Устройство для контроля состояния объекта в процессе усталостных испытаний

 

Изобретение относится к исследованиям прочностных свойств материалов, к устройствам для контроля состояния конструкций в процессе усталостных испытаний Цель изобретения - повышение точности за счет обеспечения начала регистрации однозремрнно с началом нагрузки в течение ее периода. Устройство позволяет повысить гоиность оценки состояния исслэдуемой конструкции за счет выполнения устройства сравнения в виде мик ропроцессора, на входы которого информация о нагрузке поступает через формирователь, а о деформации - через аналого-цифровой преобразователь При этом с высокой точностью выделяется пер вая гармоническая составляющая ситалг деформации с учетом фазового сдсига et относительно сигнала нагрузки Затем пер вая гармоника вычитается из сигнала деформации , представляющего сумму ряда гармонических составляющих, и по соотно шению между суммой квадратов высших гармоник и кзадратом первой гармоники оценивается состояние конструкции в процессе усталостных испытаний Одновременно повышается быстродействие устройства, так как при этом нет необходимости в последовательном выделении каждой гармонической составляющей сигнала деформации 3 ил

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 6 01 N 3/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4714566/28 (22) 24,05.89 (46) 15,07,92. Бюл, ¹ 26 (71) Самарский политехнический институт им, В, В. Куйбышева (72) Ф.M,MåäIèêîI;, А,В.Малинин, И.,цЛапидус и M,Ë, Hå÷àeàñêèé (53) 620,178(08)8.8) (56) Авторское свидетельство СССР йг 947697, кл. 6 01 N 3/32, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА В ПРОЦЕССЕ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ (57) Изобретение относится к исследованиям прочностных свойств материалов, к устройствам для контООля состОяния конструкций впроц,ессе усталостных испытаний. Цель изобретения — повышение точности за счет обеспечсния начала регистрации одновременно с началом нагрузки в течение ее периода. Устройство позволяет повысить точность оценки состоИзобретение относится к исследованиям прочностных свойств материалов, а именно к устройствам для контроля состояния конструкций в процессе усталостных испытаний.

Известно устройство для измерения усталостной долговечности конструкции, содержащее последовательно соединенные датчлк деформации, фильтр с перестраиваемой характеристикой, измеритель среднеквадратичных отклонений, блок управления, регулятор, датчики режимов, счетчик импульсов и блок индикации.

„.,!Ж„„.1748ÎÎ4 А1 яния исследуемой конструкции за счет выполчения устройства сравнения в виде мик ропроцессора, на входы которого информация о нагрузке поступает через формирователь, а о деформации — через аналого-цифровой преобразователь. При атом с высо1<ой точностью выделяется пер вая гармоническая составля ощая сигнала деформацил с учетом фазового сдвига ее относительно сигнала нагрузки. Затем песвая гармоника вычитается из сигнала деформации, представляющего сумму ряда гармонических составляющих,, и по соотношению между суммол квадратов высших гармоник и квадратом первой гармоники оценивается состояние конструкции в процессе усталостных испытаний. Одновременно повышается быстродействие устройства, так как при этом нет необходимости в последовательном выделении каждой гармони-:еской составляющей сигнала деформации, 3 ил (. 3

Недостатками устройства являются ) низкая чувствительность и ограниченные функциональные возможности, так как не учитывается изменение упруговязких свойств .конструкции (фазовое запаздыва- Ф" ние деформации относительно силы) в про- @ цессе испытанлй, Позтому такое устройство не пригодно для определения, например, появления пластических деформацил на ран нел cTBp Yi Yi усталости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для контроля состояния обьекта в процессе усталостных испытаний. содержащее тензо1748004 резисторные датчики нагрузки и деформации, элемент сравнения с вкл!оченными на его входах средствами масштабирования сигналов датчиков в виде норMèðóþùèх усилителей и регистрирующиЙ прибор, Недостаток известного устройства заключается в невысокой точности определения повре>кдения испытуемого объекта при прило>кении к нему знакопеременной нагрузки, Это связано с искажением формы кривой деформации, обусловленным нелинейностью характеристик испытуемых объектов в процессе накопления усталостных повреждений и наличием фазовых сдв!!гов гармонических составляющих сигнала деформации относитель!!о сигнала нагружения." С!це! ка повреждаемости испытуемого

ОбЪЕКТа 3!!ас!ИТОГ!Ь IO УСЛОжНЛЕТСя ПрИ ВОЗдействии !!а него одновременно постоянной и переменой нагрузки. так как при этом необходимо обеспечить одновременное сравнение постоянной M переменной составля!Ощиу, сиГHBllOD датч!!ков силы и деформации.

Цель изобретения — повышение точноcTl устройства за счет обеспечения начала регистрации одновременно с началом нагрузки в течение ее периода, Цель достигается тем, что устройство снабжено формирователем, включенным между первым нормиру!ощим усилителем и первым входо" I элемента сравнения, и аналого-цифровым и реобразователем, в кл ю Iåèным между вторым норt:Ièðót0ùèt:I усилителем и вторым входом элемента сравне!-!Ия.

Бкл!очение в состав устройства формироватсля, на вход которого поступает информация о нагрузке, и аналого-цифрового преобразователя, на вход которого подается сигнал о деформации, позволяет с помощью сравttивающего устройства, выполнен;!ого, например, на микропроцессоре, с высокой точностью выделить первую гармоничес:,<у!о составля!ощую сигнала деформации с учетом фазового сдвига ее относительно сигнала нагрузки. Затем первая гармоника l)blчитается из сигнала датчика деформации, представляющего сумму ряда гарма!!ических составляющих, и по соотношению между суммой квадратов высших гармоник и квадратом первой гармоники производится оценка состояния конструкции в процессе усталостных испытаний.

При этом нет необходимости в последовательном выделении каждой гармонической составляющей сигнала деформации, что значительно повышает быстродействие устройства.

На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства для контроля состояния объекта в процессе усталостных испытаний; на фиг. 2 — блок-схема алгоритма работы

5 микропроцессора; на фиг. 3 — график зависимости коэффициента повреждаемости от числа циклов нагружения, Устройство содержит датчик 1 нагрузки, прикладываемой к испытуемому обьекту 2

10 при помощи силовозбудителя 3, тензорезисторные датчики 4 деформации испытуемого обьекта 2, нормиру!вшие усилител!! 5 и 5, соединенные с выходами датчиков нагрузки

1 и деформации 4 соответственно. Выход

15 нормирующего усилителя 5 соединен с входом формирователя 7, выход которого подкл!очен к первому порту ввода микропроцессора 8. К второму порту ввода подключен выход аналого-цифрового преобразователя

20 9, вход которого соединен с выходом нормирующего усилителя б.

Устройство работает следующим образом.

С помощь!о силовозбудителя 3 к иссле25 дуемому объекту приклад .!вается нагрузка, изменяющаяся по гармоническому закону, которая измеряется с помощью датчика 1 нагрузки, Сигнал на Bblx0på дат !ика 1 нагрузки;

3п

Ut-I(t) = UH макс C0S Ь! t +

Дефгармация объекта контролируется с помощь!о датчика 4 деформации. сигнал на

35 выходе которого имеет вид:

Ug(l) —,> Ugмакс/ Sln(Q +

40 где — порядковый номер гармонической составляющей сигнала, снимаемого с выхода датчика деформации:

p — фазовый сдвиг j-й гармоники сигнала деформации относительно нагрузки, Сигнал на выходе АЦП:

П

Ug(tj) =,0 Ug макс Stn (! tj + ! =1

+ pi) + Ugo (3) где j —;а сигнала с выхода АЦП.

Сигнал Uq(t) усиливается нормирующим усилителем 5 и подается на вход формирователя 7, на выходе которого по моментам перехода сигнала U tj(t) через нуль формируется импульс напряжения с длительностью, равной периоду сигнала на1748004

27г грузки Т = -1- -. Этот сформированный им 1 пульс падается на первый порт ввода микропроцессора 8 (порт А1). Дискретные отсчеты Uj(ij), снимаемые с выхода АЦП 9, 5 подаются на второй порт ввода микропроцессора 8 (порт А2), Микропоцессор 8 выделяет из сигнала

Uj(tI) первую гармонику сигнала деформации с частотой Q1 и углом сдвига фаз р1 10 относительно сигнала нагружения

Ugo =—

ITl

Ug1(1j) = Ljg макс СОЯ (Я т/ + Pl ). (4)

Затем из сигнал- (3) вычитается сигнал (4), где в результате получается сигнал вида 15

Cj=U, -U,,;

j = 1...rn

I =2 и квадpBTbl разностей:

Сигнал (5) возводится в квадрат, интегриру2л ется и усредняется за период Т = < получим;

CO

Рср —, Ug макс

1=2 (6) К

Ug a c t

Блок 7 выводит результаты вычислений на регистратор.

Предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью определить первую гар40 монику сигнала деформации и ее фазовь.: сдвиг относительно сигнала нагрузки, вследствие чего повышается точность выделения высших гармонических составля1ощих из сигнала деформации, и как

45 следствие, повышается точность контроля состояния объекта в процессе усталостных испытаний, основанного на измерении уровня высших гармонических составляющих в спектр сигнала деформации, 50 Коэффициент повреждаемости определялся экспериментально для круглых образ- . цов с отверстием и плоских образцов с отверстием или вытачками из материалов ст. 30ХГСА, Д l6, 55 В начале испытаний Кп составлял порядка 0,3;, а в момент разрушения образца достигал значения 15 . Сигнал деформации преобразовывался в кад с помощью 12разрядного АЦГ1 типа 57?ПВ1. Формирователь выполнен на компараторе 521СА4.

Осст(т)) = g Ug максi COB (Я tj + p ). (5) Значение (6) делится на квадрат амплитуды первой гармоники, в результате чего на выходе микропроцессора формируется .величина Кл, определяемая соотношением;

U g vane!

Значение Кп (коэффициент повреждаемости) является мерой повреждаемости испытуемого обьекта и контролируется приборам 9, График зависимости Кп в функции числа циклов нагружения представлен на фиг, 3, Алгоритм работы микропроцессора (фиг. 2) заключается в следующем, Блок 1 анализирует наличле сигнала на входе порта ввода А1, Блок 2 при наличии сигнала на входе порта ввода А1 осуществляет опрос порта ввода А2, на вход которого поступает сигнал с в1яхода аналогоцифрового преобразователя 9.

Блок 3 осуществляет запоминание дискретных отсчетов сигнала с выхода аналого-цифрового преобразователя, подсчитывает их количество и вычисляет сумму, П1

S =, nj, j=1 где ITI — количество дискретных отсчетов за

=2у период T =,.

Dj — значение j-го отсчета сигнала с выхода АЦП, Блок 4 по окончании сигнала на входе порта ввода А1 реализует вычисление постоянной составляющей во входном сигнале по формуле

Блок 5 реализует алгоритм выделения амплитуды первой гармоники Ug макс и ее фаэы >pl, Блок 6 вычлсляет центрированные отсчеты входных сигналов:

Р =- (Cj — Ug макс COS (g tj + P j))

-2 а затем осуществляет определение среднего значения

Рср д (С) - Ug макс1 C s (Й

1 Р

2 гп и вычисляет коэффициент повреждаемости па формуле

1748004

Формула изобретения

Устройство для контроля состояния объекта в процессе усталостных испытаний, содержащее датчики нагрузки и деформации, предназначенные для устанввки на испытуемом объекте, подключенные к датчикам нагрузки и деформации соответственно первый и второй нормирующие усилители и последовательно соединенные элемент сравнения и регистратор, о т л и ч а ю щ е ес я тем. что, с целью повышения точности за счет обеспечения начала регистрации одновременно с началом нагрузки в течение ее периода, оно снабжено формирователем, 5 включенным между первым нормирующим усилителем и первым входом элемента сравнения, и аналого-цифровым преобразователем, включенным между вторым нормирующим усилителем и вторым входом

10 элемента сравнения,,хамза

04 65 D$ О Г

Редактор M,ÁàHäóðà

Заказ 249В Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьгтиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, К-35, Раушская наб„4, 5

Производственно-издательский i омбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель Г.Лукашевич g Qg, Техред Ч,Моргентал Корректор С.Лисина! ! ! ! !

1 ! ! ! ! !

1 фй