Спосіб діагностики дефектів у вигляді порушення розподілу товщини або жорсткості в тонкостінних виробах

Реферат: Винахід належить до технічної діагностики, а конкретніше - до способу контролю якості виробів, і може застосовуватися для виявлення дефектів у вигляді порушення розподілу товщини або жорсткості в тонкостінній конструкції при оцінці реальної несучої здатності машин і можливості їх експлуатації. Спосіб діагностики дефектів у вигляді порушення розподілу товщини або жорсткості в тонкостінних виробах полягає в тому, що знаходять величини пружних переміщень під дією навантаження і за отриманими даними величин переміщень в певних точках поверхні, які виміряні за допомогою датчиків контактного типу, визначають існування різнотовщинності або різномодульності у виробі. При цьому використовують експлуатаційне навантаження для визначення відгуку виробу на це навантаження як нормальних переміщень в заданих точках поверхні виробу, обчислюють ці переміщення методом скінченних елементів, при цьому функції товщини або жорсткості конструкції параметризують шляхом визначення їх значень у вузлах координатних сіток, вказані параметри ідентифікують за допомогою алгоритму адаптації значень обчислених переміщень до виміряних, і по набутих значеннях параметрів відновлюють функції зміни товщини або жорсткості матеріалу виробу. UA 102369 C2 (12) UA 102369 C2 UA 102369 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Винахід належить до технічної діагностики, а конкретніше - до способу контролю якості виробів, і може застосовуватися для виявлення пошкоджень у вигляді порушення розподілу товщини або жорсткості в конструкції при оцінці реальної несучої здатності машин і можливості їх експлуатації. Аналогом винаходу за можливістю визначення товщини є пристрій для контролю товщини плівок високотемпературних матеріалів [1], за допомогою якого можливо вимірювання та контроль товщини тонких плівок, а отже й виявлення різнотовщинності виробу. Проте область застосування такого пристрою обмежена дуже тонкими плівками, які створюються напиленням. Найбільш близьким за технічною суттю є спосіб вимірювання профілю поверхні [2]. Суть способу полягає в тому, що переміщенням вимірювальної головки вводять вимірювальний наконечник у силове замикання з поверхнею, що контролюється, фіксують координати переміщення головки, фіксують значення складових зусиль по кожній координаті, визначають величини пружного переміщення наконечника по кожній координаті та по набутих значеннях визначають координати точок поверхні, що контролюється, відносно сфери наконечника. Недоліком такого способу є те, що досліджувана поверхня має бути відкрита та доступна для підведення контактної вимірювальної головки, яка є деталлю координатної вимірювальної машини. Задача винаходу полягає в підвищенні оперативності та точності визначення у виробі місць розташування та розмірів дефектів у вигляді різнотовщинності або різномодульності, які виникли в процесі виготовлення виробу, та місць зародження пошкоджень в процесі експлуатації конструкції. Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що використовують експлуатаційне навантаження, в якості відгуку виробу на це навантаження, використовують нормальні переміщення в заданих точках поверхні тіла, які визначають шляхом регуляризації задачі, функції товщини та жорсткості конструкції параметризують шляхом завдання координатної сітки, вказані параметри ідентифікують за допомогою алгоритму адаптації значень обчислених переміщень до виміряних, і по набутих значеннях параметрів відновлюють значення товщини або жорсткості матеріалу виробу. Перевага пропонованого підходу порівняно з відомими полягає в тому, що для діагностики використовують експлуатаційне навантаження, для визначення параметрів непрямих вимірів, що дозволяє у поєднанні з обчислювальними алгоритмами ідентифікувати місце порушення розподілу товщини або жорсткості виробу з достатньою для оцінки реальної несучої здатності точністю, використовувати стандартні обчислювальні алгоритми методу скінченних 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 місця порушення розподілу товщини або жорсткості виробу в тонкостінному виробі пояснюється кресленням. Він полягає в тому, що у виробі (блок 1), який навантажено експлуатаційним навантаженням (блок 2), визначають шляхом непрямих вимірювань за допомогою датчиків нормальних переміщень відгук системи, який має вигляд вектора U*  {U j , j  1 M} значень цих переміщень в точках спостережень, які мають координати , X j  { x1, x 2 } . Одночасно інформація про навантаження та поточне значення функції товщини j j 45 або жорсткості конструкції, що досліджується, подається на математичну модель виробу (блок 4) і обчислюється вектор переміщень U  {U j , j  1 M} в тих же точках поверхні. Вектори U та U* , порівнюються в блоці 5. Далі включається блок адаптації 6, і обчислюється наступне наближення значень функції різнотовщинності або різної жорсткості (різні модулі). Процес закінчується при досягненні нормою k  i i1 50 2 вектора   {}  U * U заданого значення  . Модель функції жорсткості або товщини, яка теж параметризується, є вектором E   i  , i  1,N значень жорсткості матеріалу або товщини виробу в точках поверхні E тонкостінного елементу з координатами X j  { x1, x 2 } . Алгоритм ідентифікації векторів Е і j j X  {x j , j  1 M} , використовує матрицю чутливості , 1   j  A  { ij }   ,   i  i  1,N , де   { j } , UA 102369 C2  j  U*  U j . Для визначення інформативних значень j1, jk з числа j  1,N та i1, ik з числа i  1,N j k = 1,К використовується умова Адамара [2]: a i i   a i j  0 . Кількість рядків p  1,K , в яких dd k m m 1 при  i i   i i , виконується ця умова, визначає число K та номери j1, jk , i1, ik - Ідентифікація kk pp параметрів 5 10 15 20 (n 1) E реалізується чисельно у вигляді , де n - номер ітерації. ітеративного адаптивного алгоритму: A 1n) (n1) ( E  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 є і сучаснішим, більш оперативним і наближеним до промисловості, так як забезпечує отримання інформації про стан конструкції в режимі реального часу на відміну від прототипу, де ця інформація може бути отримана після тривалих вимірювань. За технічним рішенням, яке заявляється, були проведені лабораторні випробування з позитивними результатами. Реалізація способу можлива також і в промисловості. Джерела інформації: 1. Патент UA 20501 А, кл. G01В 9/02. Пристрій для контролю товщини плівок високотемпературних матеріалів. 2. Авторское свидетельство SU 1618991 А1, кл. G01В 5/03. Способ измерения профиля поверхности. 3. Ободан Н.И., Шульга А.С. Идентификация дефектов в деформируемых телах // Проблемы машиностроения. - №1. - 2005. - С. 33-37. E (n ) ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 Спосіб діагностики дефектів у вигляді порушення розподілу товщини або жорсткості в тонкостінних виробах, який полягає в тому, що знаходять величини пружних переміщень під дією навантаження і за отриманими даними величин переміщень в певних точках поверхні, які виміряні за допомогою датчиків контактного типу, визначають існування різнотовщинності або різномодульності у виробі, який відрізняється тим, що використовують експлуатаційне навантаження для визначення відгуку виробу на це навантаження як нормальних переміщень в заданих точках поверхні виробу, обчислюють ці переміщення методом скінчених елементів, при цьому функції товщини або жорсткості конструкції параметризують шляхом визначення їх значень у вузлах координатних сіток, вказані параметри ідентифікують за допомогою алгоритму адаптації значень обчислених переміщень до виміряних, і по набутих значеннях параметрів відновлюють функції зміни товщини або жорсткості матеріалу виробу. 2 UA 102369 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 3