Спосіб оцінення кінетики нелокалізованої пошкоджуваності контрольованого об’єкта за допомогою багатоканального датчика

Реферат: Спосіб оцінення кінетики нелокалізованої пошкоджуваності контрольованого об'єкта за допомогою багатоканального датчика, під час якого до поверхні контрольованого об'єкта металоконструкції або її фрагменту - після дії на нього силового навантажування певної тривалості пружно з нормованим зусиллям притискають контактні зони інденторів щупів багатоканального датчика, консолі яких жорстко з'єднано з рушієм циклічних деформацій п'єзоблоком та виконано у вигляді стрижнів постійного перерізу з контактними інденторами на кінцях і створюють у поверхневому об'ємі матеріалу контрольованого об'єкта систему зондувальних пружних хвиль. Реєструють зсув фази між коливанням джерела збудження, що становить складену резонансну коливальну систему, механічні елементи якої здійснюють коливання з частотою, яку задають через високостабільний генератор, та деформацією, яку воно спричиняє. Через мережу п'єзоакселерометрів, розташованих на консолях, передають фазочастотні параметри механічних деформацій коливальної системи у вигляді аналогового електричного сигналу, який надходить на аналогово-цифровий перетворювач, де він перетворює у цифровий код аналоговий сигнал зсуву фаз, що є дискретним спектром амплітуд непружних деформацій, за яким оцінюють кінетику нелокалізованої пошкоджуваності контрольованого об'єкта. UA 101765 U (12) UA 101765 U UA 101765 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пропонована корисна модель належить до методів дослідження нелокалізованого пошкодження металоконструкцій і дозволяє визначити граничний стан нелокалізованого (розсіяного) пошкодження поверхневого шару пружно-пластичних металевих матеріалів від механічного навантажування - визначення у локальних зонах ступеня пошкодженості поверхні контрольованого об'єкта внаслідок дії термоциклічного навантажування, що, як наслідок, дозволяє визначити ступінь накопичення пошкодження, наприклад у таких відповідальних конструкціях як робочі лопатки газотурбінних двигунів, компресорів тощо, а отже, встановити граничний стан металоконструкції як параметра, на якому базуються методи прогнозування залишкового ресурсу деталей машин. Відомим є метод визначення ступеня пошкодженості структури у певній зоні поверхні конструкційного матеріалу внаслідок експлуатаційного навантажування, згідно з яким поверхню контрольованого об'єкта сканують пружною хвилею, створюваною у матеріалі резонансним високочастотним збудженням стержневого датчика, та реєструють зсув фази між коливанням джерела збудження та деформацією, яку воно спричиняє, що є наслідком взаємодії зондувальної хвилі з пошкодженими у локальних мікрооб'ємах елементами структури навантаженого матеріалу [Майло А.Н. Резонансный метод контроля неупругости конструкционных материалов /А.Н. Майло //Пробл. прочности, 2009. - № 3. - С. 124-133]. Згідно з цим методом ресурс металоконструкції визначають на основі аналізу кінетичних характеристик експлуатаційної пошкоджуваності, отриманих за даними лабораторних статистичних вимірювань параметра пошкодженості. Недоліком описаного методу є те, що на результати вимірювань суттєво впливає часова та просторова нестабільність жорсткості механічної системи датчика деформацій щодо поверхні контрольованого об'єкта, яка виявляється у впливі фонових низькочастотних вібрацій датчика на задані параметри системи вимірювання малих деформацій на поверхні об'єкта. Під час проведення патентно-інформаційних досліджень для підготовки цієї заявки авторами не було виявлено способу оцінення кінетики нелокалізованої пошкоджуваності металоконструкцій з використанням багатоканального датчика, що дозволяє оцінити зсув фази між коливанням індентора джерела збудження (датчика) та деформацією, яку воно спричиняє, одночасно у кількох точках локальної зони поверхні контрольованого об'єкта. Тому пропонований спосіб спрямовано на вирішення задачі - створення способу оцінення кінетики нелокалізованої пошкоджуваності контрольованого об'єкту - металоконструкції або її фрагменту - за допомогою багатоканального датчика шляхом створення умов для реєстрації зсуву фази між коливанням індентора джерела збудження (датчика) та деформацією, яку воно спричиняє, одночасно у кількох точках локальної зони поверхні контрольованого об'єкта. Пропонований спосіб оцінення кінетики нелокалізованої пошкоджуваності контрольованого об'єкта за допомогою багатоканального датчика передбачає після дії на контрольований об'єкт силового навантажування певної тривалості притискання до його поверхні пружно з нормованим зусиллям контактних зон інденторів щупів багатоканального датчика, консолі яких жорстко з'єднано з рушієм циклічних деформацій - п'єзоблоком та виконано у вигляді стрижнів постійного перерізу з контактними інденторами на кінцях, що створюють у поверхневому об'ємі матеріалу контрольованого об'єкта систему зондувальних пружних хвиль, реєстрацію зсуву фази між коливанням джерела збудження, що становить складену резонансну коливальну систему, механічні елементи якої здійснюють коливання з частотою, яку задають через високостабільний генератор, та деформацією, яку воно спричиняє, і через мережу п'єзоакселерометрів, розташованих на консолях, передавання фазочастотних параметрів механічних деформацій коливальної системи у вигляді аналогового електричного сигналу, який надходить на аналогово-цифровий перетворювач, де він перетворює у цифровий код аналоговий сигнал зсуву фаз, що є дискретним спектром амплітуд непружних деформацій, за яким оцінюють кінетику нелокалізованої пошкоджуваності контрольованого об'єкта. Пропонований спосіб має підвищену точність вимірювань і дозволяє зберігати достовірність статистичних методів аналізу за рахунок підвищення жорсткості механічної системи датчика та дозволяє скоротити тривалість вимірювального циклу в контактній зоні поверхні контрольованого об'єкта внаслідок застосування багатоканального датчика. Скорочення тривалості вимірювального циклу взаємодії інденторів датчика з поверхнею об'єкта у межах окресленої локальної зони контрольованого об'єкта забезпечується внаслідок вимірювання властивостей поверхні контрольованого об'єкта одночасно у кількох точках, де щупи інтенторів (пружних стрижнів) датчика притискаються до поверхні контрольованого об'єкта. Кількість інденторів (пружних стрижнів) датчика можна змінювати від 3 до 10 шт. у межах статистичної обґрунтованості кількості точок, за якими будують кінетичну характеристику накопченого 1 UA 101765 U 5 10 15 20 25 розмаху, що впливає на значення коефіцієнта достовірності у діапазоні 0,8-95, згідно з методом кореляційного аналізу сигналу від датчика деформацій. Спотворення шуканої інформації про наявність пошкодження у локальній зоні поверхні знижується внаслідок скорочення тривалості впливу фонових низькочастотних вібрацій датчика на налаштовані параметри системи вимірювання малих деформацій на поверхні об'єкта. Суть пропонованої корисної моделі пояснюють за допомогою графічних матеріалів. На фіг. 1 показано схему вимірювання неоднорідності непружних деформацій поверхневого шару контрольованого об'єкта за допомогою багатоканального датчика. На фіг. 2 показано віброграму вимірювання параметра пошкоджуваності, де кожен з блоків відповідає певній амплітуді спектру вимірюваного параметра у зоні контактної взаємодії інденторів багатоканального датчика з поверхнею контрольованого об'єкта. Приклад. До поверхні фрагменту контрольованого об'єкта 1 - зразка металоконструкції, який навантажували протягом певної кількості часу, пружно притиснуто контактні зони інденторів щупів вібродатчика 2, з нормованим зусиллям F1-F5, які створюють у поверхневому об'ємі матеріалу контрольованого об'єкта 1 систему зондувальних пружних хвиль. Рушієм циклічних деформацій ε є п'єзоблок 3, що становить складену резонансну коливальну систему, механічні елементи якої здійснюють коливання з частотою, яку задає високостабільний генератор. Консолі 4 жорстко з'єднано з рушієм деформацій 3 та виконано у вигляді стрижнів постійного перерізу з контактними інденторами. Мережу п'єзоакселерометрів a1-a5, розташованих на консолях 4, налаштовано так, щоб забезпечувати передавання фазочастотних параметрів механічних деформацій ε1-ε5 коливальної системи у вигляді аналогового електричного сигналу, який надходить на аналогово-цифровий перетворювач 5 системою каналів 1, 2, 3, 4, 5. Перетворений у цифровий код аналоговий сигнал зсуву фаз є дискретним спектром амплітуд непружних деформацій, що характеризує кінетику накопичення пошкоджуваності металоконструкції. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Спосіб оцінення кінетики нелокалізованої пошкоджуваності контрольованого об'єкта за допомогою багатоканального датчика, під час якого до поверхні контрольованого об'єкта металоконструкції або її фрагменту - після дії на нього силового навантажування певної тривалості пружно з нормованим зусиллям притискають контактні зони інденторів щупів багатоканального датчика, консолі яких жорстко з'єднано з рушієм циклічних деформацій п'єзоблоком та виконано у вигляді стрижнів постійного перерізу з контактними інденторами на кінцях, і створюють у поверхневому об'ємі матеріалу контрольованого об'єкта систему зондувальних пружних хвиль, реєструють зсув фази між коливанням джерела збудження, що становить складену резонансну коливальну систему, механічні елементи якої здійснюють коливання з частотою, яку задають через високостабільний генератор, та деформацією, яку воно спричиняє, і через мережу п'єзоакселерометрів, розташованих на консолях, передають фазочастотні параметри механічних деформацій коливальної системи у вигляді аналогового електричного сигналу, який надходить на аналогово-цифровий перетворювач, де він перетворює у цифровий код аналоговий сигнал зсуву фаз, що є дискретним спектром амплітуд непружних деформацій, за яким оцінюють кінетику нелокалізованої пошкоджуваності контрольованого об'єкта. 2 UA 101765 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3