Спосіб неруйнівного контролю стільникових панелей

Реферат: Спосіб контролю стільникових панелей полягає в тому, що отримують за допомогою одного з методів оптичної інтерферометрії високої роздільної здатності інтерференційний портрет стільникової панелі при навантаженні її шляхом підвищення внутрішнього тиску на величину ΔР, визначають місце розташування дефекту, якому відповідає сукупність замкнутих інтерференційних смуг підвищеної густоти, і його контур, який співпадає з зовнішньою інтерференційною смугою в цій сукупності. Одночасно або послідовно, але при однакових умовах навантаження, отримують інтерференційні портрети конструкції з протилежних сторін, порівнюють інтерференційний портрет одної сторони із дзеркальним відображенням інтерференційного портрету протилежної сторони відносно вертикальної осі обшивки панелі, визначають місця, де контури сукупності замкнутих інтерференційних смуг підвищеної густоти співпадають на інтерференційному портреті одної сторони і дзеркальному відображенні інтерференційного портрету другої сторони, і, в разі наявності такої сукупності, повторюють описані операції отримання інтерференційних портретів обох сторін при внутрішньому вакуумному навантаженні конструкції тиском на величину ΔР, порівнюють інтерференційний портрет одної сторони із дзеркальним відображення інтерференційного портрету другої сторони і наявність дефекту зминання стільникового заповнювача встановлюють в тих місцях, де зберігається ознака симетричності інтерференційних портретів. UA 91527 U (54) СПОСІБ НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ СТІЛЬНИКОВИХ ПАНЕЛЕЙ UA 91527 U UA 91527 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до оптичних методів контролю і може бути використана для неруйнівного контролю стільникових панелей. Зокрема, даний спосіб може бути використаний для досліджень на основі інтерферометричних методів високої роздільної здатності (наприклад, голографічної інтерферометри), які дозволяють відстежувати і оцінювати зміни, що відбуваються в об'єкті контролю або в зоні контролю під дією навантаження. Актуальність розвинення технологій і засобів контролю стільникових панелей зростає у зв'язку з активним ростом їх виробництва і застосування. Це пов'язано з тим, що вони дозволяють досягти високої надійності і міцності при значному зменшенні маси виробів. Особливо важливим це є для виробів аерокосмічної галузі, які мають відповідати найвищим стандартам якості і надійності. Найбільш поширеними методами неруйнівного контролю стільникових панелей на даний час є акусто-імпедансний, тепловий, оптичні методи контролю, такі як голографічна та спекл-інтерферометрія, а також ширографія. Методи контролю, які є аналогами корисної моделі, базуються на дослідженні реакції об'єкта контролю на механічні або температурні навантаження. У випадку використання акустичних методів контролю (ревербераційний, імпедансний, велосиметричний, акусто-топографічний методи та локальний метод вільних коливань) [1-5] реєструються спектральні та акустичні відхилення у характеристиках збуджуючих механічних коливань, що можуть бути обумовлені наявністю таких дефектів, як відсутність з'єднань між шарами. Результати контролю в значній мірі залежать від однорідності матеріалів, що використовуються при виготовленні стільникових панелей і аналогічністю фізико-механічних характеристик тестових зразків характеристикам матеріалу об'єкта контролю. Перехід на сучасному рівні розвитку технологій до використання у виробництві стільникових панелей вуглецевих композитних матеріалів практично унеможливлює використання даних методів контролю, оскільки акустичні сигнали у більшості своїй майже повністю поглинаються даними матеріалами, які, крім того, є дуже неоднорідними за своїми фізико-механічними характеристиками. Більш широкими можливостями відносно якості матеріалів, що контролюються, відрізняються теплові методи контролю стільникових панелей, апаратура і методичне забезпечення яких розвиваються на теперішній час достатньо активно і дозволяють контролювати як наявність сторонньої субстанції в стільниковому заповнювачеві, так і дефекти відсутності з'єднань в багатошаровій конструкції стільникової панелі [6-9]. Точність результатів контролю при використанні теплових методів залежить від умов і успішності створення однорідного температурного поля, яке виступає як тестове середовище, а також від правильності алгоритмів обробки вимірювань розподілу температур на поверхні об'єкта контролю, який являє собою реакцію об'єкта контролю на цей тест. Крім цього, оскільки вуглецеві матеріали відзначаються дуже низькими коефіцієнтами теплопровідності, виникає необхідність створення для контролю високих температурних полів, що призводить до великих енергозатрат, а часом є неможливим з міркувань збереження працездатності конструкції. Оптимальними з точки зору простоти створення однорідного і безпечного механічного впливу на конструкцію є оптичні інтерферометричні методи високої роздільної здатності [10-13]. Їх перевагами є висока чутливість і надійність виявлення дефектів у стільникових конструкціях, можливість одночасного контролю великих площин поверхонь. Відомий спосіб голографічного контролю, обраний як прототип [14], який полягає в тому, що отримують за допомогою методу двох експозицій голографічний інтерференційний портрет (ГІП) конструкції при навантаженні її шляхом підвищення внутрішнього тиску на величину ΔР, визначають місце розташування дефекту, якому відповідає сукупність замкнутих інтерференційних смуг підвищеної густоти, і його контур, який співпадає з зовнішньою інтерференційною смугою в цій сукупності. Даний метод дозволяє визначити такі типи дефектів у стільниковій конструкції, як непроклей між обшивкою і стільниковим заповнювачем, розшарування в обшивках стільникової панелі у випадку, якщо вона являє собою багатошарову конструкцію, зминання стільникового заповнювача ("погин"). Слід зазначити, що останній тип дефекту не можна визначити за допомогою акустичних або теплових методів контролю. Описаний спосіб є найбільш близьким по технічній суті до корисної моделі, що заявляється. Але його недоліком є те, що він не дозволяє розрізнити дефекти зминання ("погину") стільникового заповнювача від дефектів відсутності з'єднання. Конфігурація інтерференційних смуг для обох дефектів буде ідентичною. Тому можливе помилкове визнання одного типу дефектів за інший. На відміну від дефектів, що обумовлюють відсутність з'єднання між шарами конструкції панелі, при дефектах зминання ("погину") стільникового заповнювача з'єднання шарів має місце, тобто міцність конструкції є набагато вищою, ніж у разі наявності дефектів типу розшарування або непроклей. Це дає змогу здійснити перегляд допустимих робочих 1 UA 91527 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 навантажень на конструкцію панелі у напрямку їх підвищення, або здійснити локальний ремонт із застосуванням технології часткового заміщення стільникового блоку і обшивок. Таким чином, розширення можливостей контролю за рахунок розрізнення двох типів дефектів дає змогу зменшити матеріальні витрати виробників, обумовлені перебракуванням виробів. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу контролю стільникових панелей з метою розширення його можливостей у напрямку розділення різних типів дефектів, що визначаються за допомогою оптичної інтерферометри високої роздільної здатності. Вирішення цієї задачі дозволить підвищити достовірність контролю за рахунок більш точного визначення типу дефекту. Поставлена задача вирішується тим, що в способі, який полягає в тому, що отримують за допомогою одного з методів оптичної інтерферометри високої роздільної здатності (голографічної інтерферометри, спекл-інтерферометрії, або ширографії) інтерференційний портрет (ІП) конструкції при навантаженні її шляхом підвищення внутрішнього тиску на величину ΔР, визначають місце розташування дефекту, якому відповідає сукупність замкнутих інтерференційних смуг підвищеної густоти, і його контур, який співпадає з зовнішньою інтерференційною смугою в цій сукупності, згідно з корисною моделлю одночасно або послідовно, але при однакових умовах навантаження, отримують ІП протилежних сторін конструкції, порівнюють ІП одної сторони із дзеркальним відображенням ІП протилежної сторони відносно вертикальної осі обшивки панелі, визначають місця, де контури сукупності замкнутих інтерференційних смуг підвищеної густоти співпадають на ІП одної сторони і дзеркальному відображенні ІП другої сторони, і, в разі їх наявності, повторюють описані операції отримання ІП обох сторін при внутрішньому вакуумному навантаженні конструкції тиском на величину ΔР, порівнюють ІП одної сторони із дзеркальним відображення ІП другої сторони і наявність дефекту зминання ("погину") стільникового заповнювача встановлюють в тих місцях, де зберігається ознака симетричності ІП. Використання алгоритму порівняння дзеркальних відображень IП протилежних сторін стільникової панелі дозволяє встановити місця можливого розташування дефектів зминання ("погину") стільникового заповнювача, а додаткова операція отримання ІП двох сторін при однаковому вакуумному навантаженні дозволяє уникнути хибного визнання симетричного розташування дефектів відсутності з'єднань між шарами конструкції як дефектів зминання ("погину"). Спосіб дозволяє здійснювати контроль даного типу дефектів незалежно від того, який з методів буде використаний в процесі експериментальних досліджень, тобто він може бути застосований і в голографічній, і в спекл-інтерферометрії, і в ширографії. На фіг. 1-5 наведені креслення, які пояснюють умови здійснення способу контролю стільникових панелей, де на фіг. 1 наведена експериментальна схема для отримання ІП стільникової панелі, на фіг. 2 наведена схема деформування обшивок стільникової панелі за наявності зминання ("погину") стільникового заповнювача, а на фіг. 4 представлені ІП, які відповідають даному деформованому стану. При здійсненні контролю з використанням методу голографічної інтерферометри заявлений спосіб може бути реалізований таким чином. Промінь від джерела випромінювання 1 дзеркалом 2 направляється на світлодільник 3, за допомогою якого розбивається на два напрями - опорний і предметний (див. фіг. 1). За допомогою оптичних елементів 4, 5 формують предметний пучок, який освітлює об'єкт контролю 8. Розсіяний об'єктом контролю 5 предметний пучок і відбитий від сферичного дзеркала 6 опорний пучок попадають на реєстратор 7. Реєструють зображення об'єкта при початковому значенні Р0 внутрішнього тиску у панелі. Після підвищення внутрішнього тиску на величину ΔР здійснюють повторну реєстрацію зображення. Таким чином отримують ІП одної сторони панелі. Після цього або одночасно за аналогічною схемою отримують ІП другої сторони панелі, що відповідає таким самим значенням P0 і ΔР. Розріз стільникової панелі до навантаження внутрішнім тиском показаний на фіг. 2. Внаслідок підвищення внутрішнього тиску має місце деформування панелі, як показано на фіг. 3. Оскільки під час реєстрації ІП обох сторін умови навантаження будуть однаковими, розподіл інтерференційних смуг на ІП буде симетричним у місці розташування дефекту зминання стільникового заповнювача ("погину") і інтерференційний портрет однієї обшивки (фіг. 4) буде співпадати із дзеркальним відображенням інтерференційного портрету другої обшивки (фіг. 5). Незважаючи на те, що виникнення симетричного дефекту відсутності з'єднання між шарами конструкції є дуже малоймовірним, здійснюється додаткова перевірка типу дефекту шляхом отримання ІП обох сторін стільникової панелі при симетричному вакуумному навантаженні. За 2 UA 91527 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 наявності лише дефекту відсутності з'єднання між шарами інтерференційні смуги на ІП, отриманому в умовах внутрішнього вакуумного навантаження, будуть відсутні. В тих місцях, де має місце дефект зминання ("погину") стільникового заповнювача, на ІП, отриманому в умовах внутрішнього навантаження, будуть залишатися інтерференційні смуги, і ІП обох обшивок будуть симетричними. Джерела інформації: 1. Патент РФ № 2245544 G01N 29/10 Акустический дефектоскоп/ С.Н. Дорофеев, Ю.И. Гордеев, С.А. Лавренов // Заявл. 05.12.2002 № 2002132780/28. Опубл. 27.01.2005 Бюл. № 3. 2. Патент РФ 2168722 G01N 29/04 Способ для неразрушающего контроля многослойных изделий и устройство для его реализации// Дрейзин В.Э., Грузнов A.M., Грузнов Ф.А.// Заявл. 22.06.1998 № 98111817/28. Опубл. 10.06.2001. 3. Патент РФ 2069362 G01N 29/16 Акустический импедансный способ контроля качества паяних и клеевых соединений обшивки с торцами сот в односторонних сотовых конструкциях/ Владимиров С.А.// Заявл. 21.04.1992 № 5039097/28. Опубл. 20.11.1996. 4. Патент РФ 2078339 G01N 29/16 Импульсный импедансный способ дефектоскопии объектов/ Устинов Е.Г.// Заявл. 02.03.1994 № 94008078/28. Опубл. 27.04.1997. 5. А.С. СССР 1829631 G01N 29/16 Акустико-топографический способ контроля слоистых материалов и устройство для его осуществления/ Швецова И.В., Макаров А.Н., Датько В.Д., Васильев Н.В., Бирюкова Н.П. 6. Патент РФ № 2219534 G01N 25/00 Способ теплового неразрушающего контроля многослойных объектов/ О.Н. Будадин, Т.Е. Троицкий-Марков, Е.В. Абренова, В.И. Сучков Т. Заявл. 12.09.2002. Опубл. 20.12.2003. 7. Патент РФ 2284515 G01N 25/00 Способ тепловизионного контроля воды в авиационных сотовых панелях эксплуатируемых самолетов/ Вавилов В.П., Нестерук Д.А.// Заявл. 30.03.2005, № 2005109215/28. Опубл. 27.09.2006 Бюл. № 27. 8. Патент РФ № 2476867 G01N 25/72 Способ обнаружения дефекта в материале и система для этого способа/ Накагава Дзунити, Ито Тадаюки, Нисияма Тецуо и др.// Заявл. 17.09.2008, опубл. 27.02.2013. 9. D Bates Rapid thermal non-destructive testing of aircraft components/ D. Bates, G. Smith, D. Lu, J. Hewitt// Journal of Composites Part B: Engineering. - Vol. 31, No 3, 2000. - P. 175-185. 10. US 2003/0179382 A1 G 01B 9/02 Use of electronic speckle interferometry for defect detection in fabricated devices/ Michael L. Peterson JR., Anthony DiLeo// Appl/ No/10/358.116. Filed Feb.3, 2003. Pub. date Sep. 25, 2003. 11. Sfarra, Stefano. Square Pulse Thermography (SPT) and Digital Speckle Photography (DSP): Non-Destructive Testing (NDT) Techniques Applied to the Defects Detection in Aerospace Materials/ Stefano Sfarra, Abdelhakim Bendada and others// 2nd International Symposium on NDT in Aerospace 2010-Poster 3. P. 1-8. 12. US Patent 7770454 G01N 29/04 Laser system and method for non-destructive bond detection and evaluation/ Sokol; David W. Walters; Craig Т., Dulaney; Jeff L., Toller; Steven M.// Appl. No. 10/950.865. Filed Sep. 27, 2004. Publ. date Jun 9, 2005. 13. Collrep, Jorg Shearography testing on aerospace CFRP components and other compounds/ Jorg Collrep, Thomas Mayer, Junli Sun, Dieter Scherling// NDE2002 predict, assure, improve. National Seminar of ISNT. Chennai, 5.-7. 12. 2002. 14. Сохач Ю.В. Голографический контроль непроклеев теплозащитных покрытий переменной толщины/ Ю.В. Сохач, А.Г. Пилипенко// Вестник ДНУ, РКТ. - 2006. - Вып. 10, том 1. С. 113-114. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Спосіб контролю стільникових панелей, який полягає в тому, що отримують за допомогою одного з методів оптичної інтерферометрії високої роздільної здатності інтерференційний портрет стільникової панелі при навантаженні її шляхом підвищення внутрішнього тиску на величину ΔР, визначають місце розташування дефекту, якому відповідає сукупність замкнутих інтерференційних смуг підвищеної густоти, і його контур, який співпадає з зовнішньою інтерференційною смугою в цій сукупності, який відрізняється тим, що одночасно або послідовно, але при однакових умовах навантаження, отримують інтерференційні портрети конструкції з протилежних сторін, порівнюють інтерференційний портрет одної сторони із дзеркальним відображенням інтерференційного портрету протилежної сторони відносно вертикальної осі обшивки панелі, визначають місця, де контури сукупності замкнутих інтерференційних смуг підвищеної густоти співпадають на інтерференційному портреті одної 3 UA 91527 U 5 сторони і дзеркальному відображенні інтерференційного портрету другої сторони, і, в разі наявності такої сукупності, повторюють описані операції отримання інтерференційних портретів обох сторін при внутрішньому вакуумному навантаженні конструкції тиском на величину ΔР, порівнюють інтерференційний портрет одної сторони із дзеркальним відображення інтерференційного портрету другої сторони і наявність дефекту зминання стільникового заповнювача встановлюють в тих місцях, де зберігається ознака симетричності інтерференційних портретів. 4 UA 91527 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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