1 M . Алгоритм , ідентифікації векторів Н і точок вимірювань Хj={хj, уj}, j  1, M використовує матрицю чутливості   j    , A  {aij }    , i  1 N , j  1, M , де Δj=T*(Xi)-Tрозрах(Xj, H), Tрозрах(Xj, H) - розрахункові значення  Hi    температур, які визначаються в обчислювальному блоці за допомогою математичної моделі з урахуванням параметризованої, моделі пошкодження теплозахисного покриття. Для визначення інформативних значень ji jk з числа j  1, M та ji jk з числа i  1,N використовується умова 10 Адамара [3]: aidid  k  m1 aik jm  0 . Кількість рядків, в яких при aikik  aipip , p  1, K використовується ця умова, визначає число К та номери ji, jk , iiik . Ідентифікація параметрів Н реалізується чисельно 1 у вигляді ітеративного адаптивного алгоритму: H(n)  H(n1)  A(n1)(n1) , де n - номер ітерації. 15 20 25 Блоки навантаження і вимірювань можуть бути виконані традиційними методами. Блоки математичної моделі і адаптації використовують персональні комп'ютери, пакет прикладних програм визначення напружено-деформованого стану (наприклад, COSMOS, ANSYS, NASTRAN) і програмну реалізацію алгоритму адаптації. Запропонований спосіб в порівнянні з прототипом має такі переваги: 1) ширший діапазон застосування: запропонованим способом можна визначати наявність пошкоджень в будь-яких тонкостінних конструкціях, а в прототипі це обмежено суттєвою залежністю від якості обробки поверхні та оптичних властивостей матеріалу виробу; 2) оперативність, тому що забезпечує отримання інформації про стан теплозахисного покриття конструкції та про зародження дефектів в режимі реального часу, на відміну від прототипу, де може бути отримана тільки інформація про існування дефекту. За технічним рішенням, яке заявляється, були проведені лабораторні випробування з позитивними результатами. Реалізація способу можлива також і в промисловості. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 Спосіб діагностики пошкодження теплозахисного покриття тонкостінної системи, в якому контрольовану поверхню виробу піддають тепловому впливу, який відрізняється тим, що використовують тепловий потік, який забезпечує максимальний вплив пошкодження теплозахисного покриття, яке виникло в процесі експлуатації, на відгук тонкостінної системи, в якості якого виступають значення температур внутрішньої поверхні тонкостінної системи, які вимірюють в заданих точках, визначених з умови регулярності матриці чутливості розглянутої системи, при цьому область пошкодження теплозахисного покриття параметризують координатами вершин замкненої ламаної лінії, зазначені параметри ідентифікують за допомогою алгоритму адаптації обчислених значень поля температур в тих же заданих точках до виміряних, причому обчислені значення визначають методом скінченних елементів за допомогою відповідної математичної моделі теплопровідності пошкодженої тонкостінної системи, і за отриманими значеннями параметрів установлюють границю області пошкодження теплозахисного покриття. Комп’ютерна верстка M. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2