Спосіб оцінення ступеню пошкодженості контрольованого об’єкта внаслідок дії експлуатаційного навантажування шляхом визначення параметрів тангенційних деформацій у локальній зоні поверхні

Реферат: Спосіб оцінення ступеня пошкодженості контрольованого об'єкта внаслідок дії експлуатаційного навантажування шляхом визначення параметрів тангенційних деформацій у локальній зоні поверхні, під час якого до поверхні контрольованого об'єкта притискають індентор датчика, силочутливою частиною якого є п'єзокерамічний диск з діаметральними розрізами електродного покриву кераміки. Надають п'єзокерамічному диску неосесиметричних резонансних планарних коливань до створення у локальній зоні контакту індентора з поверхнею матеріалу контрольованого об'єкта тангенційних деформацій, ортогональні компоненти яких відповідають деформаційній взаємодії елементів структури контрольованого об'єкта з трансверсально-ізотропною структурою матеріалу датчика через опір лінійному переміщенню індентора за умов локального поверхневого деформування матеріалу контрольованого об'єкта. Вимірюють значення зсуву фаз між ортогональними компонентами тангенційних деформацій, яке приймають за характеристику ступеня пошкодження локальної зони поверхні контрольованого об'єкта внаслідок дії нелінійного циклічного чи статичного навантаження. UA 75682 U (12) UA 75682 U UA 75682 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до методів дослідження нелокалізованого пошкодження металоконструкцій, а більш точно - до способу визначення ступеня пошкодження локальної зони поверхні контрольованого об'єкта внаслідок дії нелінійного циклічного чи статичного навантаження і, як наслідок - дозволяє визначити ступінь накопичення пошкодження від нелінійного циклічного чи статичного навантажування, наприклад, у таких відповідальних конструкціях, як робочі лопатки газотурбінних двигунів, компресорів тощо. Відомим є спосіб визначення ступеня пошкодження структури у локальній зоні поверхні конструкційного матеріалу [Майло А.Н. Резонансный метод контроля неупругости конструкционных материалов / А.Н. Майло // Пробл. прочности, 2009. - № 3. - С. 124-133], згідно з яким локальні зони поверхні контрольованого об'єкта сканують пружною хвилею, створюваною у матеріалі від резонансного високочастотного збудження стержневого п'єзодатчика, та реєструють зсув фаз внаслідок взаємодії зондувальної хвилі з пошкодженими локальними елементами структури. Недоліком описаного способу є те, що вектор зондувальної хвилі у локальній зоні поверхні матеріалу від стержневого п'єзодатчика не відповідає напрямку локальних тангенційних деформацій, який характеризується найбільш інтенсивним пошкодженням внаслідок циклічного (статичного) термосилового навантажування, що позначається на чутливості способу і точності реєстрації значень зсуву фаз, що відповідають параметрам локальних деформацій на поверхні твердого тіла. Під час проведення патентно-інформаційних досліджень для підготовки цієї заявки авторами не було виявлено способів оцінення ступеня пошкодженості контрольованого об'єкта внаслідок дії експлуатаційного навантажування шляхом визначення параметрів тангенційних деформацій у локальній зоні поверхні визначення ступеня пошкодження, тому в основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу створення такого способу. Пропонований спосіб оцінення ступеня пошкодженості контрольованого об'єкта внаслідок дії експлуатаційного навантажування шляхом визначення параметрів тангенційних деформацій у локальній зоні здійснюють так: до поверхні контрольованого об'єкта нормованим зусиллям притискають індентор датчика, чутливим елементом якого є п'єзокерамічний диск, на якому виконано два діаметральні розрізи електродного покриву диска, що утворюють чотири взаємнорозв'язаних кондуктивно сектори, які відповідають чотирьом квадрантам полярної діаграми розподілу коефіцієнта електромеханічного перетворення за умов циклічного деформування чутливого елемента диска на першій формі планарних резонансних коливань. Далі датчик налаштовують на одну з неосесиметричних форм резонансних коливань диска датчика. Внаслідок неосесиметричності коливань диска датчика у точці притискання індентора на поверхні контрольованого об'єкта ініціюються циклічні деформації зсуву, що взаємодіють із структурними елементами матеріалу контрольованого об'єкта, розташованих у напрямах ортогональних векторів деформацій, що виникають як прояв тангенційних локальних деформацій. Часовий розподіл, як взаємний зсув фаз, складників сумарного вектора тангенційних деформацій локальної зони поверхні реєструють. Застосування п'єзокерамічного датчика з діаметральними розрізами електродного покриву диска, що утворюють чотири взаємно-розв'язаних кондуктивно сектори, дозволяє оцінити фазовий зсув між ортогональними компонентами тангенційних деформацій у локальній зоні поверхні об'єкта, а отже суттєво підвищити точність визначення ступеня деформаційної непружності у локальних зонах поверхні матеріалу та ступеня пошкодження локальних об'ємів поверхні матеріалу, що важливо для подальшого оцінення ресурсу металоконструкції. Суть пропонованої корисної моделі пояснюють графічні матеріали: На фіг. 1 схематично показано здійснення пропонованого способу. На фіг. 2 показано круговий розподіл коефіцієнтів трансформації п'єзотрансформаторного датчика, побудований на половині дуги у полярних координатах. На фіг. 3 показано результати визначення зсуву фаз між електричними напругами на електродах покриву датчика у вигляді гістограми. На фіг. 4 показано статистично оброблені результати реєстрації зсуву фаз між ортогональними компонентами тангенційних деформацій у точці поверхні контрольованого об'єкта. На поверхні контрольованого об'єкта 1 - фрагменті робочої лопатки газотурбінного двигуна, де внаслідок термосилового навантажування сформувалися пошкодження мікроструктури, визначено точку 2, призначену для дії через неї на об'єкт 1 індентором 3 датчика 4, чутливим елементом якого є п'єзокерамічний диск, на якому виконано два діаметральні розрізи 5 електродного покриву диска 4, що утворюють чотири взаємно розв'язаних кондуктивно сектори, які відповідають чотирьом квадрантам полярної діаграми розподілу коефіцієнта 1 UA 75682 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 електромеханічного перетворення за умов циклічного деформування чутливого елемента диска на першій формі планарних резонансних коливань. Індентор 3 датчика 4 притискають до поверхні контрольованого об'єкта 1 у точці 2 нормованим зусиллям Р (позиція 6 на фіг. 1). Силозбуджувальна зона датчика (електроди 7), яку відокремлено розрізами 5 диска 4, формує знакозмінне переміщення індентора уздовж напрямку поверхні контрольованого об'єкта, зумовлене дією п'єзоелектричного ефекту, що виникає у разі подавання на електродний покрив датчика 4 змінного сигналу від електричного джерела збудження 8, яким може бути генератор звуковий, наприклад Г3-109. Схему розподілу коефіцієнтів трансформації диска 4 представлено у вигляді полярної діаграми значень вектора механічної деформації 9, яку умовно суміщено на фіг. 1 з поверхнею диска датчика 4. Вектори 10 максимального значення механічної деформації чутливого елемента датчика, які відповідають напрямам максимумів коефіцієнтів трансформації для вибраної форми резонансних коливань диска датчика, є ортогональними і характеризуються вибірковістю щодо корисного сигналу внаслідок вибору електричного потенціалу або заряду того квадранта еквіпотенціальних поверхонь керамічного резонатора датчика, що співпадає з напрямом вимірюваних компонентів складників механічних деформацій поверхні об'єкта контролю. Як реєстраційний пристрій 11 сигналу з датчика 4 можна використати вимірювальну систему, описану в [Деклараційний патент на корисну модель № 17348 МПК (2006) G01N 3/00. Спосіб оцінки рівня деградації матеріалу елемента конструкції. Писаренко Г.Г., Копчевський П.М., Майло A.M.]. Реєстраційний пристрій 11 під'єднують до електродів, які є електричнорозв'язані щодо силозбуджувальної електродної частини датчика 4. Приклад. Датчик 4 налаштовують на одну з неосесиметричних форм резонансних коливань диска датчика. Характеристикою таких коливань може бути круговий розподіл коефіцієнтів трансформації п'єзотрансформаторного датчика, побудований на половині дуги у полярних координатах і представлений на фіг. 2 [Шульга М.О., Карлаш В.Л. Резонансні електромеханічні коливання п'єзоелектричних пластин. - К.: Наук, думка.-2008.-270 с.]. Внаслідок неосесиметричності коливань диска датчика 4, які можна представити ортогональними векторами х та y (позиція 10 на фіг. 1), у точці 2 від індентора 3 у напрямках l та +І на поверхні контрольованого об'єкта 1 ініціюються циклічні деформації зсуву, що взаємодіють із структурними елементами матеріалу контрольованого об'єкта 1, розташованих у напрямах векторів деформацій х та у, що виникають як прояв тангенційних локальних деформацій. Часовий розподіл, як взаємний зсув фаз, складників сумарного вектора тангенційних деформацій х та у локальної зони поверхні реєструє пристрій 11. Індентор датчика 4 кінематично пересувається по поверхні матеріалу, а реєстраційний пристрій 11 у заданих точках поверхні реєструє зміну потенціалу електродів покриву датчика, що відповідає реакції певно зорієнтованих елементів структури твердого тіла - контрольованого об'єкта 1 під дією лінійного навантаження за поверхневого деформування, а отже забезпечує отримання даних щодо часових параметрів (зсуву фази) процесу взаємодії ортогональних компонентів тангенційних деформацій у локальних зонах матеріалу контрольованого об'єкта 1. Зсув фаз між електричними напругами на електродах покриву датчика відповідає різниці часових параметрів складників сумарного вектора тангенційних деформацій у локальних зонах поверхні матеріалу контрольованого об'єкта, а отже ступеня локального пошкодження цих зон від попереднього нелінійного навантажування (статичного, циклічного та ін.). Результати визначення зсуву фаз між електричними напругами на електродах покриву датчика за допомогою реєстраційного пристрою 11 показано у вигляді гістограми на фіг. 3, де на осі абсцис зазначено номери точок вимірювання на контрольованій поверхні, в яких було визначено часові параметри компонентів локального тангенційного деформування, а на осі ординат відкладено пронормоване значення кута зсуву фаз. Статистично оброблені результати реєстрації зсуву фаз між ортогональними компонентами тангенційних деформацій у точці поверхні контрольованого об'єкта 1 показано на фіг. 4, де представлено отриману за допомогою реєструвального пристрою 11 характеристику деформованості поверхні контрольованого об'єкта (зразка титанового сплаву ОТ4-1) залежно від кількості циклів його втомного навантажування за амплітуди напружень а=122 МПа. Одержані дані дозволили визначити ступінь накопичення пошкодження від нелінійного циклічного чи статичного навантажування контрольованого об'єкта 1 і використати їх для прогнозування його залишкового ресурсу. 2 UA 75682 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Спосіб оцінення ступеня пошкодженості контрольованого об'єкта внаслідок дії експлуатаційного навантажування шляхом визначення параметрів тангенційних деформацій у локальній зоні поверхні, під час якого до поверхні контрольованого об'єкта притискають індентор датчика, силочутливою частиною якого є п'єзокерамічний диск з діаметральними розрізами електродного покриву кераміки, надають п'єзокерамічному диску неосесиметричних резонансних планарних коливань до створення у локальній зоні контакту індентора з поверхнею матеріалу контрольованого об'єкта тангенційних деформацій, ортогональні компоненти яких відповідають деформаційній взаємодії елементів структури контрольованого об'єкта з трансверсальноізотропною структурою матеріалу датчика через опір лінійному переміщенню індентора за умов локального поверхневого деформування матеріалу контрольованого об'єкта, вимірюють значення зсуву фаз між ортогональними компонентами тангенційних деформацій, яке приймають за характеристику ступеня пошкодження локальної зони поверхні контрольованого об'єкта внаслідок дії нелінійного циклічного чи статичного навантаження. 3 UA 75682 U 4 UA 75682 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 5