Способ вибродиагностики элементов конструкций

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности диагностики малых объектов. Способ осуществляется следующим образом. Резонансные колебания возбуждают последовательно в радиальных направлениях по кругу на плоскости, перпендикулярной оси одного исправного объекта из партии. Затем, используя зарегистрированные значения частот, определяют диагностическую модель объекта, на которой моделируют различные виды дефектов в объекте, при этом регистрируют скачки частот, соответствующие различным стадиям развития дефекта. Затем предлагается возбуждать резонансные колебания в другом исследуемом объекте из партии последовательно в радиальных направлениях по кругу на плоскости, перпендикулярной оси объекта, фиксировать собственные частоты объекта в каждом из направлений. Сравнивая полученные значения частот с диагностической моделью объекта, местонахождение и степень развития дефектов определяют по характеру скачков частот. 6 ил., 1 табл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4347920/28 (22) 21.12.87 (46) 07.05.92. Бюл. N. 17 (71) Ивановский энергетический институт им. В.И.Ленина (72) Н.И.Крылов, М.А.Ноздрин и B.È.Øàïèí (53) 620,178 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1330547, кл. G 01 N 29/04, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 1024929, кл. G 01 N 29/04, 1982. (54) СПОСОБ ВИБРОДИАГНОСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — повышение чувствительности диагностики малых объектов, Способ осуществляется следующим образом, Резонансные колебания возбуждают последовательно в радиальных

Изобретение относится к испытаниям и измерениям и может быть использовано для неразрушающего контроля механических изделий в процессе доводки при изготовлении, а также для прогнозирования ресурса работы при эксплуатации, например, прецизионных элементов механических конструкций (детали микроэлектродвигателя, подвес динамически настраиваемого гироскопа и т.п.).

Известен способ виброакустического контроля тонкостенных конструкций, заключающийся в том, что в нагруженных зонах конструкций возбуждают упругие колебания с постоянной амплитудой и по измеренной амплитуде возбуждающей силы определяют контролируемые параметры, Наиболее близким к предлагаемому является способ акустического контроля тон,, Ж„, 1732256 А1 направлениях по кругу на плоскости, перпендикулярной оси одного исправного объекта из партии. Затем, используя зарегистрированные значения частот, определяют диагностическую модель объекта, на которой моделируют различные виды дефектов в объекте, при этом регистрируют скачки частот, соответствующие различным стадиям развития дефекта. Затем предлагается возбуждать резонансные колебания в другом исследуемом объекте из партии последовательно в радиальных направлениях по кругу на плоскости, перпендикулярной оси объекта, фиксировать собственные частоты объекта в каждом из направлений.

Сравнивая полученные значения частот с диагностической моделью объекта. местонахождение и степень развития дефектов определяют по характеру скачков частот, 6 ил., 1 табл. костенных иэделий. Способ заключается в том, что импульсы свободных колебаний по° евай следовательно возбуждают в акустически 4 нагруженных зонах и по зависимости изменения частоты принимаемых колебаний от ) местоположения нагруженной эоны судят о Я контролируемом параметре.

Однако в обоих способах предлагается достаточная линейная протяжность обследуемого изделия, что неприемлемо для прецизионного объекта ввиду его малых размеров. Даже если размеры изделия не малы, указанные способы применимы лишь в том случае, если конструкция изделия дает доступ в обследуемую зону. А

Целью изобретения является повыше; ние чувствительности диагностики дефек- . тов.

Указанная цель достигается следующим образом. Резонансные колебания воэбуж1732256 дают последовательно в р радиальных на- который подаются сигналы с усилителей правлениях по кругу на плоск оскости перпен- мощности входного 2 и выходного 10 тракта дикулярной оси одного испр в равного объекта для измерения фазовых характеристик кониз партии. спользуя з р . И за егистрированные тролируемых параметров и более точной назначения частот, определя ют диагностиче- 5 стройки системы на резонанс. Возбуждая скую модель о ъекта, на кот б, орой моделиру- колебания в контролируемом объекте поют различные виды дефектов ефектов в объекте, При следовательно в радиальных направлениях этом регистрируют скачки частот, соответ- по кругу на плоскости, перпендикулярной ствующие различным стадиям р м развития де- оси объекта, устанавливают соответствие фекта. Затем воз уждают б ж ают резонансные 10 между измеряемыми собственными частоколебания в другом исследу следуемом объектеиз тами и характерными массами, составляюпартии последовательно в р о радиальных на- щими объект. Это необходимо для создания правлениях по кругу на плоск оскости перпен- диагностической динамической модели дедикулярной оси о ъекта, б екта, Фиксируют фекта (ДДМД) в виде элементов инерции, собственные частоты о ъекта б в каждом из 15 соединенных между собой жесткостными и направлений, сравнивают и л ивают полученные зна- диссипативными связями. Определение мечения частот с диагн агностической моделью ста возникновения дефекта на динамичеобъекта, а местоположение и положение и степень разви- ском аналоге прецизионного механического тия дефектов onðåä я ределяют по характеру колебательного объекта показано в примескачков частот. B известных технических ре- 20 ре 1. шениях коле ания воз ужда б б ают непосредст- Пример 1. Изменение спектра собственно в. тех зонах конструкций, в х констр кций, в которых венных частот колебательного объекта, коосуществляется ви р я виб оакустический конт- торсе проводилось для различных б ж ения король. ри этом о к . ll контролируемом парамет- радиальных направлений воз уждения коа исимости изменения частоты 25 лебаний с поворотом по кругу, дает резульот местоположения зоны. Предлагаемый таты, приведенные на фиг, 2 и 3, причем на способ отличается от и в б от известного тем, что фиг. 3 показаны частоты после поворота о резонансные коле ания в и б сследуемом объ- объекта на 90 вокруг оси. Эти данные полекте из партии воз уждают и б ют последователь- учены для эталонного бездефектного объекно в радиальных направлени а ениях по кругу на 30 та, в противном случае и количество частот, плоскости, перпендикулярной р ой оси объекта, и их величины изменяются при повороте

При этом по характеру ск еру скачков частот опре- объекта, Рассматриваемый объект предделяют местоположение и степень епень развития ставляется в виде механической колебательной системы с двумя степенями дефектов, Нафиг.1изображенасхемареализации 35 свободы, Тогда ДДМД, вклю щ ключаю ая все способа; на фиг. 2 и 3 — зависимости А от iL возможные случаи возникновения дефекта, нн и на фиг, 4, Возна фиг. 4 — схематически диагностическая имеет вид, представле ы ф динамическая модель дефекта; на иг. фекта на фиг. 5 — можны 15 различных способов образования

; на фиг. 6 — дефекта, т.е. ДДМД содержит 16 модификаизменения трех собственных круговых час- 40 ций, включая исходную бездефектную модель. Из них четыре модификации

Способ осуществляют следующим об- соответствуют образованию одного дефекта, шесть модификаций — одновременно разом.

Электрические колебания звуковой час- двум дефектам, четыре модификации — одтоты вырабатываются в генераторе 1 и по- 45 новременно трем цефектам и одна модифидаются на усилитель 2 мощности с частотой, кация — одновременно четырем дефектам. измеренной частотомером 3, Далее сигнал Затем проводится паспортизация ДДМД, б то 4 осуществляющий заключающаяся в предварительном расчете эквивалентное силовое воздействие на кон- частотных спектров всех модификаций тролируемый объект 5, При этом форма ко- 50 ДДМД, а также оценке их инерционных, б наблю ается на экране диссипативныхижесткостныхпараметровс осциллографа, входя щ ф 6, Находящийся на объекте помощью параметрической идентификации датчик силового воздействия 7 преобразует (более подробно метод расчета излагается в механические колебания в электрический примере 2). сигнал, который подается на акселерометр 55 Результаты паспортизации представле8. Устройство крепления контролируемого ны в таблице, где по горизонтали располообъекта 5 предусматривает возможность жены номера частот, а по вертикали— поворота объекта на определенный угол по значения частот в герцах. отношению и направлению возбуждения Для определения места дефекта в обколебаний. В схему включен фазометр 9, на следуемом объекте измеряется спектр его

1732256 собственных частот. Затем для каждой из возможных модификаций ДДМД составляется функционал

6 5 ()2

k=1 где о» вЂ” собственная частота реального объекта;

А< — собственная частота j-й модификации ДДМД.

Минимальное значение II соответствует данной модификации ДДМД, т,е. указывает местоположение дефекта. Например, если минимальным оказалось !16, то в объекте образовалось одновременно четыре дефекта.

Степень развития дефекта в объекте уточняется с помощью расчета, рассматриваемого в примере 2.

Пример 2. Здесь в качестве объекта расчета выбран для конкретности упругий подвес динамически настраиваемого чувствительного элемента. Конечной стадией изготовления подвеса является доводка до 25 определенной толщины перемычек, соединяющих отдельные части рассматриваемого объекта. Малые размеры подвеса (габариты порядка 20 мм) и высокие требования к толщине перемычек (доли милли- 30 метра) безусловно относят его к прецизионным деталям. Качество детали определяется размером перемычек и технологической чистотой их выполнения. Существующие методы контроля основаны на статических испытаниях обьекта, что связано с трудоемкостью исследований и отсутствием достоверных данных о величине перемычек и наличия в них дефектов, Для проведения численных экспери- 40 ментов составляется расчетная схема, которую для небольших амплитуд можно принять линейной. Ставится задача по определению зависимости собственных частот механической системы от места и величины дефекта в ее элементах. Расчетная модель представляется в виде двух основных масс (фиг. 5): mi — внутреннее кольцо, m2 — центральный вал.

Появление трещины интерпретируется отделением массы m и возникающей при этом связью в виде коэффициентов жесткости с и диссипации Ь, Так в рассматриваемой расчетной схеме mi, ci „bi моделируют трещину во внутреннем 55 кольце со стороны внешнего кольца (заделка).

Выражение для потенциальной энергии имеет вид

Il = — С1х1 + — C2 (х1-х1 ) +

1 l2 1 > г

+ — Сг (xi — xi) + — Сз(xi

2 1

2 — x2 ) г + — C2 (x2 — х2 ) +

+ — 1 "Сз (x2 — х2 ) +

+ — "C4(Хг — xi )

Вычислительная процедура заключается в определении собственных значений матрицы:

О, Е

А=

-М С, -М В где М, С,  — квадратные матрицы соответственно инерции, жесткости и диссипации;

Š— единичная матрица.

Приняты следующие исходные числовые значения:

ci =1,810 > bi 143; в1=2,3; с2 =0,610 Ьг =138; mi"=1,2; сз=0,1210; Ьз=172; m2=1,9, 7, c2=0,310 Ьг= 168; сз = 0,1. 10; Ьз =176; . с4=08 10; ь4= 162; причем коэффициенты с даны в н/м; Ь вЂ” в нх хс/м, а m — в кг.

B выбранной модели развития трещины значения массы m> = 1,15, соответственно пц = 1,15, а коэффйциент диссипации Ь1 =

=100, Уменьшение жесткости с> от 4 .10 до

1 10 моделируют рост трещины в заданном элементе.

На участке от 2 ° 10 до 1 .10 наблюдается переход (скачок) частот от координаты хг к хг, а хг к хг, т.е, изменяются номера частот (показаны стрелками). Этот факт служит диагностическим признаком места и степени развития дефекта в системе.

Таким образом, предлагаемый способ вибродиагностики элементов конструкций обладает более высокой, чем известные способы, чувствительностью, так как привязка измеряемых частот к соответствующим характерным массам контролируемого объекта дает возможность определить скачки частот, которые позволяют более информативно зафиксировать характеристику развития дефекта. Это позволяет провести неразрушающий контроль прецизионнах объектов малых размеров, а также других изделий, конструкция которых не дает доступа в обследуемую зону.

Формула изобретения

Способ вибродиагностики элементов конструкций, заключающийся в том, что в контролируемом объекте возбуждают резо1732256 нансные колебания, регистрируют их частоты, определяют местонахождение и степень развития дефектов, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности диагностики малых объектов, резонансные колебания возбуждают последовательно в радиальных направлениях по кругу на плоскости, перпендикулярной оси одного исправного объекта из партии, используя зарегистрированные значения частот, определяют диагностическую модель объекта, на которой моделируют различные виды дефектов в объекте, при этом регистрируют скачки частот, соответствующие различным стадиям развития дефекта, затем возбуждают резонансные колебания в другом исследуемом объекте из

5 партии последовательно в радиальных направлениях по кругу на плоскости, перпендикулярной оси объекта, фиксируют собственные частоты объекта в каждом из направлений, сравнивают полученные зна10 чения частот с диагностической моделью объекта, а местоположение и степень развития дефектов определяют по характеру скачков частот.

795468

795468

173,9

172,9

724175

244,3

195,5

145

219,1

173,7

169,4

201,9

147,2

167,8

152,9

270,4

2

4

6

8

11

12

13

14

351196

689717

561373

689716

479566

795472

689719

479573

561373

795472

724181

479573

13,8

689714

351201

795468

795468

351203

795468

795472

229,8

351207

724181

258,9

264,1

254,7

14,4

38,4

13

26,6

27,9

12,5

152,9

12,9

29,6

31,9

12,7

12,2

12,8

12,3

36,1

33,6

194,3

11,8

26,2

11,9

11,5

31,2

28,2

29,1

11,6

14,2

32,4

254,4

137,2

36,9

13,8

244,7

139,6

724175

192,4

724181

724175

219

13,2

170,5

724181

192,3

220,1

35,2

31,3

214,3

194,4

219,3

244,5

1732256

1732256

C, lV

Ди. б

Составитель Ф. Измайлов .

Техред М,Моргентал Корректор Т. Палий

Редактор М, Бланар

Производственно здательский комбинат "Патент", r; Ужгород, ул.Гагарина, 101 .s

Заказ 1579 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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