Способ обнаружения появления и развития трещин

 

Изобретение относится к технике диагностики механического состояния конструкций . Цель изобретения - сокращение времени обнаружения появления трещин. Способ обнаружения появления и развития трещин заключается в том, что на поверхности исследуемого элемента конструкции в зоне предполагаемого появления трещины размещают параллельные один с другим, расположенные с определенным шагом лепестки проводящей фольги, соединенные с одной стороны с общим выводом. Лепестки ориентируют перпендикулярно ожидаемому направлению развития трещины. По отсутствию тока определяют обрыв лепестка, характеризующий собой появление или дальнейшее развитие трещины по координате , перпендикулярной лепесткам. Новым в способе обнаружения появления трещины является то, что перед пропусканием электрических токов формируют весовые токи со значениями , пропорциональными членам степенного ряда, показатели степени которых равны порядковым номерам лепестков. Полученные весовые токи пропускают через соответствующие лепестки и суммируют на общем выводе. Суммарный ток представляют в цифровой код и по первому его изменению определяют место появления трещин, а по последующим изменениям-их развитие. 2 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sijs G 01 и 27/61

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4840117/10 (22) 19,06;90 (46) 07.06.92. Бюл. М 21 (71) Самарский авиационный институт. им. акад. С.П. Королева (72) Ю.Л.Тарасов. Е.H.Ãåéòåíêî..Н.È.Ãàäaлин и С.Л.Ерисов (53) 620.179.14 (088.8) (56) Патент Великобритании hh 2136119, кл. G 01 и 27/61 ° 1984.

Испытательная техника. M.: Машиностроение, 1982, т.2, с.446, (54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЯВЛЕНИЯ

И РАЗВИТИЯ ТРЕЩИН (57) Изобретение относится к технике диагностики механического состояния конструкций. Цель изобретения — сокращение времени обнаружения появления трещин.

Способ обнаружения появления и развития трещин заключается в том, что на поверхности исследуемого элемента конструкции в зоне предполагаемого появления трещины

Изобретение относится к технике диагностики механического состояния конструкций, а именно к обнаружению появления трещин при испытаниях материалов и конструкций.. Известен способ обнаружения трещин, в котором обойму со стекловолокнами располагают на исследуемой поверхности материала так, что прижимают их по длине к плоской поверхности. Появление трещины на поверхности изменяет коэффициент пе. редачи соответствующего волокна и это из„„5Q„„1739270 А1 размещают. параллельные один с другим, расположенные с определенным шагом лепестки проводящей фольги, соединенные с одной стороны с общим выводом. Лепестки ориентируют перпендикулярно ожидаемому направлению развития трещины. По отсутствию тока определяют обрыв лепестка, характеризующий собой появление или дальнейшее развитие трещины по координате, перпендикулярной лепесткам. Новым в способе обнаружения появления трещины является то, что перед пропусканием электрических токов формируют весовые токи со значениями, пропорциональными членам степенного ряда, показатели степени которых равны порядковым номерам лепестков. Пол- ф ученные весовые токи пропускают через соответствующие лепестки и суммируют на общем выводе, Суммарный ток представляют в цифровой код и по первому его изменению определяют место появления трещин, а по Б последующим изменениям — их развитие, 2 ил. менение фиксируют с помощью приемника света.

Такой способ неприемлем в случае больших изгибов, получаемых при усталостных испытаниях.

Существует способ выявления трещин путем определения падения переменного напряжения, согласно которому через испытываемый образец пропускают заданный переменный ток и в разнесенных на определенное расстояние точках измеряют напряжения, по значениям которых определяют размеры трещины.

1739270

При испытаниях металлов такой способ оказывается неточным либо неприемлемым. так как удельное сопротивление металлов весьма мало.

Наиболее близким к предлагаемому является способ. регистрации трещин, в котором используют гребенчатый тенэодатчик, нити которого располагают перпендикулярно предполагаемому направлению распространения трещин, С одной стороны тензонити объединяют и на них подают заданное напряжение, с другой стороны на каждой из тензонитей контролируют напряжение с помощью соответствующего согласующего усилителя и многоканального регистратора. Обрыв тензонити фиксируют по пропаданию напряжения на соответствующем канале регистрации, при этом отмечают наработанное количество циклов нагружения.

При увеличении числа используемых датчиков трещин количество каналов контроля соответственно возрастает. При этом увеличиваются число линий связи и обьем контролирующего оборудования, а также снижается надежность и производительность контроля трещин.

Цель изобретения — сокращение времени обнаружения появления трещин и сокращение контролирующей аппаратуры, На фиг.1 представлена структурная схема для реализации предлагаемого способа обнаружения появления и развития трещин; на фиг.2 — блок-схема одного из возможных алгоритмов обнаружения появления и развития трещин.

На структурной схеме (фиг.1) весовые значения токов формируют с помощью стабилизированного источника 1, блока 2 опорных напряжений и реэистивной матрицы 3.

Токи подают, например, на гребенчатые фольговые датчики 4. Суммарный ток общего выхода гребенчатого датчика 4 через коммутатор 5 и аналого-.цифровой преобразователь 6 в виде цифрового кода направляют. на цифровую магистраль 7.

Анализ цифрового кода датчика 4 проводят по алгоритму(фиг.2). Структурно блоксхема состоит из трех частей. В первой части, блоки А1-И (1-й столбец), осуществляют опрос гребенчатых датчиков. Во второй части или 2-м столбце блоки А2-F2 определяют оборванные лепестки, а в третьей части блоки АЗ-F3 производят формализацию трещины. Предлагаемый способ обнаружения появления и развития трещин заключается в следующем. Датчики 4, использующиеся в данном случае в качестве параллельных лепестков, ориентируют так, чтобы лепестки были направлены перпендикулярно предполагаемому направлению распространения трещины. Например, при усталостных испытаниях плоских образцов материала на

5 изгиб датчик 4 размещают на плоскости испытываемого образца перпендикулярно оси изгибающего момента. На лепестки датчика

4 подают весовые токи, значения которых выбирают пропорциональными членам

10 степенного ряда с основанием, например, два. Тогда весовой ток e i-м лепестке равен

I) = Ig42, где I = О, 1, 2, ..., m-1 — номер лепестка в датчике 4,m — число лепестков в датчике 4, 4 — ток квантования.

15 Так, для датчика с числом лепестков m= 8 ток через нулевой лепесток равен 1О = 4, а через последний седьмой I> = IK 128. На общем. выводе гребенчатого датчика 4 весовые токи суммируют и. в случае целостности

20 всех лепестков, суммарный ток получают

m 1 равным 1д=",», 1к 2, где Iä — суммарный ток =о датчика 4. Так, для восьми лепестков ток равен Ip = 1 Ф.255, Для удобства анализа состояния лепестков суммарный ток преобразуют- посредством аналого- цифрового преобразователя 6 в цифровой код и запоминают его. Первое изменение кода соответствует моменту появления первой трещины. Например, при обрыве лепестка с номером 2 код датчика будет соответствовать суммарному току, равному 1д = 44251.

Возможно появление двух или более трещин, например, при обрыве лепестков с номерами О, 1 и 7 (появление сразу двух трещин) код датчика будет соответствовать суммарному току 1д = 4 И48. Дальнейшее изменение суммарного тока будет соответ40 ствовать развитию трещин, сопоставляя новый код суммарного тока с предыдущим во времени кодом, определяют номера лепестков, оборванных при этом развитии. Тем самым определяют развитие трещины

45 вплоть до разрушения всех лепестков. Таким образом, предлагаемый способ позволяет, анализируя изменение суммарного тока, не только обнаружить появление трещин, но и проследить за их развитием. При50 чем разрешающая способность по линейному размеру равна шагу между лепестками, а разрешающая способность по скорости развития трещины определяется временем между соседними обращениями к

55 лепесткам, в данном случае к датчику 4.

Весовые значения токов получают следующим образам.

На питающемся от стабилизированного источника 1 блоке 2 опорных напряжений формируют опорные напряжения 0 = ОФ2, 1739270

10

25

50

55 где Ок — напряжение квантования, равное напряжению на первом выходе источника 2.

Следовательно, в датчике 4 с восемью лепестками на последнем. выходе, соответствующем седьмому лепестку в датчиках 4, напряжение равно 1т = U<5128. Далее с помощью резистивных матриц 3 преобразуют опорные напряжения в весовые токи, которые подают на соответствующие лепестки датчика 4 и суммируют на его общем выводе. Для дополнительного повышения помехоустойчивости общую точку датчика 4 подключают к входу операционного усилителя, например, в составе коммутатора 5, нв этот же вход операционного усилителя под- 1 ают сигнал глубокой обратной связи с выхода операционного усилителя, в результате нв общей точке датчика получают потенциал, практически равный нулю и. поскольку номиналы резисторов матрицы 3 одинаковы, весовые токи оказываются пропорциональными опорным напряжениям; При обрыве лепестков в датчике 4 входной сигнал операционного усилителя соответственно меняется, но опорные напряжения благодаря наличию резистивных матриц 3 остаются неизменными. Таким образом, токи в различных датчиках 4 практически независимы. С. помощью аналого-цифрового преобразователя 6 сигнал с того или иного датчика 4, переключаемого посредством коммутатора 5, преобразуют в цифровой код, соответствующий текущему состоянию датчика, и передают на цифровую магистраль 7 для последующего анализа.

Возможен и другой способ формирования весовых значений токов. От общего источника 2 напряжения весовые значения токов получают с помощью резистивиой матрицы 3, номиналы резисторов в которой . пропорциональны степенному ряду, в данном примере, с основанием 2. Весовые значения токов можно также получить, выполнив гребенчатый датчик 4 из фольгового материала так, чтобы сопротивления 4 его резистивных лепестков были пропорциональны членам степенного ряда с основанием 2. B этом случае лепестки датчика 4 объединяют с обеих сторон. а к источни у напряжения датчик подключают одним проводом. Реэистивная матрица при этом не нужна.

Предлагаемый способ обнаружения появления и развития трещин позволяет расположить реэистивные матрицы 3 непосредственно на испытательном стенде.

Таким образом, количество питающих проводов опорных напряжений оказывается ограниченным числом лепестков в датчике 4 (или одним проводом), и в данном случае равно восьми (или одному в случае резистивных лепестков), а количество линий, связывающих датчики 4 с измерительноконтролирующей системой, равно числу датчиков.

Рассмотрим один из возможных алгоритмов обнаружения появления трещины (фиг,2), Работу программы начинают с ввода констант (блок А1): N — число датчиков; М число лепестков в датчике; и определения переменных: К вЂ” текущий код гребенчатого датчика; К я — код гребенчатого датчика в предыдущем запросе; n — номер гребенчатого датчика; Д и — приращение кода датчика; с — время наработки

В первой части программы осуществляют организацию Цикяоа ОЩюеа грэбенчатых датчиков по номбрам до момвкта их полного разрушения. Если результат текущего запроса цифрового коде грвбеичатого

ДаТЧИКа Кл ОТЛИЧабтев ОТ PO II0YOY4 НР® ыдущито:ип роса кто {блок с1), то упраеяеwe передают на вторув часть программы (блоки Az-Fz), где акаяиэирувт изменение цифрового кода гребенчатого датчика Д n-K -K и определявт номере лепестков, Оборванных за промежуток времеки между текущим и предыдущим обращением к датчику. При этом приращакие кода грабакетого датчика и раскладывают в степекной ряд с осиовзнибм в данком елучаэ дав и по найденным таким образом показатвлям степени определяют номера оборванных лвпестков, 8 третьей части программы (блоки

Аз-Гз) формаяизувт результаты анализа, проведенные в 1-й и 2-й частях. Формализацию проводят по сяедую4цим .щжэкакам: первая трещина; новая, ио ке первая трещина; рост трещины; слияние трещик к разрушение образца. При ормаяиэацкк просматривают комара яаеаетков. разру-. шенных в течекиа аоеладкего интервала времени, совместно е комарами ренее оборванных лепестков. При этом критерием. роста трещины аеляетея отличие номеров вновь оборванных лепестков от комаров ранее разрушенных лепестков иа единицу как справа, так и слева. Поэтому перебор комеров разрушенных лепестков ведут сначала справа, затем слева. В этом же части программы регистрируют параматры разрушения образцов.

Интервал времени между двумя соседними опросами гребенчатого датчика, а следовательно, и разрешающая, способность контроля по времени определяются в основном временем аналого-цифрового преобразования. Это время, а также время операции возведения в степень, в свою оче t739270 редь, определяются числом лепестков.в гребенчатом датчике и количеством самых датчиков. Так, в Случае . использования аналого-цифрового преобразователя с временем преобразования 30 мс, ЗВМ ДВК-4 и восьми восьмилепестковых гребенчатых датчиков трещин время между соседними on росами каждого из восьми гребенчатых датчиков составляет 0,5 мс.. Гребенчатый датчик с восемью лепестками шириной 0,25 мм и расстоянием между лепестками 0,25 мм позволяет обнаруживать появление трещины, а также и ее развитие с точностью до 0,5 мм.

Предлагаемый способ позволяет полностью автоматизировать процесс обнаружения появления трещин в многоканальных системах и стендах испытаний с большим числом датчиков трещин.

Формула изобретения

Способ обнаружения появления и развития трещин, включающий пропускание электрических токов через лепестки, которые предварительно укрепляют параллельно один другому на поверхности элемента конструкции, определение места появления

5 трещины по пропаданию электрического тока через оборванный появлением трещины лепесток и определение развития трещины по следующему во времени пропаданию электрического тока в других лепестках, о т10 л и 4 а ю шийся тем, что, с целью сокращения времени обнаружения появления трещин, перед пропусканием электрических токов осуществляют формирование seсовых токов с весовыми значениями, 15 пропорциональными членам степенного ряда, показатели степени членов которых равны порядковым номерам лепестков, и производят суммирование весовых токов через лепестки и преобразование значения

20 суммы весовых токов через лепестки в цифровой код.

17392Т0

Составитель С.Ерисов

Техред M.Ìoðãåíòçï

Корректор М.Пожо

Редактор А.Козориз

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уч:город, ул.Гагарина, 101

Заказ 1998 Тираж Подписное . БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5