Акустико-эмиссионный способ определения повреждаемости изделий

 

(19) )КЦ (11) 2 (51) 01 29 14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам. (21) 4954696/28 (22) 14.05.91 (46) 30.10.93 Ьол. Na 39-40 (71) Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики Ростовского университета (72) Зацаринный B.Ë„Ðîæêîa EB„Панич АЕ (73) Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики Ростовского университета (54) АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫЙ СА0С08

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДДЕМОСТИ ИЗДЕдий (57} Изобретение относится к способам диагностики прочности материалов и конструкций методами акустической эмиссии и может быть использовано дпя повышения надежности и безопаснасти эксплуатации конструкций в авиа- и ракетостроении и для исследования процессов разрушения материалов Целью изобетения является повышение достоверности при контроле изделий, предназначенных для эксплуатации в сложных условия при акустико--эмиссионном способе определения параметра повреждаемости изделий, Испытания проводят в нагревательной печи, до нагружения изделия нагревают с постоянной скоростью до рабочей температуры, изделие нагружают дважды с постоянной скоростью до величины рабочей нагрузки, после первого нагружения изделие разгружают до

50% величае рабочей нагрузки и снова нагружают. Регистрируют сумму амплитуд сигналов прн первом и втором нагружениях Параметр повреждаемости определяют по известной зависимости при появлении сигналов акустической эмиссии при втором нагружении или при первом и втором нагруженияк а отсутствие сигналов свидетельствует о качественном изделии 1 ил.

2002258

Изобретение относится к способам ди- в нагревательной печи, перед нагружением агностики прочности материалов и конст- изделие нагреваютспостояннойскоростью рукций методами акустической эмиссии и до рабочей температуры, нагружение осуможет быть использовано для повышения ществляют с постоянной скоростью до ранадежности и безопасности эксплуатации 5 бочей нагрузки, затем изделие разгружают конструкций в авиа- и ракетостроении и для до 50$ от величины рабочей нагрузки и исследованйя процессов разрушения мате- вновь нагружают до той же величины, регириалов: стрируют сумму амплитуд сигналов при перИэвестен способ контроля прочности вом и втором нагружениях, параметр изделий из хрупких материалов, состоящий 10 повреждаемости определяют в случае появв том, что, изделие нагружают до начала ления сигналов акустической эмиссии при поступления сигналов акустической эмис- втором нагружении или при первом и втосии, разгружают изделие до 70 g, от достиг- ром нагружениях, а при отсутствии сигналов нутой величины нагрузки и, если сигналы акустической эмиссии при нагружениях иэпри разгрузке отсутствуют, нагружение по- 15 делие считают качественным. вторяют, регистрируют величину макси- На чертеже представлена блок-схема мальной нагрузки, при разгрузке от которой устройства, реализующего акустико-эмисприсутствуют сигналы акустической эмис- сионный способ определения параметра сии, и по ней судят о прочности изделия, повреждаемости изделий, Оценка прочности производится на основа- 20 Устройство содержит нагревательную нии поведения испытуемого образца Я. печь 1 с устанавливаемым в ней изделием 2.

Наиболее близким к изобретению явля- Анализатор акустических сигналов содерется известный акустическо-эмиссионный жит приемный преобразователь 3 предваспособ определения параметра повреждае- рительный усилитель 4 и анализатор 5. мости иэделий, заключающийся в том, что 25 Измеритель усилий и температуры состоит образец изделия нагружают до разрушения, из тензометрического датчика 6 усилий, террегистрируютсуммуамплитудсигналоваку- мопары 7, усилителей 8 и 9 и регистратора стической эмиссии из эоны разрушения, 10, Нагружающая система состоит из гидобъем зоны разрушения и расстояние от равлического насоса 11, управляющего устэоны разрушения до приемного преобразо- 30 ройства 12, гидроцилиндра 13 с поршнем вателя, те же параметры регистрируют при 14, двух колонн 15 и 16, траверс 17, 18, 19, нагружении диагностируемого изделия, а волновода 20 и рабочего стола 21. параметр повреждаемости определяют с Способ осуществляется следующим обучетом вида изделия, затухания сигналов разом, акустической эмиссии в материале изделия 35 Нагревают с постоянной скоростью с и зарегистрированных параметров (2), помощью нагревательной печи 1 иэделие 2 . К недостатку известного способа следу- до рабочей величины температуры. Затем с ет отнести низкую достоверность получае- постоянной скоростью нагружают до рабомых результатов, поскольку испытания чих уровней нагрузок и регистрируют при проводят без учета условий эксплуатации 40 этом сигналы акустической эмиссии с поизделий, мощью приемного преобразователя 3.

Целью изобретения является повыше- Электрические сигналы с преобразование достоверности при контроле изделий, теля поступают при этом на предварительпредназначенных для эксплуатации в слож- ный усилитель 4 и далее усиленные сигналы ных условиях, поступают в анализатор 5, где происходит

Это достигается тем, что при акустико- выделение параметров сигналов АЭ, в частэмиссионном способе определения пара- ности выделяется параметр повреждаемометра повреждаемости изделий, сти Рь Измерение усилий производится с заключающемся в том, что образец изделия помощью тензометрического преобразовапогружают до разрушения, регистрируют 50 теля 6, измерение температуры — с посумму амплитуд сигналов акустической мощью термопары 7, Усиление сигналов с эмиссии из эоны разрушения, объем зоны датчиков усилий и измерение температуры разрушения и расстояние от эоны раэруше- производится с помощью усилителей 8 и 9. ния до приемного преобразователя, те же Усиленные сигналы с датчиков поступают на параметры регистрируют при нагружении 55 регистрирующее устройство 10. Механичедиагностируемого изделия. а параметр по- ское усилие создается с помощью гидравливреждаемости определяют с учетом вида из- ческого насоса 11, устройства 12 управления делия, затухания сигналов акустической и гидроцилиндра 13 с поршнем 14. эмиссии в материале изделия и зарегистри- Тензометрические датчики приклеены рованных параметров, испытания проводят на полой упругой колонне 15, которая с другой колонной 16 и траверсами 17, 18, 19 образуют силовую раму нагружающего устройства. Испытуемый образец 2 устанавливается на рабочий стол 21. Акустическая информация из зоны нагрева печи 1 выводится с помощью акустического волновода 20, который одновременно входит в состав силовой рамы посредством тра версы 17.

В начале процесса испытаний производится нагрев образца 2 до рабочей температуры с помощью печи 1, затем производится механическое нагружение с помощью описанной выше нагружающей системы до величины рабочих нагрузок. В процессе механического нагружения производят регистрацию сигналов акустической эмиссии.

После достижения величины механической нагрузки рабочих значений снимают нагрузку в пределах от нуля до 507 от достигнутой величины рабочей нагрузки и вновь производят нагружение, регистрируя при этом сигналы акустической эмиссии. Минимальное значение нагрузки, до которой производят сброс первой нагрузки, зависит от вида материала. Определяющим параметром при выборе минимального значения нагрузки является появление сигнала АЭ при втором нагружении данного материала.

Это устанавливается опытным путем.

Диагностику прочности изделия производят по величине параметра сигналов АЭ при первом и втором нагружении, Учитывая, что диагностика прочности определяется вероятностью того, что иэделие выдержит данную нагрузку, за параметр акустической эмиссии необходимо брать тоже вероятностный параметр..

В данном случае за данный параметр берется параметр повреждаемости Р1. При этом возможны три случая.

Если при первом и втором нагружении сигналы АЭ отсутствуют, то изделие имеет

100 -ную вероятность пригодности к эксплуатации в проведенных условиях,испытания.

Если при первом нагружении сигналы отсутствуют, а при втором нагружении появляются при нагрузке F>, тогда вероятность выхода из строя при названных условиях испытаний определяется иэ соотношения:

5 где F1 — величина нагрузки при втором на10 гружении, при которой величина повреждаемости, определяемой по сумме амплитуд равна Р1;

Fp — величина нагрузки первого нагруженим;

15 Р1 величина повреждаемости для простых одномерных конструкций определяется иэ соотношения;

20 Р, ес(г-Q) V p кон р 4ПР 0! (2) где a — коэффициент затухания ультразвуковых волн; г1 — расстояние активной зоны разрушения испытуемого элемента конструкции до приемного преобразователя; г2 — расстояние активной зоны разруше30 ния в контрольных образцах до приемного преобразователя;

Чар — объем активной зоны разрушения контрольного образца;

Чкомтр - объем активной зоны раэруше35 ния элемента испытуемой конструкции;

И Ил

Xi 0 ; 2j U> - сумма амплитуд электрического напряжения сигналов АЭ из зоны разрушения элемента конструкции и конт4 рольного образца, Если сигналы АЭ появляются при первом нагружении, то вероятность выхода изделия иэ строя определяется из соотношения (2). (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 1536251, ка G 01 N 3/00, 1989.

2. Авторское свидетельство СССР

М 1254372. кл. G 01 N 29/14. 1984.

Формула изобретения

АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫЙ СПОСОБ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ ИЗДЕЛИЙ, заключающийся в том, что образец изделия нагружают до разрушения, регистрируют сумму амплитуд сигналов акустической эмиссии иэ зоны разрушения, объем зоны разрушения и расстояние от зоны разрушения до приемного преобразователя, те же параметры регистрируют при нагружении диагностируемого изделия, в параметр повреждаемости определяют с учетом вида изделия, затухания сигналов акустической эмиссии в

55 материале изделия и зарегистрированных параметров, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности при контроле изделий, предназначенных для эксплуатации в сложных условиях, испытания проводят в нагревательной печи, перед на2002258

Составитель E. Рожков

Редактор Л. Народная Техред М.Моргентал Корректор С. Шекмар

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3171

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 гружением иэделие нагревают с постоянной скоростью до рабочей температуры, нагружение осуществляют с постоянной скоростью до рабочей нагрузки, затем изделие разгружают до 50 от величины рабочей нагрузки и вновь нагружают до.той же величины. регистрируют сумму амплитуд сигналов при первом и втором нагружениях, параметр повреждаемости определяют в случае появления сигналов акустической эмиссии при втором нагружении или при первом и втором нагружени5 ях, а при отсутствии сигналов акустической эмиссии при нагружениях иэделие считают качественным.