Спосіб моніторингу ступеня локальної деградації матеріалів тривало експлуатованих авіаційних конструкцій

Реферат: Спосіб моніторингу ступеня локальної деградації матеріалів тривало експлуатованих авіаційних конструкцій, при якому за параметрами результуючого електромагнітного поля вихрових струмів вимірюють питому електропровідність матеріалу експлуатованої конструкції в різних зонах конструкції, вибирають серед виміряних значень значення питомої електропровідності недеградованого матеріалу, яку використовують як параметр порівняння для визначення ступеня локальної деградації матеріалу за допомогою попередньо підготовлених кореляційних залежностей між чутливими до експлуатаційної деградації механічними параметрами і питомою електропровідністю матеріалу. Для визначення значення питомої електропровідності недеградованого матеріалу авіаційних конструкцій для використання як параметра порівняння вимірюють питому електропровідність матеріалу кінцевого елемента крила літака. UA 113736 U (12) UA 113736 U UA 113736 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до методів вихрострумового контролю матеріалів елементів авіаційних конструкцій з метою моніторингу ступеня структурно-механічної деградації матеріалу під час довготривалої експлуатації. Це дозволить прогнозувати залишковий ресурс авіаційних конструкцій під час експлуатації з метою запобігання аварійних ситуацій. Відомий спосіб визначення ступеня деградації матеріалів, зокрема авіаційних, який полягає у виготовленні із матеріалу експлуатованої конструкції випробувальних зразків. Зразки випробують на стендах, що імітують умови експлуатації, і визначають чутливі до експлуатаційної деградації матеріалу механічні параметри матеріалу, зокрема характеристики циклічної тріщиностійкості [1]. Недоліком відомого способу є необхідність часткового руйнування елемента конструкції, а також виведення конструкції з експлуатації і не дозволяє забезпечити контроль авіаційних конструкцій в умовах експлуатації. Крім того, відомий спосіб дає тільки інтегральну характеристику матеріалу в об'ємі зразка. Відомий спосіб контролю ступеня деградації конструкційних матеріалів, який полягає у визначенні твердості або мікротвердості матеріалу на поверхні експлуатованої конструкції. Спосіб полягає у вдавлюванні індентора в поверхню матеріалу конструкції і визначенні твердості матеріалу [2]. Недоліком відомого способу є необхідність спеціальної підготовки поверхні конструкції і видалення покриттів. Це обмежує використання способу для контролю авіаційних конструкцій з плакованих листових матеріалів із захисними лакофарбовими покриттями під час їх експлуатації. Відомий спосіб контролю ступеня експлуатаційної деградації конструкційних матеріалів, при якому за параметрами електромагнітного поля вихрових струмів визначають питому електропровідність матеріалу експлуатованої конструкції і питому електропровідність у вихідному стані постачання, тобто недеградованого під час експлуатації матеріалу. Визначають різницю питомої електропровідності матеріалу з експлуатованої конструкції і питому електропровідність відповідного матеріалу в стані постачання. Отриману різницю в значеннях питомої електропровідності використовують для визначення ступеня деградації матеріалу експлуатованої конструкції за допомогою попередньо встановлених кореляційних залежностей між механічними параметрами, чутливими до експлуатаційної деградації, і питомою електропровідністю [3]. Недоліком відомого способу є обмежена можливість його використання за відсутності даних з питомої електропровідності і механічних параметрів матеріалу в стані постачання. Тому цей спосіб не може бути ефективно використаний для контролю деградації матеріалу авіаційних конструкцій під час їх довготривалої експлуатації. Відомий спосіб моніторингу ступеня локальної деградації конструкційних матеріалів під час довготривалої експлуатації, при якому за параметрами результуючого електромагнітного поля вихрових струмів визначають питому електропровідність матеріалу в різних зонах експлуатованої конструкції і питому електропровідність матеріалу на контрольованій конструкції в зоні найменших навантажень. Електропровідність матеріалу на контрольованій конструкції в зоні найменших навантажень приймають за електропровідність недеградованого матеріалу і використовують як параметр порівняння для визначення ступеня локальної деградації матеріалу в різних зонах конструкції. При цьому використовують попередньо підготовлені кореляційнізалежності між чутливими до експлуатаційної деградації механічними параметрами і питомою електропровідністю матеріалу. Визначено умови, зокрема подано граничні еквівалентні експлуатаційні напруження, за яких матеріал конструкції може вважатись недеградованим. Недоліком відомого способу є обмежена можливість його використання за відсутності даних про мінімально навантажені зони конструкції. Для його реалізації необхідно виконати складну процедуру визначення еквівалентних напружень у різних зонах конструкції. Задачею запропонованого способу є збільшення достовірності контролю під час визначення ступеня деградації матеріалу авіаційних конструкцій. Задача досягається тим, що під час реалізації способу моніторингу ступеня локальної деградації матеріалів тривало експлуатованих авіаційних конструкцій за параметрами результуючого електромагнітного поля вихрових струмів вимірюють питому електропровідність матеріалу експлуатованої конструкції в різних зонах конструкції. Вибирають серед виміряних значень значення питомої електропровідності недеградованого матеріалу, яку використовують як параметр порівняння для визначення ступеня локальної деградації матеріалу за допомогою попередньо підготовлених кореляційних залежностей між чутливими до експлуатаційної деградації механічними параметрами і питомою електропровідністю матеріалу. При цьому для 1 UA 113736 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 визначення значення питомої електропровідності недеградованого матеріалу авіаційних конструкцій для використання як параметра порівняння вимірюють питому електропровідність матеріалу кінцевого елемента крила літака. Як критерій локальної деградації можна використати відношення питомої електропровідності матеріалу в контрольованій зоні до питомої електропровідності матеріалу кінцевого елемента крила. В іншому варіанті як критерій локальної деградації можна використати різницю питомої електропровідності матеріалу в контрольованій зоні і питомої електропровідності матеріалу кінцевого елемента крила. Або як критерій локальної деградації можна використати відношення різниці питомої електропровідності матеріалу в контрольованій зоні і питомої електропровідності матеріалу кінцевого елемента крила до питомої електропровідності матеріалу кінцевого елемента. На фіг. 1 представлено розподіл значень питомої електропровідності  верхньої обшивки крила літака типу АН-12 після багаторічної експлуатації вздовж крила від його кореня до кінця за номерами нервюр і значення питомої електропровідності к на кінцевому елементі крила (показано зірочкою). На фіг. 2 представлено розподіл відношення (/к) питомої електропровідності  матеріалу в контрольованій зоні до питомої електропровідності χк матеріалу кінцевого елемента крила в залежності від номера нервюри крила. На фіг. 3 представлено розподіл різниці (-к) між питомою електропровідністю  матеріалу в контрольованій зоні і питомою електропровідністю к матеріалу кінцевого елемента крила в залежності від номера нервюри крила. На фіг. 4 представлено розподіл відношення (-к)/ к різниці між питомою електропровідністю  матеріалу в контрольованій зоні і питомою електропровідністю матеріалу кінцевого елемента крила к до питомої електропровідності матеріалу кінцевого елемента к в залежності від номера нервюри крила. Розглянемо приклад реалізації запропонованого способу на прикладі визначення ступеня експлуатаційної деградації верхньої обшивки крила літака АН-12, яка виготовлена із алюмінієвого сплаву типу В95 Т1. Питому електропровідність  визначають шляхом встановлення виносного вихрострумового перетворювача на поверхню крила літака в різні зони. Для цього можна використати вихрострумовий вимірювач електропровідності типу ВЕПР21, в якому, завдяки використанню фазового методу, зменшена додаткова похибка вимірювання при змінах зазору або товщини діелектричного проміжку між контрольованою поверхнею. Це дозволяє проводити точні вимірювання електропровідності через шар захисного діелектричного покриття товщиною до 0,5 мм. Крім того вимірюють питому електропровідність матеріалу кінцевого елемента крила. Отриманий розподіл значень питомої електропровідності  верхньої обшивки крила літака типу АН-12 після багаторічної експлуатації вздовж крила від його кореня до кінця за номерами нервюр, а також значення питомої електропровідності к на кінцевому елементі крила (показано зірочкою) представлені на фіг. 1. Видно, що значення питомої електропровідності на кінцевому елементі крила має найменше значення. Алюмінієвий сплав в цій зоні можна умовно вважати таким, який не зазнав деградації, що підтверджується металографічними дослідженнями. Це особливо важливо за умови, коли інформація про питому електропровідність алюмінієвого сплаву у стані постачання відсутня. Тому значення питомої електропровідності к на кінцевому елементі крила можна використати в якості порівняльного значення для визначення рівня деградації матеріалу. Як критерій локальної деградації можна використати відношення /к питомої електропровідності  матеріалу в контрольованій зоні до питомої електропровідності к матеріалу кінцевого елемента крила. Розподіл відповідного значення параметра /к залежно від номера нервюри крила літака подано на фіг. 2. Значення параметра для недеградованого матеріалу буде відповідати значенню /к=1. В іншому варіанті як критерій локальної деградації можна використати різницю (-к) між питомою електропровідністю  матеріалу в контрольованій зоні і питомою електропровідністю к матеріалу кінцевого елемента крила. Розподіл значення параметра (-к) залежно від номера нервюри крила літака подано на фіг. 3. Значення цього параметра для недеградованого матеріалу буде відповідати значенню (-к)=0. Як критерій локальної деградації можна також використати відношення (-к)/ к різниці між питомою електропровідністю  матеріалу в контрольованій зоні і питомою електропровідністю матеріалу кінцевого елемента крила к до питомої електропровідності матеріалу кінцевого елемента к. Розподіл значення параметра (-к)/ к залежно від номера нервюри крила літака 2 UA 113736 U 5 10 15 20 подано на фіг. 4. Значення цього параметра для недеградованого матеріалу буде відповідати значенню (-к)/ к=0. Запропонований спосіб має принципове значення, зокрема, для визначення деградації авіаційних матеріалів конструкції літаків, що знаходяться в довготривалій експлуатації, і прогнозування їх залишкового ресурсу. Він дозволяє спростити процедуру визначення рівня локальної деградації матеріалу конструкцій літаків за відсутності інформації про параметри матеріалу в стані постачання. Джерела інформації: 1. Осташ О.П., Андрейко І.М., Головатюк Ю.В. Деградація матеріалів і втомна довговічність тривало експлуатованих авіаконструкцій // Фізико-хімічна механіка матеріалів. -2006. -№ 4.- С 516. 2. Матюнин В.М. Методы твердости в диагностике материалов. Состояние, проблемы, перспективы // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2004. - Т. 70. - № 6. - С. 3742. 3. Патент України № 101424. Вихрострумовий спосіб визначення ступеня експлуатаційної деградації конструкційних матеріалів / Осташ О.П., Учанін В.М., Андрейко І.М., Головатюк Ю.В. МПК G01N27/90. - Заявка № а 2011 09412. Опубл. 25.03.2013, Бюл. №6. 4. Патент України № 106168. Вихрострумовий спосіб визначення ступеня локальної деградації конструкційних матеріалів під час довготривалої експлуатації / Осташ О.П., Учанін В.М., Андрейко І.М., Головатюк Ю.В. Ковальчук Л.Б. - МПК G01N27/90. - Заявка № а 2013 08925. Опубл. 25.07.2014, Бюл. № 14. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 45 1. Спосіб моніторингу ступеня локальної деградації матеріалів тривало експлуатованих авіаційних конструкцій, при якому за параметрами результуючого електромагнітного поля вихрових струмів вимірюють питому електропровідність матеріалу експлуатованої конструкції в різних зонах конструкції, вибирають серед виміряних значень значення питомої електропровідності недеградованого матеріалу, яку використовують як параметр порівняння для визначення ступеня локальної деградації матеріалу за допомогою попередньо підготовлених кореляційних залежностей між чутливими до експлуатаційної деградації механічними параметрами і питомою електропровідністю матеріалу, який відрізняється тим, що для визначення значення питомої електропровідності недеградованого матеріалу авіаційних конструкцій для використання як параметра порівняння вимірюють питому електропровідність матеріалу кінцевого елемента крила літака. 2. Спосіб за п. 1, при якому як критерій локальної деградації використовують відношення питомої електропровідності матеріалу в контрольованій зоні до питомої електропровідності матеріалу кінцевого елемента крила. 3. Спосіб за п. 1, при якому як критерій локальної деградації використовують різницю питомої електропровідності матеріалу в контрольованій зоні і питомої електропровідності матеріалу кінцевого елемента крила. 4. Спосіб за п. 1, при якому як критерій локальної деградації використовують відношення різниці питомої електропровідності матеріалу в контрольованій зоні і питомої електропровідності матеріалу кінцевого елементу крила до питомої електропровідності матеріалу кінцевого елемента. 3 UA 113736 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 4