Способ определения остаточной прочности конструкции

 

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля и может быть использовано для определения фактической остаточной прочности (несущей способности ) конструкции, преимущественно крыла летательного аппарата, имеющей повреждения или частичные разрушения Цель изобретения - повышение оперативности диагностического контроля и эффективности определения остаточной прочности конструкции . Способ заключается в возбуждении резонансных колебаний, измерении частот колеба«ий и определении дефектности испытываемой конструкции при сравнении их с частотами, колебаний, измеренными на эталонной конструкции Определяют эталонные разрушающие нагрузки от изгиба или кручения на неповрежденной эталонной конструкции При совпадении частот авторезонансных колебаний испытываемой конструкции с частотами авторезонансных колебаний для неповрежденной эталонной конструкции вносят повреждения в испытываемую конструкцию и определяют частоты авторезонансных изгибных или крутильных колебаний и соответствующие этим повреждениям разрушающие нагрузки от изгиба или кручения для множества поврежденных состояний. В полученном диапазоне частот и разрушающих нагрузок минимальная частота изгибных или крутильных колебаний соответствует минимально допустимой остаточной прочности. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕНН61Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4800139/23 (22) 04,12,89 (46) 23,08.92. Бюл, М 31 (72) В.А. Комаров и С,С, Фатеев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1024829, Kn. G 01 N 29/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 398867, кл. 6 01 N 29/04, 1971. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ (57) Изобретение относится к способам неразрушающего контроля и может быть использовано для определения фактической остаточной прочности (несущей способности) конструкции, преимущественно крыаЭ летательного аппарата, имеющей повреждения или частичные разрушения. Цель изобретения — повышение оперативности диагностического контроля и эффективности определения остаточной прочности конструкции. Способ заключается в возбуждении резонансных колебаний, изИзобретение относится к способам неразрушающего контроля и может быть использовано для определения фактической остаточкой прочности (несущей способности) конструкции, преимущественно крыла летательного аппарата, имеющей повреждения или частичные разрушения.

Известен способ акустического контроля тонкостенных изделий, заключающийСя в возбуждении импульсов свободных колебаний на участке иэделия в нагружейнЯХ зонах, измерении частоты их колебаний, по. Ж 175678у А1 (я)ю G 01 M 5/00, G 01 N 29/04 мерении частот колебаний и определении дефектности испытываемой конструкции при сравнении их с частотами. колебаний, измеренными на эталонной конструкции.

Определяют эталонные разрушающие нагрузки от изгиба или кручения на неповрежденной эталонной конструкции, При совпадении частот авторезонансных колебаний испытываемой конструкции с частотами авторезонансных колебаний для неповрежденной эталонной конструкции вносят повреждения в испытываемую конструкцию и определяют частоты авторезонансных иэгибных или крутильных колебаний и соответствующие этим повреждениям разрушающие йагрузки от изгиба или кручения для множества поврежденных состояний. В полученном диапазоне частет и разрушающих нагрузок минимальная частота изгибных или крутильных колебаний соответствует минимально"допустимой остаточной прочности. 1 ил. (Я

© которым судят о дефектности контролируемого участка.

Однако способом нельзя определить остаточную прочность конструкции, даже зная параметры повреждения и зависимость изменения частоты принимаемых колебаний от месторасположения нагруженной эоны.

Наиболее блйзким к изобретению является способ дефектоскопии, заключающийся в возбуждении резонансных колебаний, измерении частот колебаний и определении дефектности испытываемой конструкции

1756789

40

50 при сравнении их с частотами колебаний, измеренными на эталонной конструкции.

Однако известный способ применим только для малоразмерных объектов (конструкций), так как возбуждение колебаний производится пьезопластиной, а это возможно только для локальных областей конструкции, а не всей конструкции в целом.

Даже определив наличие повреждения, нельзя количественно определить степень остаточной прочности испытываемой конструкции и точно указать до какой степени может быть" допущено развитие процесса уменьшения несущей способности конструкции для ее безопасной эксплуатации.

Целью изобретения является повышение оперативности диагностического контроля и эффективности определения остаточной прочности конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения остаточной.прочности конструкции, преимущественно крыла летательного аппарата, заключающемся в возбуждении резонансных колебаний, измерении частот колебаний и определении дефектности испытываемой конструкции прй сравнении их с частотами колебаний, измеренными на эталонной конструкции, определяют эталонные разрушающие нагрузки от изгиба или кручения на неповрежденной эталонной конструкции, при совпадении частот авторезонансных колебаний испытываемой конструкции с частотами авторезонансных колебаний для неповрежденной эталонной конструкции вносят повреждения в испытываемую конструкцию и, увеличивая последовательно их уровень до ее разрушения, определяют ча.стоты авторезонансных изгибных,или крутильных колебаний и соответствующие этим повреждениям разрушающие нагрузки от изгиба или кручения, по при этом в полученном диапазоне частот и разрушающих нагрузок по минимальной частоте авторезонансных или иэгибных или крутильных колебаний определяют минимально допустимый уровень остаточной прочности.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения остаточной прочности конструкции.

Устройство содержит силовозбудитель 1, состоящие каждый из двух электромагнитов

2. объединенных в блок, силопередающий рычаг 3 с ферромагнитными, пластинами 4 на консолях, жестко закрепленный на конструкции 5 перпендикулярно ее оси жесткости и с равными плечами относительно последней, индукционные электромагнитные датчики 6, закрепленные на конструк5

30.ции 5 в зоне максимальных амплитуд изгибных или крутильных колебаний и соединенные с входом усилителя 7 низкой частоты (усилителя возбуждения колебаний), выходы которого соединены с входом фазоинвертора 8, управляющего формами колебаний испытываемой конструкции 5 и электронно-счетным частотомером 9, регистрирующим значения авторезонансных частот изгибных или крутильных колебаний, постоянный магнит 10, установленный с возможностью взаимодействия с индукционными датчиками 6. Испытываемая конструкция 5 нагружается с помощью гидроцилиндров 11 через силопередающий рычаг 3, который для этих целей имеет силовые узлы 12 крепления, причем узлы 12 размещены так, что при нагружении изгибом сила действия гидроцилиндра 11 проходит через ось жесткости конструкции 5 (центр жесткости сечения крыла), а при нагружении кручением — с образованием пары силот двух гидроцилиндров 11 и на равных плечах относительно оси жесткости конструкции 5. Гидроцилиндры 11 определенным образом соединены с гидроагрегатом 13, подающим гидравлическую жесткость в сОответствующие полости гидроцилиндров

11, и управляются с помощью коммутатора

14 режимов работы. 8еличину нагрузки контролируют по динамометру 15. соединенному одной серьгой с силовым узлом 12 на силопередающем рычаге 3, а другой — с штоком гидроцилиндра 11.

Поедлагаемый способ определения остаточной прочности конструкции реализован на конструкциях 5, аналогичных контролируемому крылу летательного аппарата следующим образом.

Исследование ведется параллельно на контролируемой конструкции, где только определяются частоты авторезонансных иэгибных и крутильных колебаний, и одновременно на двух конструкциях 5, аналогичных контролируемому крылу, раздельно для изгиба и кручения. Для этих конструкций проводят последовательно динамические (частотные) и статические испытания, На первом этапе испытаний с помощью силовозбудителей 1 возбуждают и с помощью электронно-счетного частотомера определяют частоты иэгибных и крутильных колебаний (авторезонансных колебаний) в контролируемой конструкции, заведомо не имеющей повреждений. Затем две подобные данному крылу конструкции 5 консольно закрепляют и на них с помощью силовозбудителей 1 возбуждают соответственно изгибные и крутильные колебания.

1756789

Возбуждение авторезонансных колеба- испытаниями, автореэьнэнсных крутипьний осуществляется следующим образом. ных колебаний второй конструкции 5 свяэыПрипересечениидэтчикомбсиловыхпиний . вают с разрушающей нагрузкой на магнитного поля постоянного магнита 10 в кручение. Полученные величины нагрузок от катушках датчиков 6 наводится ЭДС, кото- 5 изгиба и кручения на неповрежденных конрая подается на вход усилителя 7 низкой струкциях 5 так же принимают за этапончастоты. Усиленный сигнал подается на ные, соответствующие 1007ь прочности электромагниты 2 силовозбудителя 1 через контролируемой конструкции. фазоинвертор 8, При этом энергия магнит- Затем для испытаний устанавливают ного поля электромагнитов 2 передается на 10 очередные две новые конструкции 5, иденферромагнитные пластины 4 силопередаю- тичные предыдущим Т1б всем параметрам, щего рычага 3 по разному для изгибной и которые, в первую очередь проверяются на крутильной форм колебаний, Возбуждение соответствие эталонным частотам авторезоизгибных колебаний происходит за счет од- нансных колебаний для неповрежденной новременного включения в работулибо обо- 15 конструкции. При их совпадении в Обе коних верхних или нижних электромагнитов 2 струкции 5 вносятся идентичные по вепичиобоих блоков силовозбудитепей 1, а кру- не и месторасположению повреждения, и, тильных колебаний — диагонально противо- для множества поврежденных состояний положных электромагнитов 2 в блоках. С определяют значения частот автореэонанспомощью цепи положительной обратной 20 ных изгибных или крутипьных колебаний и связи система выходит на режим автоколе- соответствующие Этим "повреждениям разбаний. При этом частоты автореэонансных рушающие нагрузки от-изгиба или кручения. колебаний конструкций, подобных контро- Уровень вносимого повреждения доводят пируемому крылу, без повреждений прини- до такой величины, пока не произойдет размаются за эталонные для неповрежденной 25 рушение конструкции 5 под действием силы

КОНСТРУКЦИИ (ИМЕЮЩЕЙ В ЭТОМ СЛУЧЭЕ МаКСИ- P макс. ИЗГИба Р макс, КРУЧЕНИЯ (МЭКСИмальную прочность). Затем Обе конструк- мапьной эксплуатационной нагрузки). 3ации 5 являющиеся эталонными, доводятдо меренные перед разрушением частоты разрушения изгибом и кручением с по- авторезонансных изгибных или крутильных мощью гидроцилиндров 11 через силопере- 30 колебаний соответствуют минимально додающий рычаг 3, закрепленный на пустимому уровн:о остаточной прочности заканцовке конструкции 5, причем при из- конструкции 5. Полученный диапазон часгибе этой конструкции силу прикладывают тотэвторезонэнсйых изгибных ипи крутипьпо оси жесткости, а при кручении — пару сил ных колебаний соответствует прочности от двух гидроцилиндров 11 (имеющих оди- 35 конструкции в пределах от максимальной, нэковые характеристики), установленных когда конструкция не имеет повреждений, на одинаковом расстоянии От Оси жесткости до минимально допустимой, когда еще возданной конструкции. Дпя этого рабочеедав- можнэ безопасная эксплуатация данного ление от гидроагрегата 13 подается по ма- летательного аппарата. В полученном диагистрали нагнетания через коммутатор 14 40 пазоне частот и разрушающих нагрузок ус- . режймов работы в соответствующие поло- танэвливается минимальная частота сти гидроцилиндров 11, При нагружении авторезонанснйхизгибныхили крутипьных. конструкции 5 изгибом, шток гидроцилинд- колебаний, соответствующая минимально ра 11 убирается, что приводит к изгибу кон- допустимой остаточной прочности, копичеструкции 5 вплоть до ее разрушения. 45 ственнэя величина которой может on е еВеличин аз ша у р . ру ающей нагрузки контро- ляться посредством номограмм или анализа пируют по динамометру 15. Частоту заме- на ЭВМ. ренных эвторезонэнсных изгибных Ф о р. м у и а и з о б р е т е н и я колебаний конструкции 5 приводят в соот- Способ определений остаточной прочветствие с замеренной разрушающей на- 50 ности конструкции, преиму еств н ру гиб в конкретном случае. При ла летательного аппарата, заключающийся нагружении второй конструкции 5 парой в возбуждении резонансных колебаний, иэсил, вызывающих кручение относительно ее мерении частот колебаний и определении оси жесткости, шток одного гидроцилиндра дефектности испытыва м

11 би ается

ытыв емои конструкции и ив у ирается, а второго — выдвигается, что 55 при сравнении их с частотами ол бэ и р одит к кручению конструкции 5 относи- измеренными на зталонйой конструкции, Величин аз ш тельно ее Оси жесткости до разрушения. о т и и ч э ю шийся щ и с я тем, что, с целью еличину разрушающей нагрузки от круче- повышения оперативности диагностическония контролируют по динамаметру 15. Час- ro контроля и эффективности определения тоту, замеренную перед статическими . остаточной прочности конструкции, опреде1756789

Составитель В. Комаров

Редактор Н. Гунько Техред М.Моргентал Корректор М. Максимишинец, Заказ 3084 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ляют эталонные разрушающие нагрузки от изгиба или кручения на неповрежденной эталонной конструкции, при совпадении частот авторезонансных колебаний испытываемой конструкции с частотами авторезонансных колебаний для неповрежденной эталонной конструкции вйосят повреждения в испытываемую конструкцию и, увеличивая последовательно их уровень до ее разруше8 ния, определяют частоты авторезонансных изгибных или крутильных колебаний и соответствующие этим повреждениям разрушающие нагрузки от изгиба или кручения, при

5 этом в полученном диапазоне частот и разрушающих нагрузок по минимальной частоте авторезонансных изгибных или крутильных колебаний определяют минимально допустимый уровень остаточной прочности, 10