Спосіб технічної діагностики дієздатності та залишкового ресурсу тонкостінних циліндричних оболонок з заповнювачем, переважно рідкими продуктами

1. Спосіб технічної діагностики дієздатності та залишкового ресурсу тонкостінних циліндричних оболонок з заповнювачем, переважно рідкими продуктами, що включає збудження у виробі вільних пружних коливань шляхом впливу змінного та постійного магнітних полів, визначення їх резонансних характеристик, який відрізняється тим, що коливання збуджують у імпульсному режимі у зменшених моделях виробу на частоті однієї з гармонік пружних коливань виробу, який має з моделлю резонансний зв'язок в межах ширини частотного вікна прозорості для проходження коливань на оболонку з наповнювачем, яка контролюється, через діелектричну стінку та повітряні проміжки за допомогою не менше трьох діелектричних антен, на осі першої та третьої з яких розташовані збуджувальні перетворювачі, параметри випромінювання яких відповідають коливанням моделі та оболонки, і прийомні приймачі, сигнали яких відповідають резонансним характеристикам оболонки виробу та моделі, а на осі другого - головний приймальний перетворювач, сигнал на якому відповідає вимушеним коливанням всього виробу з наповнювачем, при цьому дієздатність виробу визначають за значенням добротності коливань, прийнятих першим та третім приймальним перетворювачем, а ресурс виробу прогнозують за величиною частоти слідування імпульсів коливань моделі, при якому амплітуда сигналу на другому приймальному перетворювачі має максимальне значення. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що вибір габаритів діелектричних антен, приймальних та збуджувального перетворювачів та величини їх розташування виконують згідно з правилами золотого перерізу. 3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що діелектричні антени виконують у вигляді конуса з кутом розкриття 36°, а збуджувальний та приймальний перетворювачі розташовують в діапазоні від 6° до 8° кута повздовжнього розрізу антени. Корисна модель відноситься до способів прогнозування за допомогою неруйнівних методів контролю та технічної діагностики дієздатності на даний час та визначення подальшого залишкового ресурсу виробів машинобудівної галузі, зокрема авіакосмічної, нафтогазової, енергетичної, атомної, сільськогосподарської та інших галузей. Відомий спосіб акустичного контролю складу однотипових виробів із двофазового матеріалу [1], який включає вимірювання частот резонансних коливань однотипових (за формою та розмірами) виробів з кожної фази та з двофазового матеріалу, що контролюється, який відрізняється вимірюваннями при одній температурі та визначенням складу із співвідношень частот резонансних коливань однотипових виробів з кожної фази та з двофазового матеріалу. Недоліками способу є неможливість дистанційного контролю конструкції „оболонказаповнювач", окрім того, неможливо визначитись з дієздатністю та залишковим ресурсом об'єкту, який контролюється, навіть підвищивши чутливість контролю, а саме: за рахунок задекларованого способом використання вимірювання частот резонансних коливань однотипових за формою та розмірами моделей та виробів в цілому. Відомий також спосіб визначення залишкового ресурсу тонкостінних оболонок із резервуарних та трубних сталей [2], який включає використання в якості як таких, які переміщуються по поверхні оболонки або по їх захисному покриттю, пристроїв вимірювання показників електромагнітного поля, що характеризують залишкову товщину стінки виробу, яка змінюється внаслідок корозії, малоцик ео О) 11440 лової утомленості металу та старіння об'єкту досліджень, і еталонних зразків на основі змінювання згаданих показників електромагнітного поля з часом, який відрізняється тим, що проводиться вибірковий контроль досліджуваних тонкостінних оболонок, отримується масив інформації про ступінь відхилення показників електромагнітного поля досліджуваної тонкостінної оболонки від відповідного її зразка-представника, який раніше не навантажувався, після чого вираховують на основі отриманих даних масиву поточних значень коефіцієнт ударної в'язкості і коефіцієнт запасу товщини стінки досліджуваної тонкостінної оболонки та роблять подальші математичні розрахунки з виділенням аномальних значень контрольованого параметру для визначення залишкового ресурсу. Недоліком відомого способу є обмеженість методу лише феромагнітною оболонкою, досить низька чутливість з контролю немагнітних металевих матеріалів, велика залежність відстані датчиків електромагнітного поля від оболонки, яка обмежується її поверхнею або її захисним покриттям, та надзвичайно ускладнене математичне оброблення масивів результатів вимірів щодо отримання цим способом задекларованої мети. Найбільш близьким способом того ж призначення до заявленого способу і обраним у якості найближчого аналога є спосіб контролю якості виробів [3], який засновано на збудженні в них вільних пружних коливань та на визначенні резонансних характеристик. З метою розширення діапазону та підвищення точності контролю, пружні коливання збуджують взаємодією змінного та постійного магнітних полів у виробі, визначають його добротність та за її величиною роблять висновок щодо якості контрольованого виробу. До причин, що перешкоджають досягненню цим способом очікуваного технічного результату, а саме: дистанційного визначення добротності при використанні цього відомого способу та судження за нею про дієздатність та залишковий ресурс контрольованого об'єкту є те, що, як відомо, збудження коливань, особливо власних, резонансних, з достатньою для проведення неруйнівного контролю та діагностики чутливістю, за допомогою суперпозиції змінного та постійного електромагнітного полів має місце лише при відстанях, які знаходяться в межах часток міліметра, що унеможливлює його здійснення в разі, як правило, великогабаритних оболонок, працюючих в умовах відсутності доступу до них. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу неруйнівного контролю та технічної діагностики дієздатності і залишкового ресурсу тонкостінних циліндричних оболонок з заповнювачем шляхом створення з використанням золотого перерізу моделі контрольованої оболонки, яка має гармонічний резонанс з нею. що забезпечує визначення характеристик і параметрів контрольованої оболонки, та застосуванням додаткового прийомного перетворювача. Поставлена задача вирішується таким чином, що у способі технічної діагностики дієздатності та залишкового ресурсу тонкостінних циліндричних оболонок з заповнювачем, переважно рідкими продуктами, який включає збудження у виробі ві льних пружних коливань шляхом впливу змінного та постійного магнітних полів, визначення їх резонансних характеристик, згідно корисної моделі, коливання збуджують у імпульсному режимі у зменшених моделях виробу на частоті однієї з гармонік пружних коливань виробу, який має з моделлю резонансний зв'язок в межах ширини частотного вікна прозорості для проходження коливань на оболонку з наповнювачем, яка контролюється, через діелектричну стінку та повітряні проміжки, за допомогою не менше трьох діелектричних антен, на осі першої та третьої з яких розташовано збуджуючі перетворювачі, параметри випромінювання яких відповідають коливанням моделі та оболонки, і прийомні приймачі, сигнали яких відповідають резонансним характеристикам оболонки виробу та моделі, а на осі другого - головний приймальний перетворювач, сигнал на якому відповідає вимушеним коливанням всього виробу з наповнювачем, при цьому дієздатність виробу визначають за значенням добротності коливань, прийнятих першим та третім приймальним перетворювачем, а ресурс виробу прогнозують за величиною частоти слідування імпульсів коливань моделі, при якому амплітуда сигналу на другому приймальному перетворювачі має максимальне значення; вибір габаритів діелектричних антен, приймальних та збуджуючого перетворювачів та величини їх розташування виконують згідно правил золотого перерізу; діелектричні антени виконують у вигляді конусу з кутом розкриття 36°, а збуджуючий та приймальний перетворювачі розташовують в діапазоні від 6° до 8° кута повздовжнього розрізу антени. Визначення та настроювання величини резонансної власної частоти коливань оболонки моделі в межах ширини частотного вікна прозорості для проходження коливань на контрольований виріб через діелектричну стінку чи повітряний проміжок підбирається експериментальне на початковому етапі проведення контрольної операції та знаходиться на рівні 0,5 максимальної амплітуди коливань в цьому діапазоні ширини частотного вікна. Технічний результат зв'язку різних суб'єктів та об'єктів природи, пов'язаних з їх резонансною взаємодією, є підтвердженням як для здійснення суттєвих ознак заявленого способу, так і можливості його реалізації. В самому загальному вигляді гармонічний резонанс між моделлю та контрольованим виробом досягається завдяки добре відомому та дослідженому в науці положенню щодо того, що процеси у досліджуваному об'єкті та в його моделі мають бути подібними, якщо буде дотримана геометрична подібність та подібність матеріалів. Тому ми можемо забезпечити через модель також визначення процесів, які протікають у виробі, який контролюється, тобто в заповненій циліндричній оболонці в нашому випадку, в тому числі фіксувати нестаціонарність процесів, які в цій системі проходять: адже для двох подібних процесів повинні бути подібними коефіцієнти хвильового рівняння, записаного у безрозмірному вигляді [4]. Записавши це рівняння як для суцільного циліндра цього об'єкта (оболонка плюс заповнювач) при нескінченно малій товщині оболонки будемо мати: 11440 частині (4) зміною складових величин, тобто габаритів та матеріалу моделі, в порівнянні з натурою. / * ' н • ;»•— 2 **' ' ( ) Якщо ж частота власних коливань згідно вира(dtf Podo P ^ do2 зу (4) об'єкту, який контролюється, та моделі виде U'=U/U0, t'=t/t0, b'=b/b0, '= / o, d1=d/d0, значається згідно хвильового рівняння (3) і є запоa'=a/ao U, t, b, p, d, a - зміщення, час, ефективна вненням пачок імпульсів, які збуджують модель, а в'язкість, густина, діаметр та швидкість звуку в через неї і об'єкт, який контролюється, в резонансданій точці, які змінюються при відхиленні від поному режимі, то частота слідування цих пачок (паложення рівноваги; Uo, to, bo, о, do, ao - базисні кетів) імпульсів не може бути описаною цим рівзначення зміщення, часу, ефективної в'язкості, нянням, поскільки уособлює в собі вже густини, діаметру та швидкості звуку. проходження процесу, який відбувається в об'єкті Тоді комплекс ° ° у другому члені рівняння є контролю і характеризується затуханням. На думку Podo вчених [5], частоти слідування пачок імпульсів похарактеристикою затухання в об'єкті контролю і в винні визначатися з нелінійних рівнянь, які описумоделі з часом, а фізичне його тлумачення можна ють явища самоорганізації або автохвилі. Такі визначити як число гомохронності, яке аналогічне автохвильові явища є первинними по відношенню критерію Фур'є в теорії теплопровідності; тут же до геометрії середовища, визначаючи протікання воно характеризує нестаціонарність, що обумовпроцесів як таких. Вони теж вступають в резонанс, лена внутрішнім тертям при переносі імпульсу і якраз їх резонансні частоти вкладаються в ряд руху. Збуджуючи модель на одній із гармонік влаФібоначчі, тобто вписуються до ритмічної будови сних гармонічних коливань об'єкту, який контрофункціонування живої та неживої природи, в тому люється, ми завдяки гармонічному резонансу числі і функціонування рукотворних виробів, зокотримуємо відгук в заповненій оболонці. Опрацюрема протікання процесів в заповнених оболонках вати цей відгук ми зможемо, якщо здійснимо збуз часом. дження моделі пачками імпульсів, заповненій на Щодо живої природи, то тут найхарактернішою частоті однією з гармонік власних коливань обоє розумова праця людини, в якій домінує -хвиля лонки, яка контролюється. В цьому випадку можна ( -ритм) золотого перерізу, яка дає відомий ряд буде спостерігати затухання її власних коливань Фібоначчі 5, 8, 13, 21, який активізує на цих частопісля припинення діяння збуджуючої сили цієї пачтах проходження електричних хвиль мозку людини ки. Якраз на цій ділянці спадаючої експоненти [6]. Виходячи з того, що рукотворні вироби є ревласних коливань оболонки, що контролюється, і зультатом розумової праці, в якій домінує обумовотримується інформація щодо її працездатності. лена вище -хвиля, то в функціональних процесах Це випливає також з визначення добротності як: ця домінантність зберігається, поскільки в цих виробах використовується сукупність природних процесів, хімічних елементів та їх реакцій, речовин де -довжина хвилі, та полів, побудованих згідно принципам золотого - коефіцієнт затухання. перерізу. Таким чином, для досягнення співпадінВ свою чергу, для визначення довжини хвилі ня частотних характеристик в заповненій оболонці, треба знайти частоти власних коливань оболонки, які дають інформацію про процеси, що в ній прощо контролюється. Якщо прийняти до уваги для ходять, треба збуджувати модель посиланням пакетів імпульсів на частотах ряду Фібоначчі 5, 8, розрахунку цих власних частот коливань цилінд13, 21 Гц. ричної оболонки довжиною є, радіусом R, товщиною стінки d під дією радіальної сили, як, наприПодібним цьому режиму є спосіб оптимізації клад, рідинного заповнювача, рівняння радіальних параметрів, режимів роботи пристроїв і технологій, коливань для неї [5]: основаних на ритмічних принципах, які використо*\ 2і і ~ 4і і ч r--j вуються в доїльних апаратах, вібраційних прилаpd (3) 4 2 дах для масажу, автономних електростимуляторах Эх R серцевої діяльності організму, в яких співвідноде U - радіальне зміщення оболонки, що контшення робочих тактів і тактів відпочинку встановролюється, чи моделі; люється рівними 0,618, тобто відношенню чисел D - циліндрична жорсткість; прийнятого нами ряду Фібоначчі. D = Ed3/12(l-k2), Тому і сітчатка ока людини, його дно, його Е - модуль Юнга; елементи, які дають мозку інформацію про навкоk - коефіцієнт Пуассона, то для області висолишнє середовище, теж пронизані пропорціями ких частот [6]: золотого перерізу. Виходячи з викладеного, пропонується виконати приймач затухаючих коливань 2 заповненої оболонки теж згідно теорії подібності 1 (4) як моделі ока у якості найдосконалішого творіння .4 2uR природи, а саме: в розмірах жовтої плями, яка, як відомо, складає в кутах величину 6°...8°. Оскільки Тоді для забезпечення проходження подібних остання дає найчіткіше зображення та кольороспколивальних процесів в натурі (циліндрична обориймання, знаходячись у центрі ока, то і у приймалонка з заповнювачем) та в моделі (пустотілий ча ми отримаємо різке підвищення чутливості, циліндр з наповнювачем) та з метою отримання розташувавши його в центрі системи прийому відрезонансу між ними на гармоніках f n i , fn2, fn3, і т. д. носно інших фонових датчиків - приймачів, розтанеобхідно провести узгодження виразу в правій шованих в периферійній зоні, за полем сприймайA U = 0 1 11440 ня, тобто поза кутом 36° золотого конусу ясного зору людського ока [7] Безконтактний варіант зондування об'єкту контролю типу заповненої оболонки з заповнювачем повинен відбуватись на відстані або через шар повітря, або через діелектричну стінку Як показали дослідження, частотні вікна прозорості для проходження до об'єкту направлених акустичних хвиль можуть залежати від відстані до об'єкту, що контролюється, та товщини діелектричної стінки Розрахунки А Ф Шадова показали, що, якщо при товщині діелектрика до 20мм та відстані 120мм частотні вікна прозорості майже рівномірно розподіляються в діапазоні частот до 50кГц, то з підвищенням частот ширина цього вікна різко падає і стає цілком визначеною в межах від 7Гц і нижче Тому в способі, що заявляється, з метою підвищення чутливості пропонується до проведення контролю попередньо визначити діапазон частотного вікна прозорості таким чином, щоб частота резонансних коливань циліндричної моделі була в межах ширини цього діапазону на рівні 0,5 Узгодження частот досягається вибором відстані розташування моделі від виробу, що контролюється, та додатковими діелектричними прокладками Надзвичайно суттєвим з метою підвищення чутливості запропонованим способом є вибір розмірів прийомного перетворювача згідно принципів золотого перерізу, що забезпечить створення кутів для оптимального прийому в режимі гармонічного резонансу цього перетворювача з виробом, який контролюється Розташування циліндричної моделі оболонки, що контролюється, та згаданого вище перетворювача в самій середині окремих діелектричних антен, виконаних у вигляді конусу, дозволить різко підвищити інтенсивність як випромінювання, так і приймання коливань в разі розташування моделі збудження і прийомного перетворювача у вигляді активного вібратора Таким чином, завдяки виявленим технічним можливостям способу щодо створення гармонічного резонансу моделі та об'єкту, який контролюється, щодо використання принципів формоутворення в живій і неживій природі та їх подібностей в процесах функціонування та протікання процесів, щодо забезпечення оптимальності здійсненні найчутливішого прийому показана можливість заявленим способом визначати дистанційно дієздатність та залишковий ресурс циліндричних оболонок з заповнювачем та виконаних з немагнітних металічних матеріалів Заявлений спосіб реалізується таким чином Перед проведенням контрольної операції здійснюється перевірка ВІДПОВІДНОСТІ вибраної моделі та оболонки, яка контролюється, за частотою власних коливань, а також перевіряється частота посилань пачок імпульсів як ПОСЛІДОВНОСТІ 5, 8, 13, 21 Гц Головний датчик прийому та додаткові датчики прийому моделі виставляються згідно Комп ютерна верстка Н Лисенко 8 схеми людського ока, а котушки збудження та додаткові прийомні котушки - згідно вимог золотого перерізу на циліндричній моделі Дія з метою здійснення контрольної операції починається зі збудження циліндричної моделі з наповнювачем на її власній резонансній частоті коливань, які заповнюють пачки імпульсів, що використовуються для збудження моделі, пружні коливання передаються циліндричній оболонці, яка контролюється, з заповнювачем, які наводять в ній коливання на частоті однієї із гармонік власної частоти Поскільки збудження йде пачками імпульсів з частотою -хвилі, яка відповідає за протікання процесів в системі „оболонка-заповнювач" за часом, то такі поштовхи пакетами імпульсів знаходять відгук в такій масивній системі, як зазначений об'єкт, що контролюється Після припинення діяння збудження моделі, тобто в паузах між пачками імпульсів, йде саме собою зрозуміле затухання власних коливань і цей процес фіксується головним високочутливим прийомним перетворювачем При цьому найбільшу фіксується головним високочутливим прийомним перетворювачем При цьому найбільшу амплітуду досягне прийомний перетворювач на частоті ритмового переходу згідно ряду Фібоначчі, якій відповідає на цей час рівень функціонування системи, а дефектність ґі оболонки оцінюється добротністю системи за затуханнями власних коливань в паузах між пачками імпульсів Вплив діяння на проходження вимірювання процесу збудження як такого на частоті заповнення пачок імпульсів виключається завдяки застосуванню додаткових приєднання котушок Окрім того, якщо добротність системи визначає дієздатність системи, то частота посилок пачок імпульсів, на якій отримано в прийомному датчику найбільшу амплітуду, дозволяє оцінити залишковий ресурс роботи оболонки, що контролюється чим вище частота, тим він більший Таким чином, спосіб, який заявляється, дозволяє дистанційно визначити дієздатність та залишковий ресурс виробу, що контролюється Джерела інформації 1 Патент РФ №2111484, 6 G01 N29/00, 1993г 2 Патент РФ №2184384 СІ, 7 G01 N7/00, 2001 г 3 Автсвид СССР №271863, G01 N29/04,1968 4 Микельсон А Е , Черный З Д Электродинамическое возбуждение и измерение колебаний в металлах - Рига, Зинатне, 1979 -152с 5 Кутимская М А Синергетика и гармония Вселенной // Рериховские чтения -Сборник - Иркутск Изд-во ИРГТУ, 2002г 6 Соколов А Тайны золотого сечения // Техника молодежи - 1978 №5 -с 41-42 7 Ковалев Ф В Золотое сечение в живописи Учеб пособие - К.. Вища шк. Головное изд-во, 1989-143с Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45 м Київ, МСП, 03680, Україна ДП 'Український інститут промислової власності", вул Глазунова 1, м Київ - 42, 01601