Неразрушающее исследование гибких композитных изделий



Неразрушающее исследование гибких композитных изделий
Неразрушающее исследование гибких композитных изделий
Неразрушающее исследование гибких композитных изделий
Неразрушающее исследование гибких композитных изделий

 


Владельцы патента RU 2539095:

ДЗЕ ГЕЙТС КОРПОРЕЙШН (US)

Использование: для неразрушающего исследования гибких композитных изделий. Сущность изобретения заключается в том, что исследование внутренней структурной изменчивости в объеме гибкого композитного эластомерного изделия или различий между гибкими композитными эластомерными изделиями включает установку гибкого композитного эластомерного изделия в фиксированное положение, простукивание изделия, определение продолжительности ударного воздействия при простукивании и сравнение продолжительности ударного воздействия с эталонным значением. Технический результат: обеспечение возможности неразрушающего исследования внутренней структуры гибкого композитного эластомерного изделия. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США № 61/424,449, поданной 17 декабря 2010 года.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится, в общем, к способу неразрушающего исследования гибких композитных изделий, более конкретно, к способу исследования проницаемости корда в армированных резиновых изделиях и, в частности, к исследованию проницаемости корда в полиуретановых приводных ремнях.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Известен ряд способов неразрушающего исследования конструкций из жестких композитных материалов и металлов. Примеры таких способов включают использование ультразвука, вихревых токов и акустических свойств. Композитные или металлические конструкции можно исследовать на наличие внутренних дефектов путем их простукивания и прослушивания различий в звуке молоточка. Так называемое исследование звона или просто исследование простукиванием использовали для различных типов конструкций из жестких материалов, включая ячеистые композитные изделия, конструкции воздушных и космических аппаратов, строения и т.д. Исследование простукиванием можно использовать для обнаружения расслоения, поврежденных или отсутствующих внутренних опорных конструкций, разрушения соединений и других дефектов в таких жестких конструкциях. В системах для исследования простукиванием используют простукивание вручную квалифицированным специалистом-акустиком, автоматические молоточки с электронным анализом звука или импульсные методы.

Патент США № 6327921 (Hsu и др.) описывает неразрушающее исследование простукиванием, систему технического контроля, которая создает на основе изображения представление множества структурных измерений жесткости, причем каждое измерение жесткости вычислено по измерению продолжительности ударного воздействия при простукивании, используемом для конструкций воздушных судов, а также композитных и металлических ячеистых конструкций. Другие примеры систем для исследования простукиванием описаны в патенте США № 5048320 (Mitsuhashi и др.) и в патенте США № 4519245 (Evans).

Гибкие композитные изделия, такие как шины, приводные ремни и шланги, могут иметь внутренние дефекты, такие как полости, расслоения и подобные дефекты. Патент США № 5891561 (Kinoshita и др.) описывает использование несущих нагрузку кордов из арамидных или других волокон в резиновых приводных ремнях. Согласно этому патенту, когда корды подвергают обработке резорцинформальдегидным латексом (RFL), если процентное соотношение полостей после обработки составляет более чем 1,5%, полости становятся относительно большими, когезия между волокнами корда уменьшается, и становится значительной проблема истирания. Предложенный способ определения процентного соотношения полостей представляет собой наблюдение поперечного сечения корда при увеличении с помощью электронного микроскопа, который обеспечивает точные измерения площади.

Патент США № 5807194 (Knutson и др.) описывает историю разработки кордов для ремней, имеющих литые полиуретановые основы, подчеркивая важность проницаемости корда по отношению к различным используемым средствам для обработки или материалам ремней. В отношении кордов из углеродных волокон, которые представляют собой основной интерес, Knutson и др. предложили разрушающее исследование для измерения проницаемости корда. Согласно этому патенту количество материала ремня, которое проникает в корд во время литья, можно измерять путем взвешивания отрезка исходного корда и сравнения его массы с массой отрезка корда той же длины, извлеченного из готового ремня для вычисления разности массы. Таким способом можно определять проникновение в корд материала ремня в миллиграммах на кубический миллиметр объема корда для каждого миллиметра длины корда. На практике результаты данного исследования можно подтвердить изучением поперечных сечений корда при увеличении.

Как взвешивания корда, так и анализы поперечного сечения представляют собой разрушающие исследования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к системам и способам, которые обеспечивают неразрушающее исследование гибких композитных изделий и являются полезными для исследования проницаемость корда в армированных резиновых изделиях, такие как шины, шланги и ремни. Настоящее изобретение является полезным для исследования проницаемости корда в армированных углеродными волокнами полиуретановых приводных ремнях.

Настоящее изобретение относится к способу исследования внутренней изменчивости или различий в объеме или при сравнении армированных гибких композитных изделий, включающему стадии поддержки гибкого композитного изделия, например, путем его помещения на жесткую опорную конструкцию, простукивания композитного изделия молоточком заданной массы, определения величины, представляющей продолжительность ударного воздействия при простукивании, и/или вычисления величины, представляющей локальную жесткость композитного изделия. Композитное изделие может представлять собой приводной ремень или его часть с армированием растягиваемым кордом. Композитное изделие может представлять собой заготовку ремня или его части. Опорная конструкция может представлять собой оправку, ролик или плоскую плиту, и она может содержать выступы, соответствующие профилю ремня. Данный способ является полезным для сравнения степени проникновения эластомера в растягиваемый корд, например, в литом полиуретановом зубчатом ремне.

В различных вариантах осуществления молоточек может представлять собой оборудованный акселерометром молоточек или маятник, который может работать в ручном или автоматическом режиме. Продолжительность ударного воздействия можно оценивать, используя компьютер. Можно осуществлять измерения по всей площади и получать графическое представление. Изделие можно выдерживать в напряженном состоянии или сохранять в практически ненапряженном состоянии.

Выше приведено достаточно общее представление отличительных особенностей и технических преимуществ настоящего изобретения, чтобы их можно было лучше понимать из следующего подробного описания настоящего изобретения. Далее в настоящем документе будут описаны дополнительные отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения, которые составляют предмет формулы настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники следует оценить, что описанную идею и конкретный вариант осуществления можно легко использовать в качестве основы для модификации или разработки других конструкций для осуществления тех же целей настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники следует понимать, что эквивалентные конструкции не отклоняются от идеи и не выходят за пределы объема настоящего изобретения, который представлен в прилагаемой формуле изобретения. Новые отличительные особенности, которые считают характеристиками настоящего изобретения, в отношении своей организации и способа функционирования, вместе с дополнительными задачами и преимуществами станут более понятными из следующего описания при рассмотрении в связи с сопровождающими чертежами. Однако следует определенно понимать, что каждый из данных чертежей представлен исключительно для цели иллюстрации и описания, но не предназначен в качестве ограничения пределов настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сопровождающие чертежи, которые включены в настоящее описании и составляют его часть и на которых одинаковые условные номера обозначают аналогичные детали, иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для разъяснения принципов настоящего изобретения. На данных чертежах:

фиг.1 иллюстрирует исследуемый образец и исследование, организованное согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 иллюстрирует исследуемый образец и исследование, организованное согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.3 иллюстрирует исследуемый образец и исследование, организованное согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения; и

фиг.4 представляет поперечное сечение исследуемого ремня согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Гибкие композитные изделия включают различные ламинированные или армированные волокнами эластомерные изделия, такие как шины, ремни, шланги, пневматические рессоры, диафрагмы и подобные изделия.

В таких изделиях возможные различные внутренние производственные отклонения и/или дефекты, в том числе полости, расслоения, инородные материалы или подобные дефекты. Во время обслуживания могут также возникать внутренние дефекты, такие как расслоения, складки или области усталости, обрывы волокон или подобные дефекты. Традиционный подход к обнаружению внутренних дефектов или изменчивости в гибких композитных изделиях представляет собой разрушающее исследование, т.е. рассечение композита и его визуальное исследование, часто при увеличении. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что исследование простукиванием способно обнаруживать мельчайшие различия в структуре композитного изделия, которые до настоящего времени можно было обнаруживать, используя исключительно известные разрушающие способы исследования. Исследование простукиванием включает простукивания исследуемого образца с помощью акселерометра, оборудованного наконечником. Можно использовать любой подходящий материал наконечника и форму наконечника для исследуемого образца. Выходной сигнал акселерометра после простукивания представляет собой импульс электрического напряжения, который представляет историю развития силы удара с течением времени. После импульса электрического напряжения может следовать небольшой отрицательный выброс, в котором выходное напряжение становится слегка отрицательным и затем возвращается к нулевому значению. Различия импульсов напряжения от различных областей исследуемого изделия могут служить показателями внутренней структурной изменчивости. Эти различия импульсов могут включать как амплитуду, так и ширину импульса напряжения. Аналогичным образом, различия ударных импульсов от различных изделий могут служить показателем внутренней структурной изменчивости между изделиями.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения гибкое композитное изделие можно простукивать, прилагая предпочтительно калиброванную массу или силу, и звук можно анализировать, предпочтительно посредством электронных схем. В предпочтительном способе исследования гибкое композитное изделие простукивают, используя пьезоэлектрический акселерометр в качестве массы для простукивания, и электронные схемы для измерения продолжительности контакта между массой и образцом. Продолжительность контакта τ (которая составляет, как правило, несколько сот микросекунд) можно пересчитать в локальную жесткость пружины k (выраженную в меганьютонах на метр) и использовать в качестве меры механического состояния гибкого композитного изделия. Простая модель пружины дает соотношение τ=π(mT/k)1/2, где mT представляет собой массу молоточка. Преимущество использования измерения продолжительности контакта заключается в том, что оно является относительно нечувствительным к различным условиям измерения, таким как свойства материала, радиус и скорость молоточка. Все эти условия могут более значительно влиять на амплитуду импульса. Вместо фактической продолжительности контакта можно использовать величину, представляющую продолжительность контакта. Аналогичным образом, вместо жесткости можно использовать, величину, представляющую жесткость, в результате чего получаются сравнительные измерения. Для использования в данных исследованиях часто может оказаться достаточным простое сравнение неизвестного образца с контрольным или известным образцом. Данное сравнение может включать продолжительность импульса или продолжительность контакта или производную величину, такую как жесткость или величина, представляющая жесткость.

Патент США № 6327921 (Hsu и др.), содержание которого настоящим включено в данный документ посредством ссылки, описывает примерную систему технического контроля, которая включает неразрушающее исследование простукиванием и создает основанное на изображении представление множества структурных измерений жесткости, причем каждое измерение жесткости вычислено по измерению продолжительности ударного воздействия для простукивания. При традиционном использовании исследования простукиванием на жестких конструкциях звук простукивания считается более «глухим» в областях, имеющих внутренние структурные повреждения, чем в неповрежденных областях. Этот глухой звук соответствует большей ширине импульса при ударе или простукивании. Гибкие композитные изделия не считаются хорошими кандидатами для исследования простукиванием, потому что материалы, такие как резина или другие эластомеры, естественно, гасят звук сильнее, чем жесткие структурные материалы, и, таким образом, звук оказывается глухим, как при наличии, так и при отсутствии каких-либо внутренних повреждений или структурной изменчивости. Кроме того, внутренние повреждения, как правило, оказываются значительно более тонкими в гибком композитном изделии, чем типичные повреждения жестких конструкций, исследуемых простукиванием. Простукивание жестких конструкций может, например, обнаруживать болты в стенках, сломанные ячеистые структуры или отсутствие деталей. Для гибких изделий может представлять интерес обнаружение небольших полостей или включений, или тонких различий в свойствах материала армирующего компонента.

В отличие от традиционного использования исследования простукиванием устойчивых конструкций или жестких изделий исследование гибких композитных изделий лучше всего осуществлять, когда гибкое композитное изделие помещено неподвижно на некоторого рода держателе или установлено на опорной конструкции для исследования. Может также оказаться предпочтительным установка гибкого композитного изделия таким способом, который прилагает механическое напряжение в простукиваемой области. Один подходящий способ приложения напряжения к гибкому композитному изделию представляет собой сгибание. Другой способ представляет собой его вытяжение. Подходящие держатели для гибкого композитного изделия могут легко приспособить или сконструировать специалисты в данной области техники. В качестве примера, можно использовать простые тиски, чтобы удерживать многие типы гибких изделий в напряженном состоянии. В предпочтительном варианте осуществления зубчатый ремень находится в ненапряженном состоянии с жесткой опорой под простукиваемой областью. Таким образом, исследуемая область во время удара находится между молоточком и жесткой опорой. Считается, что это сводит до минимума нежелательные вибрации композитного изделия в целом и усиливает внутренние ответные вибрации материалов.

Фиг.1 иллюстрирует исследование простукиванием согласно настоящему изобретению, применяемое к секции приводного ремня. На фиг.1 ремень 10 находится в тисках 18 для простукивания снабженным акселерометром молоточком 11, имеющим наконечник 15. Ремень 10 включает эластомерную основу 12 с зубцами 14 для синхронного управления движением или передачи мощности. Ремень 10 армирован внедренным растягиваемым кордом 16 и покрытием 17 на зубцах. Образец ремня находится в напряженном состоянии вследствие сгибания или зажима в тисках.

Фиг.2 иллюстрирует исследование простукиванием согласно настоящему изобретению, применяемое к секции приводного ремня. На фиг.2 ремень 10 находится в тисках 28 для простукивания снабженным акселерометром молоточком 11. Ремень 10 включает эластомерную основу 12 с зубцами 14 для синхронного управления движением или передачи мощности. Зубцы 14 чередуются с плоскими областями 24. Тиски 28 включают опорную плиту 22 с одним или более выступами 26, которые поддерживают одну или более плоских областей 24. Ремень можно исследовать простукиванием на обратной стороне по поддерживаемой плоской области. Этот ремень 10 также армирован внедренным растягиваемым кордом 16 и покрытием 17 на зубцах. В данном исследовании образец ремня находится в своем естественном ненапряженном состоянии. Следует отметить, что ненапряженное состояние предусматривает некоторую кривизну в данной части ремня 10 в результате формования на цилиндрической оправке.

Фиг.3 иллюстрирует еще одно исследование простукиванием согласно настоящему изобретению, применяемое к секции приводного ремня. На фиг.3 ремень 10 удерживает пара зажимов 38 на опорной плите 32 для простукивания оборудованного акселерометром маятником 31. Зубцы 14 чередуются с плоскими областями 24. Опорная плита 32 включает ряд выступов 36, которые поддерживают ряд плоских областей 24. Ремень можно исследовать простукиванием на обратной стороне по поддерживаемой плоской области. Маятник 31 можно автоматически регулировать, чтобы обеспечивать минимальную изменчивость силы простукивания и производить желательное число повторных простукиваний. При исследовании в данной конфигурации ремень находится в практически ненапряженном состоянии. Некоторое остаточное напряжение существует в ремне вследствие выпрямления образовавшейся при его изготовлении кривизны, которая упомянута выше.

Чтобы проиллюстрировать практическое применение способа согласно настоящему изобретению, исследование простукиванием использовали для изучения уровней проницаемости корда в армированных углеродными волокнами литых полиуретановых синхронных ремнях. Такие ремни описаны, например, в патенте США № 5807194 (Knutson и др.). Этот патент описывает синхронный приводной ремень, в котором основа изготовлена из литого полиуретанового материала, на основе изготовлены зубцы, расположенные с заданным шагом, износоустойчивый армирующий материал проходит вдоль периферических поверхностей зубцов ремня, растягиваемый элемент из спирального корда внедрен в основу ремня. Здесь конкретный исследуемый ремень содержал зубцы с шагом 14 мм и растягиваемые корды из углеродного волокна 54k. Изготавливали два ремня, один с почти полным (показанным как 99%) проникновением полиуретана в корд и один с приблизительно 60% проникновением полиуретана в корд. Эти уровни проникновения определяли, разрезая ремень, погружая срезы в полимер, полируя пропитанные срезы и определяя процентное соотношение площади проникновения с помощью оптических измерений. Разумеется, для целей такого традиционного разрушающего исследования ремни необходимо разделять на ряд отрезков. Фиг.4 иллюстрирует частичное поперечное сечение такого ремня, включающее три среза корда 16, внедренного в эластомерную основу 12, полученные в плоской области 24 между двумя зубцами 14, где корд проходит близко к покрытию 17 зубцов. На фиг.4 три сечения корда представляют три различные степени проникновения литого полиуретана в пучок углеродных волокон. Корд 46 практически полностью пропитан полиуретаном. Корд 44 имеет небольшую центральную область, оставшуюся непропитанной, и корд 42 имеет большую область без пропитывания. Следует понимать, что эти три корда, как правило, не обязательно должны находиться рядом с друг с другом в одном ремне. В более типичном случае большие участки ремня или даже все участки ремня могут проявлять приблизительно одинаковую характерную для него степень проницаемости. В качестве альтернативы может существовать градиент проницаемости для ряда ремней, полученных из одной фабрики или заготовки, или могут существовать малые области с переменной проницаемостью. Таким образом, имел бы преимущество способ быстрого исследования больших поверхностей в отношении изменчивости проницаемости. Кроме того, фиг.4 представляет полости или расслоения в армированных волокнами эластомерных композитных изделиях, где корд 42 имеет большую полость, и корд 44 имеет меньшую полость. Считается, что способ согласно настоящему изобретению применим для обнаружения или количественного определения данных внутренних различий в сравниваемых образцах таких эластомерных композитных изделий.

Для исследования простукиванием выбран так называемый компьютеризованный прибор для исследования простукиванием (CATT), который разработан университетом штата Айова для неразрушающих исследований аэрокосмических аппаратов и лицензирован для промышленного производства и продажи фирмой Advanced Stuctural Imaging, Inc. (ASI). В данном приборе использован пьезоэлектрический акселерометр в качестве простукивающей массы, который измеряет продолжительность контакта между массой и образцом с помощью электронной схемы. Продолжительность контакта τ (составляющую, как правило, несколько сот микросекунд) можно пересчитать в локальную жесткость пружины k (выраженную в меганьютонах на метр). Данное исследование используют для измерения механического состояния конструкций аэрокосмических аппаратов. Можно повторять исследование на заданной площади и выводить графические результаты на устройство дисплея. В данном приборе простукивающая масса сначала просто падала на образец с определенной высоты. Затем в исследовании использовали маятник, чтобы точнее регулировать место и силу удара. Маятник может управляться в ручном или автоматическом режиме. Автоматический маятник позволяет регулировать частоту ударов, что повышает точность и способно устранять ошибки, возникающие при многочисленных ударах или подскакивании простукивающей массы.

В первой серии исследований прибор CATT использовали для измерения шести образцов. Эти образцы представляли собой секции вышеупомянутых приводных ремней, каждая из которых имела 140 мм в длину и 20 мм в ширину. Секции ремней содержали по 10 крупных зубцов на внутренней поверхности и многочисленные мелкие зубцы на внешней поверхности. Основа ремня состояла из литого полиуретана, и растягиваемый корд представлял собой углеродное волокно. Три из данных образцов, которые подвергали разрушающему исследованию, показывали 99% проникновение литого полиуретана в пучок корда, и три образца показали только 60% проникновение. Для исследования образцы предварительно устанавливали в изогнутом дугой напряженном состоянии, как представлено на фиг.1, и осуществляли простукивания по вершине или вблизи вершины дуги, используя акселерометр. Каждый образец простукивали от 20 до 30 раз и определяли среднюю продолжительность контакта. Каждую продолжительность контакта пересчитывали в жесткость, и эти величины также усредняли. Результаты исследования шести образцов кратко представлены в таблице 1.

Три ремня с 60% проникновением показали замечательную близость результатов: их средние величины τ составляли 786, 798 и 799 мкс, соответственно. При вычислении жесткости получали 0,233, 0,230, и 0,238 МН/м, соответственно. Исследования трех ремней с 99% проникновением показали, что два ремня имели результаты, очень близкие друг к другу (596 мкс и 598 мкс и 0,399 МН/м), а третий имел несколько меньшую жесткость (649 мкс и 0,342 МН/м). Несмотря на это, различие между ремнями с проникновением 99% и 60% было все же очевидным, и отсутствовало перекрывание результатов для двух групп ремней. Таким образом, было показано, что исследование простукиванием способно определять различия между ремнями с высокими и умеренными степенями проницаемости корда.

Таблица 1
Образец ремня Средняя
продолжительность
контакта τ (мкс)
Средняя жесткость
k (МН/м)
Ремень 1 с проникновением 99% 598 0,399
Ремень 2 с проникновением 99% 596 0,406
Ремень 3 с проникновением 99% 649 0,342
Ремень 1 с проникновением 60% 799 0,238
Ремень 2 с проникновением 60% 786 0,233
Ремень 3 с проникновением 60% 798 0,230

Во второй серии исследований по три образца для каждого из различных уровней проницаемости корда (60%, 86%, 93-95%, 99%) исследовали, как в первой серии, используя прибор CATT. И в этом случае образцы предварительно переводили в напряженное состояние путем сгибания в форме дуги, как представлено на фиг.1, и простукивания осуществляли по вершине дуги, используя акселерометр. Каждый образец простукивали от 20 до 30 раз и определяли среднюю продолжительность контакта. Каждую продолжительность контакта пересчитывали в жесткость, и эти величины также усредняли. Результаты исследования 12 образцов кратко представлены в таблице 2. Было обнаружено, что исследование не обнаружило различия между образцами с проникновением 86% и 93-95%. Никакое изменение размера дуги или силы удара молоточка не улучшало разрешающую способность.

Затем вторую серию исследований повторяли для образцов с проникновением 86% и 93-95%, используя другой держатель, как проиллюстрировано на фиг.2, который поддерживал плоскую область без изгиба и напряжения ремня. Образцы простукивали по обратной стороне ремня в поддерживаемой плоской области. Каждый образец простукивали от 20 до 30 раз и определяли среднюю продолжительность контакта. Каждую продолжительность контакта пересчитывали в жесткость, и эти величины также усредняли. Результаты исследования 6 образцов во втором держателе также кратко представлены в таблице 2. Продолжительность контакта, измеренная для образца с проницаемостью 93-95%, в частности, ремня 3, не показывала такую сходимость результатов, как в случае других ремней. Это соответствует результатам оптического анализа данного ремня, которые показали изменчивость при переходе от одного корда к другому (при этом образцы показывали более высокую сходимость результатов при переходе от одного корда к другому в пределах одного ремня).

Таблица 2
Образец ремня Средняя продолжительность контакта τ изогнутого образца (мкс) Средняя продолжительность контакта τ поддерживаемого образца (мкс) Средняя продолжительность контакта τ поддерживаемого образца с маятником (мкс)
Ремень 1 с проникновением 99% 1478,6
Ремень 2 с проникновением 99% 1511,2
Ремень 3 с проникновением 99% 1462,2
Ремень 1 с проникновением 93-95% 1435,9 842,3 586,6
Ремень 2 с проникновением 93-95% 1577,4 826,1 560,6
Ремень 3 с проникновением 93-95% 1536,4 854,8 649,0
Ремень 1 с проникновением 86% 1478,5 884,6 622,7
Ремень 2 с проникновением 86% 1462,9 902,0 610,9
Ремень 3 с проникновением 860% 1498,3 853,1 620,5
Ремень 1 с проникновением 60% 2129,8
Ремень 2 с проникновением 60% 1996,2
Ремень 3 с проникновением 60% 1879,1

Чтобы повысить согласованность результатов измерений, использовали маятниковый молоточек вместо падающей массы. Место удара маятника можно регулировать с большей воспроизводимостью, можно точно регулировать высоту, а также можно регулировать частоту ударов. Исследования затем повторяли для образцов с проникновением 86% и 93-95%, используя автоматический маятниковый молоточек и держатель образцов, который проиллюстрирован на фиг.3. Результаты представлены в таблице 2. В данном исследовании получена наилучшая способность различия образцов с проникновением 86% и 93-95%. Следует отметить, что абсолютные величины продолжительности контакта зависят от типа конфигурации используемого держателя. Конфигурация на фиг.3 показывала наименьшую изменчивость или среднеквадратическое отклонение для числа повторных простукиваний от 20 до 30. Следует отметить, что ремень 3 с 93-95% проникновением снова отличается от других. Считается, что это обусловлено изменчивостью при переходе от одного корда к другому в пределах одного ремня, как отмечено выше.

Следует понимать, что при использовании подходящего держателя можно аналогичным образом исследовать бесконечный ремень целиком, не разрушая данный ремень. Исследование можно распространить на множество точек, чтобы характеризовать полную ширину и длину образца. Таким образом, можно использовать в полной мере возможности прибора CATT для построения карты отклика исследуемого изделия и определения областей с различным откликом. Особенно полезный результат того, что исследования поддерживаемого ремня позволяет наилучшим образом определять мелкие различия, заключается в том, что зубчатый ремень можно исследовать на приводе, используя в качестве опоры ролик или зубчатый барабан. Таким образом, ремень можно исследовать в отношении внутренних изменений, повреждений или дефектов на месте его использования на любой стадии его срока службы, не снимая его с привода. В качестве другого примера, ремни, которые сначала получают в виде больших цилиндрических заготовок или рукавов, можно быстро исследовать в отношении внутренней изменчивости до или после снятия заготовки с инструмента для ее формования. Инструмент, на котором получают заготовки ремней, может создавать необходимую опору для исследования. Исследование можно осуществлять перед выполнением различных дорогостоящих заключительных операций, таких как нарезка, шлифовка, маркировка, или его можно осуществлять в любой точке технологического процесса по желанию. Исследование можно легко осуществлять в любой точке технологического процесса, поскольку для него не требуется особая подготовка, выдерживание или подобная обработка образца. Например, при нарезке ремней заготовку можно устанавливать на оправку, которая снова может обеспечивать опору для выполнения исследования простукиванием заготовки.

Аналогичным образом, предусмотрено, что и другие гибкие композитные изделия, такие как шины и шланги, можно исследовать и/или сравнивать для обнаружения или определения внутренней изменчивости, используя соответствующие опорные держатели и оборудованные приборами молоточки.

Хотя настоящее изобретение и его преимущества были подробно описаны, следует понимать, что в настоящей заявке могут быть сделаны различные изменения, замещения и исправления без выхода за пределы объема настоящего изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, не предусмотрено ограничения объема настоящей заявки конкретными вариантами осуществления процессов, машин, производства, состава материала, средств, способов и стадий, представленных в данном описании. Обычный специалист в данной области техники легко оценит по описанию настоящего изобретения процессы, машины, производство, составы материалов, средства, способы и стадии, в том числе существующие или впоследствии разработанные, которые выполняют практически такие же функции или обеспечивают практически такие же результаты, как соответствующие варианты осуществления, описанные в данном документе, которые можно использовать согласно настоящему изобретению. Соответственно, предусмотрено, что прилагаемая формула изобретения включает в свой объем такие процессы, машины, производство, составы материалов, средства, способы или стадии. Изобретение, описанное в настоящем документе, можно надлежащим образом практически осуществлять при отсутствии любого элемента, который не описан конкретно в настоящем документе.

1. Способ исследования внутренней структурной изменчивости в объеме гибкого композитного эластомерного изделия или различий между гибкими композитными эластомерными изделиями, включающий:
установку гибкого композитного эластомерного изделия в фиксированное положение;
простукивание изделия;
определение продолжительности ударного воздействия при простукивании; и
сравнение продолжительности ударного воздействия с эталонным значением.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий вычисление величины, представляющей локальную жесткость изделия, по продолжительности ударного воздействия, используемого в указанном сравнении.

3. Способ по п. 1, в котором указанное сравнение показывает различия в проникновении эластомерного матричного материла в армирующую волоконную конструкцию.

4. Способ по п.1, в котором указанное композитное изделие представляет собой приводной ремень, армированный растягиваемым кордом, внедренным в указанный ремень.

5. Способ по п.1, в котором указанная установка включает предварительное напряжение изделия.

6. Способ по п.1, в котором указанное напряжение представляет собой изгибающее напряжение.

7. Способ по п.1, в котором указанная установка включает помещение части исследуемого изделия на жесткую опорную конструкцию для опоры в практически ненапряженном состоянии.

8. Способ исследования проницаемости корда в армированных резиновых изделиях, включающий:
помещение эластомерного композитного изделия на жесткую опорную конструкцию,
простукивание эластомерного композитного изделия молоточком заданной массы,
определение величины, представляющей продолжительность ударного воздействия при простукивании.

9. Способ по п.8, дополнительно включающий вычисление величины, представляющей локальную жесткость композитного изделия.

10. Способ по п.8, в котором молоточек включает акселерометр.

11. Способ по п.8, дополнительно включающий повторное простукивание в различных точках на заданной площади и создание графического представления жесткости на указанной площади.

12. Способ по п.8, в котором гибкое композитное изделие представляет собой приводной ремень или его часть.

13. Способ по п.12, в котором опорная конструкция представляет собой ролик.

14. Способ по п.8, в котором гибкое композитное изделие представляет собой заготовку ремня или ее часть.

15. Способ по п.8, в котором гибкое композитное изделие представляет собой зубчатый приводной ремень, и опорная конструкция создает опору в плоской области между двумя зубцами ремня, и молоточек направлен на поддерживаемую плоскую область.



 

Похожие патенты:

Использование: для определения направленности дефекта. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой головкой (2) из разных измерительных точек (МР) воздействуют ультразвуковыми сигналами на конструктивный элемент (В), причем ультразвуковые эхо-сигналы, которые отражаются от находящейся внутри конструктивного элемента (В) подлежащей исследованию точки (Р) обратно к измерительным точкам (МР), принимаются этой или другой ультразвуковой головкой (2); и с модулем (4) обработки данных, который с учетом направления звукового воздействия между соответствующей измерительной точкой (МР) и подлежащей исследованию точкой (Р) оценивает принятые эхо-сигналы для определения ориентации дефекта, причем в зависимости от зарегистрированного времени прохождения сигнала между моментом подачи ультразвукового сигнала и моментом приема отраженного обратно дефектом ультразвукового эхо-сигнала для каждой измерительной точки (МР) рассчитывается расстояние (d) между измерительной точкой (МР) и подлежащей исследованию точкой (Р) и принятые с временным сдвигом в разных измерительных точках (МР) ультразвуковые эхо-сигналы подлежащей исследованию точки (Р) синфазно суммируются для их оценки.

Изобретение относится к генераторным трактам акустических эхоимпульсных локаторов. Преимущественная область использования - гидроакустика, ультразвуковая дефектоскопия.

Использование: для стабилизации скорости перемещения внутритрубного инспектирующего снаряда. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для стабилизации скорости перемещения внутритрубного инспектирующего снаряда состоит из цилиндрического полого корпуса, байпасных цилиндрических проходных каналов, модуля управления перепуском газа с аксиально перемещаемыми затворами запорных клапанов, первой и второй полиуретановых манжет, гидропривода, бортовой электронной аппаратуры, одометрического измерителя скорости движения устройства и системы электронного управления, при этом в него введены группа заслонок шарнирных секторных и электроуправляемый сбросной клапан, причем байпасный перепускной канал выполнен в виде полости в цилиндрическом корпусе самого инспектирующего снаряда, а модуль управления перепуском газа выполнен в виде цилиндрического корпуса с группой вертикальных щелей в передней части и группой горизонтальных щелей на цилиндрической его поверхности с цилиндрической шиберной задвижкой в передней его части, жестко соединенной с наружной поверхностью скользящей трубы, продольно перемещаемой по наружной поверхности гидравлического цилиндра, а также другие элементы устройства.

Использование: для визуализации ультразвуковой дефектоскопии трехмерного изделия. Сущность изобретения заключается в том, что устройство ультразвуковой томографии содержит антенную решетку с n приемно-передающими элементами, каждый из которых соединен с выходом соответствующего генератора импульсов и входом соответствующего усилителя, n аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока памяти реализации, количество выходов которого - N определено формулой N=n·(n+1)/2.

Использование: для визуализации ультразвуковой дефектоскопии трехмерного изделия. Сущность изобретения заключается в том, что размещают пьезопреобразователи антенной решетки на объекте контроля, причем расстояние между соседними положениями антенной решетки, при которой получают одно В-изображение, превышает половину длины ультразвуковой волны, производят циклическое ультразвуковое облучение объекта контроля поочередно каждым пьезопреобразователем антенной решетки и одновременный прием ультразвуковых волн и их преобразование в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки, усиливают и преобразуют в цифровые коды полученные электрические сигналы, проводят когерентную обработку сохраненных цифровых кодов, при которой разбивают объект контроля на локальные области, которые рассматривают в качестве локального сосредоточенного отражающего элемента.

Использование: для неразрушающего контроля длительно работающего металла эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют определение времени задержки поверхностных акустических волн и электронно-микроскопические исследования длительно работающего наплавленного и основного металла, при этом акустический критерий оценки ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла содержит коэффициент, учитывающий анизотропию акустических характеристик, а также коэффициент, учитывающий изменение величины локальных полей внутренних напряжений в исследуемом металле.

Использование: для ультразвукового контроля сварного шва стыкового соединения двух поперечных концов двух металлических полос. Сущность изобретения заключается в том, что концы двух металлических полос сдвигают и удерживают между первой и второй зажимными губками (2а, 2b), расположенными вдоль каждого из поперечных концов, при этом первая и вторая зажимные губки имеют между собой, по меньшей мере, такой промежуток, при котором образуется зазор (54, 55) для пропускания первого канала (52) передачи падающих волн, способных генерировать ультразвуковые волны на поверхности первой полосы, и для пропускания второго канала (61) передачи волн, исходящих от поверхности второй полосы; падающие волны первого канала генерируют при помощи лазерных импульсов в режиме, по меньшей мере, предусмотренном для применения третьего канала ультразвуковых волн, генерируемых на поверхности первой полосы, проходящих через сварной шов и выходящих во второй канал; на основании этапа анализа (7) режима, связанного с импульсами, и, по меньшей мере, одного измерения свойства, такого как сигнатура состояния вибрации поверхности второй полосы на выходе ультразвуковых волн во второй канал, определяют характеристики контроля сварного шва.

Использование: для контроля емкостей типа бутылок или банок на наличие нежелательных посторонних предметов. Сущность изобретения заключается в том, что емкости (1), такие как бутылки и т.п., а также металлические банки транспортируются в направлении транспортировки с помощью удерживающе-транспортирующих элементов (2) и заполняются на разливочных станциях продуктом, причем установка содержит, по меньшей мере, одно инспекционное устройство (6) для контроля бутылок или подобных емкостей (1) на наличие нежелательных посторонних веществ, связанное с блоком обработки, отличающаяся тем, что инспекционное устройство (6) является неотъемлемой составной частью удерживающе-транспортирующего элемента (2) и выполнено в виде пьезодатчика (6), причем инспекционное устройство (6) выполнено с возможностью соединения с емкостью (1) так, что она может двигаться в соответствующем направлении движения и в направлении транспортировки вместе с инспекционным устройством (6).

Использование: для контроля емкостей типа бутылок или банок на наличие нежелательных посторонних предметов. Сущность изобретения заключается в том, что бутылки или нечто подобное, а также банки транспортируются транспортными элементами вдоль направления транспортировки, причем транспортные элементы имеют центрирующие и/или фиксирующие элементы (3, 4) для закрепления соответствующего сосуда (7), а установка для обработки сосудов (1) имеет, по меньшей мере, одно устройство для контроля (8), производящее контроль бутылок или подобных сосудов (7) на наличие нежелательных посторонних веществ, также устройство для контроля (8) соединено с блоком обработки данных (18), при этом устройство для контроля (8) является интегральной составной частью транспортного элемента и/или его центрирующего и/или фиксирующего элемента (3, 4) и выполнено в виде пьезоэлектрического датчика, и что предусмотрен элемент для возбуждения, который побуждает подлежащий контролю сосуд (7) к перемещению в соответствующем направлении, при котором сосуд поднимается, и наоборот, причем устройство для контроля (8) может соединяться с сосудом таким образом, что он может перемещаться в соответствующем направлении перемещения и вдоль направления транспортировки вместе с устройством для контроля (8).

Способ относится к неразрушающим методам производственного контроля и может найти применение при анализе различных волоконных материалов в промышленности. Способ реализуется следующим образом.

Изобретение относится к неразрушающему контролю магистральных трубопроводов. В диагностируемый магистральный нефтепровод помещают внутритрубный снаряд-одометр, снабженный источником изотропного акустического излучения, линейкой приемников гидрофонов и бортовым микрокомпьютером. С помощью изотропного акустического источника излучают акустическую волну с частотой и амплитудой, задаваемыми бортовым микрокомпьютером, при этом с помощью линейки гидрофонов и микрокомпьютера непрерывно регистрируют поле давления на оси z нефтепровода относительно источника изотропного акустического излучения. По результатам этих измерений диагностируют изменение местоположения первого интерференционного минимума давления относительно источника изотропного акустического излучения. После чего привязывают эти данные к координатам по оси z относительно точки ввода снаряда-одометра внутрь нефтепровода и на основе полученных данных судят о целостности грунта, окружающего нефтепровод. Способ позволяет осуществить раннюю диагностику нарушения целостности грунта вокруг магистрального нефтепровода и предотвратить процесс его разрушения. 4 ил.

Использование: для измерения внутренних локальных механических напряжений в стальных конструкциях. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения внутренних локальных механических напряжений стальных конструкций, содержащее корпус, заполненный иммерсионной жидкостью, акустическое фокусирующее устройство в виде линз, взаимодействующее с ультразвуковым преобразователем, и блок приема информации с регистрирующими датчиками, при этом корпус выполнен в виде металлической емкости с расположенными в нем одинаковыми акустическими линзами, ко дну корпуса, с наружной стороны, закреплены приемные пьезопреобразователи, расположенные на фокальной плоскости линз, а в верхней части корпус снабжен стальной пробкой со сферической поверхностью, направленной к акустическим линзам, при этом с наружной стороны пробка имеет глухое отверстие, в котором расположен литиевый цилиндр, верхний конец которого взаимодействует с исследуемой конструкцией, а снаружи он окружен индукционной катушкой, закрепленной в кольце-каркасе, взаимодействующем с дополнительно установленной опорной перекладиной, которая соединена с нижней перекладиной, а блок приема информации снабжен импульсным генератором, двумя широкополосными усилителями, резистором, аналогово-цифровым преобразователем и персональным компьютером. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерения внутренних локальных механических напряжений в элементах стальных конструкций. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для неразрушающих методов контроля внутренних структур объектов. Сущность изобретения заключается в том, что лазерный ультразвуковой дефектоскоп содержит импульсный лазер, соединенный через оптоволокно с оптико-акустическим преобразователем, выполненным в виде единого блока, расположенного на исследуемом объекте, и содержащим пластину оптико-акустического генератора, а также пьезоприемник, соединенный через усилитель с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к компьютеру, при этом оптико-акустический генератор и пьезоприемник пространственно разнесены и размещаются на наклонных звукопроводах, контактирующих с исследуемым материалом, а лазер, аналого-цифровой преобразователь и блок питания размещены в отдельном корпусе. Технический результат: расширение функциональных возможностей устройства за счет использования различных типов акустических волн. 3 ил.

Использование: для лазерно-ультразвукового контроля качества паяных соединений. Сущность изобретения заключается в том, что генерируют с помощью импульсного лазера оптические импульсы, преобразуют их в акустический сигнал - последовательность ультразвуковых импульсов, образующих зондирующий ультразвуковой луч, облучают этим лучом исследуемый объект, принимают пьезоприемником отраженные от исследуемого объекта сигналы, анализируют их и по результатам анализа судят о внутренних дефектах объекта, при этом указанный акустический сигнал формируют в виде апериодической последовательности ультразвуковых импульсов длительностью от 5 до 20 нс с образованием зондирующего ультразвукового луча с диаметром в пределах от 0,6 до 1,0 мм. Технический результат: обеспечение возможности контроля качества паяных соединений тонких ячеистых двустенных металлических конструкций. 4 ил.

Использование: для ультразвукового обнаружения микротрещин на рабочей выкружке головки рельса. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности катания рельса устанавливают два электроакустических преобразователя, направленные на противоположные внутренние поверхности головки рельса, зондируют головку рельса, для чего, перемещая электроакустические преобразователи вдоль рельса, излучают зондирующие и принимают отраженные ультразвуковые сигналы, которые анализируют в выбранном временном окне, и делают заключение о наличии и степени развития дефекта, при этом положение и направление излучения электроакустических преобразователей выбирают так, чтобы их ультразвуковые зондирующие сигналы после отражения от внутренних поверхностей головки рельса были направлены соответственно на рабочую и нерабочую выкружки головки рельса, временное окно приема сигналов от микротрещин на рабочей выкружке головки рельса выбирают в окрестности ожидаемого времени приема сигналов, отраженных от выкружек головки рельса, в котором увеличивают чувствительность приема электроакустических преобразователей до уровня начала приема структурных шумов металла рельса, анализ отраженных ультразвуковых сигналов и заключение о наличии и степени развития микротрещин производят на основе сравнения отраженных сигналов, принятых электроакустическими преобразователями от рабочей и нерабочей выкружек. Технический результат: обеспечение возможности обнаружения и оценки степени развития микротрещин на выкружке головки рельса на разных стадиях. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ возбуждения акустических колебаний электромагнитно-акустическим (ЭМА) методом с использованием явления ЭМА-резонанса и может применяться при неразрушающем контроле, в частности, слабопроводящих материалов. Способ заключается в том, что в верхнем слое контролируемого изделия создают вихревые токи и инициируют возникновение и распространение акустических колебаний, при этом частоту возбуждающего поля выбирают из условий равенства длин волн электромагнитного и акустического полей, а фазу подстраивают до совпадения пространственного распределения вынуждающей силы с деформациями кристаллической решетки. Техническим результатом является повышение эффективности возбуждения акустических колебаний электромагнитно-акустическим методом. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: для динамической калибровки ультразвукового дефектоскопа. Сущность изобретения заключается в том, что проводят динамическую калибровку УЗ дефектоскопа, содержащего рядный блок электроакустических преобразователей, первый из которых является генератором УЗ излучения, а последующий преобразователь или преобразователи являются приемниками УЗ излучения, при этом пороговый уровень срабатывания дефектоскопа задают исходя из текущего значения амплитуды опорного сигнала, излучаемого зеркально по отношению к основному зондирующему сигналу и представляющего собой остаточное УЗ излучение генератора в текущем такте или принудительное УЗ излучение генератора в дополнительном такте. Технический результат: повышение точности задания порогового уровня срабатывания УЗ дефектоскопа в процессе контроля. 2 з.п. ф-лы. 17 ил.

Использование: для автоматизированного ультразвукового контроля крупногабаритных изделий, имеющих форму тел вращения. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют настройку чувствительности дефектоскопической аппаратуры в ручном режиме, ее проверку в автоматическом режиме, размещение на предметном столе установки контролируемого изделия, центрирование его, установку ультразвукового преобразователя на поверхности изделия в зоне начала контроля, включение автоматического режима контроля, сканирование преобразователем поверхности изделия по спирали, ввод - прием акустических колебаний контактно-щелевым методом с применением преобразователей с локальной ванной в изделие и в эталоны при настройке на них и проверке чувствительности аппаратуры, а также фиксирование наличия или отсутствия дефектов, при этом для контроля куполообразных изделий со сферическими поверхностями, преобразователь перемещают по дугообразной траектории, сканируют преобразователем поверхность изделия по выпуклой спирали Архимеда, и при обнаружении дефектов считывают их угловые координаты в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Технический результат: обеспечение возможности автоматизированного ультразвукового контроля качества куполообразных изделий со сферическими поверхностями. 2 ил.

Использование: для ультразвуковой толщинометрии с высоким разрешением. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе обследования трубопровода устройство ультразвуковой толщинометрии с высоким разрешением с использованием пьезоэлектрических преобразователей регистрирует отраженные сигналы от внутренней или внешней поверхностей стенки трубопровода, превышающие программно задаваемый порог, при этом выбираются отраженные сигналы по максимальному значению амплитуды, привязанной ко времени прихода от излученного импульса, далее из полученных сигналов выбирают не менее четырех сигналов по максимальным значениям амплитуд и регистрируют как значения времени от излученного импульса, так и амплитуды, при этом определяют границы начала изменения толщины стенки так называемой «зоны неопределенности границы дефекта» и в зависимости от структуры сигнала в «зоне неопределенности» вычисляют величину коррекции и далее корректируют сигналы отступа и толщины стенки трубопровода. Технический результат: обеспечение возможности определения границ зон изменения толщины стенки трубопровода с произвольным расположением плоскостей к нормали акустической оси пьезоэлектрического преобразователя. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: для определения длины патрубка, выступающего внутрь трубы тройникового соединения, посредством эхо-сигнала. Сущность изобретения заключается в том, что создают в стенке патрубка возмущающее воздействие с помощью излучателя ультразвуковых колебаний, установленного на наружной поверхности патрубка, и измеряют величину параметра входного сигнала путем снятия величины амплитуды и определяют на линии А-развертки местоположение отраженного ультразвукового импульса с жидкокристаллического экрана ультразвукового дефектоскопа, при этом дополнительно получают длину пути отраженного эхо-сигнала от торца патрубка до места установки излучателя путем перемещения излучателя ультразвуковых колебаний вдоль патрубка по наружной стенке для получения максимального эхо-сигнала с последующим расчетом длины выступающей части патрубка по соответствующей формуле. Технический результат: повышение точности и упрощение способа при определении длины патрубка стальных труб тройниковых соединений. 1 ил.
Наверх