Способ виброакустического контроля одноосных конструкций

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для оценки повреждений с помощью упругих колебаний одноосных конструкций. Повышение производительности способа, расширение его функциональных возможностей и уменьшение вероятности повреждения конструкции в процессе контроля достигается за счет того, что фиксируют на конструкции локальную зону посредством жесткого соединения между собой концов данной зоны, последовательно перемещают локальную зону вдоль конструкции в пределах контролируемого участка последней. Возбуждают гармонической силой с постоянной амплитудой и частотой упругие колебания конструкции, измеряют амплитуду колебаний непосредственно самой конструкции в постоянных местах, разнесенных по разные стороны от контролируемого участка конструкции за пределы области перемещения локальной зоны, по измеренной амплитуде судят о дефектности изделия. О наличии дефектов и их местоположении судят по наличию и местоположению локальных зон, характеризующихся скачкообразным изменением амплитуды возбуждаемых колебаний. 1 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для оценки повреждений с помощью упругих колебаний одноосных конструкций, например, трубопроводов, ребер жесткости, тонкостенных оболочек, а также оценки жесткости стыков сварных соединений.

Известен способ акустического контроля изделий, заключающийся в том, что в контролируемом участке изделия возбуждают упругие колебания с изменяющейся частотой, принимают упругие колебания и регистрируют значение частоты резонансных колебаний, по отклонению которого от паспортного значения судят о наличие дефекта /см. a.с., СССР N 690378, кл. G 01 N 29/04, 1977/.

Недостатком известного способа является значительная трудоемкость, обусловленная необходимостью определения для каждого неповрежденного изделия паспортных значений резонансных частот колебаний его участков.

Известен также способ виброакустического контроля одноосных конструкций, заключающийся в том, что последовательно нагружают локальные зоны конструкции присоединенной массой, в натруженных зонах через присоединенную массу гармонической силой с постоянной амплитудой и частотой возбуждают упругие колебания, измеряют амплитуду колебаний присоединенной массы и по измеренной амплитуде определяют дефектность конструкции и месторасположение дефекта /см. а.с. СССР N 1226303, кл. G 01 N 29/04, 1986/.

Недостатками данного способа являются низкая производительность и ограниченные функциональные возможности. Это объясняется необходимостью перезакрепления при каждом измерении присоединенной массы к новой локальной зоне, необходимостью подключения источника возбуждения колебаний и регистратора амплитуды колебаний к передвигаемой в процессе измерения присоединенной массе, неудобством закрепления присоединенной массы, а тем более - подключения к ней вышеуказанных приборов в случае сложной формы локального участка изделий, труднодоступности непосредственно к данному локальному участку. Кроме того, известный способ характеризуется значительной вероятностью повреждения конструкции во время контроля, так как при упругих колебаниях непосредственно нагруженных присоединенной массой дефектных участков многократно увеличиваются динамические нагрузки на эти участки конструкции.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ виброакустического контроля одноосных конструкций, заключающийся в том, что фиксируют на конструкции локальную зону посредством жесткого крепления концов данной зоны к неподвижному объекту, размещают в центре локальной зоны присоединенную массу, последовательно перемещают локальную зону с присоединенной массой вдоль конструкции в пределах контролируемого участка последней, в нагруженных зонах гармонической силой с постоянной амплитудой и частотой возбуждают колебания присоединенной массы, измеряют амплитуду колебаний присоединенной массы и по измеренной амплитуде определяют наличие дефекта в изделии, месторасположение дефекта и степень разрушения конструкции /см. а.с. СССР N 1396047, кл. G 01 N 29/04, 1988/, принятый за прототип.

Недостатками способа-прототипа являются низкая производительность, ограниченные функциональные возможности, значительная вероятность повреждения конструкции во время контроля. Указанные недостатки объясняются необходимостью при фиксации локальных зон одновременно закреплять в каждой зоне присоединенную массу, а также подключать к данной массе источник возбуждения колебаний и регистратор амплитуды колебаний. При этом данный процесс многократно усложняется в случаях сложной формы и труднодоступности локальных зон.

Сущность изобретения заключается в создании способа контроля, позволяющего за счет изменения принципа действия исключить использование присоединенной массы и обнаруживать места дефектов путем последовательного выключения жесткостных характеристик локальных зон из общей жесткостной характеристики всей одноосной конструкции и фиксации степени влияния данных выключений на амплитуду упругих колебаний конструкции в постоянных местах, вынесенных за пределы области перемещения локальных зон.

Технический результат - повышение производительности способа, расширение его функциональных возможностей и уменьшение вероятности повреждения конструкции в процессе контроля.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе виброакустического контроля одноосных конструкций, заключающемся в том, что фиксируют на конструкции локальную зону, последовательно перемещают локальную зону вдоль конструкции в пределах контролируемого участка последней, гармонической силой с постоянной амплитудой и частотой возбуждают упругие колебания, измеряют амплитуду колебаний и по измеренной амплитуде судят о дефектности изделия, особенность заключается в том, что фиксацию на конструкции локальной зоны и ее перемещение осуществляют посредством жесткого соединения между собой концов данной зоны, возбуждают колебания и измеряют амплитуду колебаний непосредственно самой конструкции в постоянных местах, разнесенных по разные стороны от контролируемого участка конструкции за пределы области перемещения локальной зоны, а о наличии дефектов и их месторасположении судят по наличию и месторасположению локальных зон, характеризующихся скачкообразным изменением амплитуды возбуждаемых колебаний".

На чертеже схематично изображено устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит установленную на одноосной конструкции 1 жесткую скобу 2, имеющую возможность перемещения вдоль конструкции 1 и жесткого закрепления в каждом последовательном положении скобы 2 ее охватывающих конструкцию 1 краев на концах 3 локальной зоны 4 конструкции 1 /на чертеже зажимы для закрепления скобы 2 на конструкции 1 не показаны/. При этом концы 3 локальной зоны 4 конструкции 1 оказываются жестко соединенными между собой через скобу 2. Постоянные места 5 и 8, выбранные непосредственно на самой конструкции 1 и используемые для возбуждения и измерения ее колебаний, разнесены по разные стороны от контролируемого участка конструкции за пределы области перемещения локальной зоны 4. При этом в месте 5 к конструкции 1 присоединен вибратор 6, подключенный к выходу генератора 7 электрических сигналов, а в месте 8 к конструкции 1 прикреплен датчик перемещений 9, последовательно соединенный с измерительным усилителем 10, причем места 5 и 8 можно взаимно менять.

Способ виброакустического контроля одноосных конструкций осуществляют следующим образом.

Фиксируют на конструкции 1 локальную зону 4 посредством жесткого закрепления охватывающих конструкцию краев скобы 2 на концах 3 данной локальной зоны 4, жестко соединяя тем самым концы 3 локальной зоны 4 между собой. Последовательно перемещают скобу 2 вдоль конструкции 1 в пределах контролируемого участка последней, например, от места 5 возбуждения колебаний до места 8 их регистрации. В каждом положении локального участка 4 при жестком закреплении скобы 2 на конструкции 1 к месту 5 конструкции 1 с помощью вибратора 6 прикладывают гармоническую силу с постоянной амплитудой и частотой, возбуждая тем самым упругие колебания конструкции 1. При этом в месте 8 конструкции 1 с противоположной стороны от ее контролируемого участка с помощью датчика перемещений 9 с измерительным усилителем 10 измеряют амплитуду возбуждаемых колебаний и контролируют характер изменения данной амплитуды при перемещении локальных зон 4 вдоль конструкции 1. В процессе контроля фиксируют момент скачкообразного изменения амплитуды измеряемых колебаний и по данному моменту определяют месторасположение локальной зоны с дефектом.

Принцип действия предложенного способа контроля состоит в следующем. Пусть, например, место дефекта находится правее локальной зоны 4, но естественно левее места 8 конструкции 1. Результирующая изгибная жесткость всей конструкции определяется жесткостью локальной зоны 4 со скобой 2, жесткостью всей остальной части конструкции 1 без дефектов и, самое главное, жесткостью локальной зоны с дефектом. Очевидно, что данной результирующей изгибной жесткостью будет определяться коэффициент передачи амплитуды колебаний от места 5 их возбуждения до места 8 их регистрации. До тех пор, пока скоба 2, а, следовательно и локальный участок 4 при смещении скобы 2 вправо находятся в бездефектной зоне конструкции 1, результирующая жесткость конструкции, а, значит, и регистрируемая в месте 8 амплитуда колебаний практически не меняются. Однако в момент попадания скобы 2 на локальную зону с дефектом данный локальный участок из общей жесткостной схемы конструкции 1 автоматически выключается, жесткость данного участка практически определяется жесткостью скобы 2. При этом результирующая жесткость конструкции скачком изменяется, также скачком изменяется и коэффициент передачи амплитуды от места 6 к месту 8 конструкции 1 и соответственно скачком изменяется амплитуда колебаний, регистрируемая в месте 8 конструкции. При этом заранее трудно сказать, уменьшится или увеличится амплитуда колебаний - это зависит от многих факторов, а главное - исходного выбора постоянных значений амплитуды и частоты гармонической силы, прикладываемой вибратором 6, геометрических и жесткостных параметров конструкции 1 и мест 5 и 8 возбуждения и регистрации. Однако данное обстоятельство не играет принципиальной роли - в данном случае важен только факт фиксации момента скачкообразного изменения амплитуды колебаний. Это позволяет предельно упростить реализацию способа, не предъявлять жестких требований к характеру и параметрам гармонической силы. Для упрощения восприятия предлагаемого способа можно представить себе стержень, который трясут за ручку и фиксируют колебания противоположного конца. Наличие дефекта /места с пониженной жесткостью/ где-то в середине стержня может увеличить или уменьшить /за счет эффекта гашения колебаний/ амплитуду колебаний конца стержня, что зависит от многих факторов. Однако в любом случае при выключении места дефекта /натяг на это место втулки/ амплитуда колебаний конца стержня скачком изменится.

Очевидно, что реализация предложенного способа характеризуется предельной простотой, исключение присоединенной массы обуславливает высокую производительность и широкие функциональные возможности способа. Устройства для возбуждения и регистрации упругих колебаний соединяются в данном случае не с присоединенной массой, а непосредственно с конструкцией, что, во-первых, резко упрощает реализацию способа, а, во вторых, обеспечивает возможность осуществления способа практически в любых случаях при сложной конфигурации конструкции, труднодоступности локальных зон и т.п. Например, распространен случай, когда концы локальной зоны свободны для защемления скобой, а подход к самой зоне снаружи затруднен наличием, например, кожуха, дисков, экранов, герметичных элементов. Сам принцип крепления устройств для возбуждения и регистрации колебаний непосредственно к конструкции, а не к подвижной массе, резко увеличивает стабильность измерений, достоверность и повторяемость процесса контроля.

Формула изобретения

Способ виброакустического контроля одноосных конструкций, заключающийся в том, что фиксируют на конструкции локальную зону, последовательно перемещают локальную зону вдоль конструкции в пределах контролируемого участка последней, гармонической силой с постоянной амплитудой и частотой возбуждают упругие колебания, измеряют амплитуду колебаний и по измеренной амплитуде судят о дефектности изделия, отличающийся тем, что фиксацию на конструкции локальной зоны и ее перемещение осуществляют посредством жесткого соединения между собой концов данной зоны, возбуждают колебания и измеряют амплитуду колебаний непосредственно самой конструкции в постоянных местах, разнесенных по разные стороны от контролируемого участка конструкции за пределы области перемещения локальной зоны, а о наличии дефектов и их местоположении судят по наличию и местоположению локальных зон, характеризующихся скачкообразным изменением амплитуды возбуждаемых колебаний.

РИСУНКИ

Рисунок 1