Способ регистрации параметров разрушения материалов



Способ регистрации параметров разрушения материалов
Способ регистрации параметров разрушения материалов
Способ регистрации параметров разрушения материалов
Способ регистрации параметров разрушения материалов
Способ регистрации параметров разрушения материалов
Способ регистрации параметров разрушения материалов

 


Владельцы патента RU 2617566:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) (RU)

Изобретение относится к области исследования механических свойств проводящих и диэлектрических материалов при их обработке и может быть использовано при получении информации в процессе различных работ, связанных с токарной обработкой, сверлением, фрезерованием, шлифованием, прокаткой и другими технологическими операциями. Сущность: осуществляют деформацию материала под воздействием, превышающим уровень его разрушения, прием возникающего при этом электромагнитного излучения антенной в радиодиапазоне и регистрацию принятого сигнала. Скорость деформации определяют по форме нарастания сигналов, по их амплитуде судят о величине разрушения, а по спектру сигналов судят о наличии микронеровностей на обрабатываемой поверхности материала в каждый момент времени. Технический результат: возможность бесконтактно получать дополнительную информацию в электромагнитном диапазоне, корректировать процесс обработки материала без отключения режимов работы всей системы, что увеличивает эффективность технологических операций. 5 ил.

 

Изобретение относится к области исследования механических свойств проводящих и диэлектрических материалов при их обработке и может быть использовано при получении информации в процессе различных работ, связанных с токарной обработкой, сверлением, фрезерованием, шлифованием, прокаткой и другими технологическими операциями.

Известен способ получения информации о глубине резания материала, соответственно, геометрических размерах образца, величине деформации и шероховатости, основанный на использовании преобразователей оптического излучения, работающих в отраженном режиме перекрытия излучения при изменении геометрических размеров образца [1].

При использовании отраженного режима в оптическом способе основной поток излучения разделяют на два луча, один из которых отражается от первоначальной поверхности образца, второй луч отражается от обработанной поверхности. Затем два луча сравнивают и получают информацию о геометрических размерах материала.

Оптический метод позволяет получать информацию о чистоте (шероховатости) поверхности, но уровень сигнала сравним по величине с сигналом от вибрации объекта. В целом оптический метод имеет большую погрешность измерения и на практике редко применяется.

Известен способ на основе радиоизотопных источников, использующих α, β, γ-излучение, по изменению интенсивности которых при прохождении контролируемого образца судят о параметрах разрушения данного материала [2].

Способ не работает в отраженном режиме, так как статистический разброс регистрируемых сигналов значительно превышает уровень полезного сигнала. Работа способа в режиме прохождения излучения через образец позволяет получать полезный сигнал при изменении геометрических размеров обрабатываемого материала. Однако изменение типа материала требует выбор источника излучения, возникает необходимость защиты для обслуживающего персонала, оценки статистической погрешности и учета величины распада источника излучения во времени. Способ из-за низкой достоверности результатов измерения в практике не применяется.

Известен ультразвуковой метод, который генерирует акустические волны от источника внешнего воздействия, проходящего через образец, регистрируют их приемником излучения, по сигналам которого судят о происходящих механических процессах в образце [3].

Для получения устойчивых сигналов, прошедших образец, необходим плотный контакт излучателя и приемника с образцом. При изменении плотности метод неэффективен из-за сильных шумовых помех.

В ряде случаев при механической обработке материала, например при сверлении, шлифовании, рассматриваемый метод может быть применим, когда одна часть объекта закреплена постоянно и не перемещается при воздействии ультразвуковой волны. Учитывая, что частота ультразвука составляет несколько кГц, при механической обработке образца ультразвуковые колебания модулируются частотой обработки механического процесса. В нашем случае частота модуляции определяется скоростью вращения сверла или частотой вращения шлифовального круга. Амплитуда модулированного сигнала зависит от величины «среза» (сверлом или шлифовальным кругом) материала образца и превышает уровень шума незначительно, что также является ограничением.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является способ, основанный на регистрации возникающего электромагнитного излучения в радиодиапазоне при динамическом деформировании и последующем разрушении материала [4]. Авторами установлено, что при динамическом деформировании и последующем разрушении материала возникает электромагнитное излучение в радиодиапазоне, которое может быть зарегистрировано и параметры которого коррелируются с временными параметрами механического процесса деформирования материала.

Известный способ предполагал воздействие на исследуемый материал, обеспечивающее его разрушение, например, с помощью соударения метаемого ударника с мишенью, и регистрацию возникающего излучения с помощью различного вида антенн.

Недостатком известного способа является то, что с его помощью не устанавливались величина деформации, величина разрушения и величина неровностей на поверхности разрушаемого тела.

Заявляемый в качестве изобретения способ регистрации параметров разрушения материалов направлен на определение величин деформации и микронеровностей обрабатываемой поверхности материала.

Указанный результат достигается тем, что способ регистрации параметров разрушения материала включает его деформацию под воздействием, превышающим уровень разрушения материала, прием возникающего при этом электромагнитного излучения антенной в радиодиапазоне и регистрацию принятого сигнала, скорость деформации определяют по форме нарастания сигналов, по их амплитуде судят о величине разрушения, а по спектру сигналов судят о наличии микронеровностей на обрабатываемой поверхности материала в каждый момент времени.

В результате проведенных исследований была установлена корреляция между величиной деформации и формой нарастания регистрируемых сигналов электромагнитного излучения, что позволяет на основании полученного знания определять величину деформации на основании анализа формы сигналов.

Кроме того, было установлено, что величина разрушения связана с амплитудой сигнала, а спектр сигнала - с размером микронеровностей поверхности материала, обусловленных этими разрушениями.

Сущность заявляемого способа поясняется примерами его реализации и графическими материалами. На фиг. 1 представлена блок-схема установки, на которой были реализованы режимы однократного и многократного воздействия на образец вплоть до его разрушения. На фиг. 2 представлена осциллограмма электромагнитного импульса при однократном воздействии ударника на образец. На фиг. 3 представлена осциллограмма электромагнитного излучения при многократном воздействии ударника на мишень. На фиг. 4 представлена осциллограмма импульсов излучения, зарегистрированных при многократном воздействии на образец во время его обработки на токарном станке. На фиг. 5 представлен спектр сигналов, зарегистрированных при колебаниях ударника во время взаимодействия с мишенью.

Пример 1. Реализация заявленного способа, обеспечивающего однократное воздействие на образец путем соударения, осуществлялась с помощью экспериментальной установки (см. фиг. 1), которая содержала средство 1 для метания ударника 2 в образец 3 исследуемого материала. В качестве средства 1 для метания ударника 2 использовалась пневматическая пушка. Для регистрации электромагнитного излучения применялись антенны 4 различных типов: рамочная, штыревая, ферритовая. Сигналы с антенн поступали на осциллографы и регистрировались с помощью фотоаппаратов (не показано).

Пример 2. Применение указанного способа при многократном воздействии на образец, например шлифование, токарная обработка, сверление проводилось на соответствующих станках (на чертежах не показаны) в условиях непрерывного давления инструментом на образец в диапазоне частот от нескольких Гц и выше. Нижний предел частоты определяется минимальным уровнем сигнала при проведении реальных экспериментов. В этом случае антенна размещалась в непосредственной близости от зоны взаимодействия рабочего инструмента с обрабатываемым материалом.

На фиг. 2 приведен электромагнитный импульс при однократном воздействии твердосплавного ударника на проводящий из дюралюминия образец, где по оси ординат отложена амплитуда сигнала, а по оси абсцисс - время в миллисекундах.

В данном случае величина сигнала исследуемого материала определяет начало разрушения образца (линия 1 на фиг. 2), фронт нарастания сигнала (отрезок 2 на фиг. 2) характеризует скорость деформации образца, приводящего к его разрушению (например, выкрашивание поверхности при нанесении одиночного ударного воздействия). В экспериментах было выяснено, что быстродинамическое деформирование различных материалов сопровождается электромагнитным излучением, генерируемым исследуемым материалом. Временные параметры излучения - фронт нарастания, амплитуда сигналов и спектр излучения коррелируют с временными параметрами механического процесса деформирования.

В экспериментах с соударением было установлено, что сигналы, зарегистрированные антеннами, являются электромагнитными, так как обладают рядом характерных особенностей: поляризация электромагнитного излучения в свободном пространстве является поперечной, а электрическая и магнитная составляющие на больших расстояниях ослабевают пропорционально 1/r, где «r» - расстояние до источника излучения [5].

Таким образом, при ударном деформировании различных по своей физической природе материалов генерируется импульс электромагнитного излучения, по параметрам которого определяется скорость деформирования образца (мишени) и начало разрушения материала, который определяется уровнем предельной величины электрической составляющей сигнала для каждой пары соударения.

Сигналы электромагнитного излучения при многократном воздействии ударника на мишень (фиг. 3), где по оси абсцисс установлено время в мс, по оси ординат - амплитуда сигналов в милливольтах, практически по форме не отличаются от электромагнитных сигналов при воздействии инструмента (резца, сверла) на образец обрабатываемого материала.

На фиг. 4 приведены типичные осциллограммы импульсов электромагнитного излучения при многократном воздействии на образец при его токарной обработке. Размеры образца составляли ~1369 мм, диаметр 20 мм. Характерной особенностью электромагнитных сигналов (фиг. 4) является появление разнополярных импульсов в процессе обработки, что подтверждает появление отраженных волн в длинном образце. При многократном воздействии и постоянном числе оборотов вращающегося образца частота следования импульсов электромагнитного излучения остается постоянной на протяжении всего времени регистрации.

Появление высокочастотных составляющих в электромагнитном сигнале (фиг. 4) характеризует неравномерность обработки поверхности материала. Спектральный анализ показывает, что появление высокочастотных составляющих (фиг. 5) происходит также за счет колебаний ударника (резца) при динамическом деформировании материала. Уменьшение колебаний резца при заданных режимах обработки приводит к уменьшению высокочастотных составляющих в спектре сигнала (см. линия 1 на фиг. 5).

Таким образом, предлагаемый способ дает возможность бесконтактно получать дополнительную информацию в электромагнитном диапазоне, корректировать процесс обработки материала без отключения режимов работы всей системы, что увеличивает эффективность технологических операций.

Источники информации

1. Dumlin A. Optische Datenerfassung mit CCD-Kameras Electronik 25/17, 12, 1982, s. 89-90.

2. Gray Thomas. Al ha - radiotiongaging techgues as applied to Basis weigt measurement. «ТАРРТ», 1967, 50, №1.

3. Ландау Л.Д. Теория упругости. М., 1966 г., с. 326.

4. Бивин Ю.К., Чурсин А.С. и др. Электромагнитное излучение при динамическом деформировании различных материалов. М., РАН, МТТ, №1, 1982 г.

5. Фейтан р., Лейтон Р. Электродинамика, т. 6. М.: Мир, 1977 г.

Способ регистрации параметров разрушения материалов включающий его деформацию под воздействием, превышающим уровень разрушения материала, прием возникающего при этом электромагнитного излучения антенной в радиодиапазоне и регистрацию принятого сигнала, отличающийся тем, что скорость деформации определяют по форме нарастания сигналов, по их амплитуде судят о величине разрушения, а по спектру сигналов судят о наличии микронеровностей на обрабатываемой поверхности материала в каждый момент времени.



 

Похожие патенты:

Использование: для неразрушающего контроля эхо-импульсным методом магистрального трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что контроль роста усталостной трещины производят путем одновременной передачи не менее двух сигналов в виде импульсных ультразвуковых колебаний от источников, размещенных в одной плоскости на одной общей платформе, причем сигналы формируют разной частоты и они направлены под разными углами к исследуемому объекту, а прием сигналов производят посредствам устройств, смонтированных на второй платформе в той же плоскости, что и источники импульсных ультразвуковых колебаний, при этом платформы располагают в одной плоскости на внешней стороне магистрального трубопровода, измеряют время распространения ультразвуковых колебаний в исследуемом образце и рассчитывают геометрические характеристики усталостных трещин магистральных трубопроводов.

Использование: для оценки величин дефектов в тестируемом объекте при ультразвуковом тестировании. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют оценку величин дефектов в тестируемом объекте, реализуя следующие этапы: определение (S1) набора данных измерений тестируемого объекта; выполнение (S2) обработки способом фокусировки синтезированной апертуры (SAFT-обработки) определенного набора данных измерений; вычисление (S3) ультразвуковых эхо-сигналов для множества величин дефектов в тестируемом объекте посредством моделирования эхо-сигналов для сценария тестирования; выполнение (S4) SAFT-обработки для вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов каждой из множества величин дефектов; оценка (S5) величины дефекта в SAFT-обработке определенного набора данных измерений посредством сопоставления SAFT-обработок вычисленных ультразвуковых эхо-сигналов.

Использование: для неразрушающего контроля степени поврежденности металлов контейнеров с отработавшим ядерным топливом. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхность контейнера устанавливают ультразвуковые излучатели и приемники сигналов в равном количестве, которые формируют прямоугольные импульсы с соответствующей шириной, длительностью частотой.

Использование: для обнаружения дефектов ультразвуковыми методами. Сущность изобретения заключается в том, что предварительно в процессе калибровки ультразвукового дефектоскопа на эталонном образце - металлической пластине, имеющей одинаковую с водоводом толщину, геометрию и химический состав и акустически нагруженную на воду, пьезопреобразователем излучают в эталонный образец зондирующий УЗ (ультразвуковой) импульс, пьезопреобразователем принимают отраженный опорный эталонный реверберационный УЗ эхо-сигнал, который регистрируют и фиксируют, далее пьезопреобразователь устанавливают в точку контроля на поверхности металлического водовода, в контролируемый водовод пьезопреобразователем излучают зондирующий УЗ импульс, пьезопреобразователем принимают рабочий УЗ эхо-сигнал, который регистрируют и фиксируют, далее из зарегистрированного рабочего эхо-сигнала вычитают зарегистрированный ранее опорный эталонный реверберационный УЗ эхо-сигнал, полученный в результате вычитания разностный измерительный эхо-сигнал запоминают, а о глубине водяного кармана судят по измеренному времени запаздывания первого импульса разностного измерительного эхо-сигнала относительно зондирующего УЗ импульса.

Использование: для ультразвукового обнаружения микротрещин на рабочей выкружке головки рельса. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности катания рельса устанавливают два электроакустических преобразователя, направленных зеркально относительно плоскости поперечного сечения так, чтобы ультразвуковой зондирующий сигнал каждого из них после отражения от нижней выкружки попадал на верхнюю выкружку головки рельса, зондируют головку рельса, для чего, перемещая электроакустические преобразователи вдоль рельса, излучают каждым из них зондирующие и принимают отраженные от верхней выкружки головки рельса ультразвуковые сигналы в соответствующем временном окне, дополнительно принимают ультразвуковые сигналы, отраженные от нижних выкружек головки рельса в соответствующих временных окнах приема, чувствительность приема каждого электроакустического преобразователя во всех временных окнах приема постоянно выбирают так, чтобы получать сигналы от металлургических неровностей на нижней выкружке головки рельса, заключение о наличии и ориентации микротрещин на верхней выкружке головки рельса производят на основе совместного анализа сигналов, полученных электроакустическими преобразователями.

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что на первом этапе опорный эхо-сигнал электроакустической наводки регистрируется и запоминается в блоке накопителя, при этом для формирования опорного сигнала из материала, идентичного материалу контролируемого образца, изготавливается бездефектный эталонный стандартный образец (СО), бездефектность которого гарантируется применением других методов испытаний, размер контролируемой толщины этого бездефектного эталонного образца выбирается большим, чем максимальная толщина контролируемого объекта, что гарантирует отсутствие каких-либо донных сигналов в пределах контролируемого интервала глубин; далее на втором этапе пьезопреобразователь устанавливается на поверхность контролируемого изделия, регистрируется рабочий эхо-сигнал, который подается на первый вход блока вычитания, на второй вход которого подается сигнал из блока накопителя, а сигнал с выхода блока вычитания подается на индикатор.

Использование: для оценки качества конструкций замкнутого контура с внутренней полостью, изготовленных из полимерных композиционных материалов, например углепластика или стеклоуглепластика.

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью ультразвуковых волн акустическими контрольно-измерительными приборами и может быть использовано при неразрушающем контроле материалов и изделий в различных областях промышленности.

Использование: для выявления поперечно ориентированных дефектов при ультразвуковом сканировании изделия с отражающим дном. Сущность изобретения заключается в том, что два многоэлементных ультразвуковых преобразователя размещают на поверхности контролируемого изделия в заранее рассчитанном положении, излучают и фиксируют ультразвуковые эхо-импульсы, восстанавливают множество парциальных изображений, получают изображение дефектов, используя несколько путей от излучающего до приемного преобразователя с отражением от дна и поверхности, суммируют восстановленные парциальные изображения для каждого положения преобразователей.

Использование: для определения точного объема вынесенного металла коррозионных дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения точного объема вынесенного металла коррозионных дефектов состоит из следующих этапов: предварительная загрузка данных о потерях металла; разбиение на зоны в каждой области потери металла с вычислением объема каждой зоны; подсчет объемов во всех зонах областей потерь металла и вычисление общего объема для всего анализируемого участка трубопровода.

Изобретение относится к неразрушающим методам и средствам дефектоскопии технически сложных элементов конструкции. Сущность: элемент конструкции, к которому есть доступ, нагружают переменной механической нагрузкой и вызывают его перемещения. Измеряют параметры процесса перемещения элемента конструкции, к которому есть доступ. Затем сравнивают с такими же параметрами элемента конструкции, уровень дефектов которой принимают за допустимый. Причем перед нагружением элемента конструкции, к которому есть доступ, устанавливают жесткую связь, обеспечивающую общий резонанс, с элементом конструкции, к которому нет доступа. Устройство содержит возбудитель и приемник свободных колебаний, каждый из которых имеет пьезоэлемент, подключенный к генератору колебаний или индикатору измерений. Возбудитель и приемник свободных колебаний состоят из расчлененных по длине стальных стержней и имеют комплект съемных элементов, которые имеют широкий диапазон рабочих частот. Технический результат: проведение неразрушающей дефектоскопии технически сложных элементов конструкции и осуществление неразрушающей дефектоскопии технически сложных элементов конструкции, находящихся в сборке, к которым нет доступа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: для неразрушающего ультразвукового контроля изделий. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют ввод излучающим преобразователем ультразвуковых колебаний в изделие, прозвучивание свода изделия импульсами ультразвуковых колебаний и прием прошедших свод изделия ультразвуковых колебаний в воздушной среде канала изделия устройством с приемным преобразователем, при этом проводят предварительный ультразвуковой контроль изделия известным способом для определения участков, на которых фиксируется прохождение ультразвуковых колебаний через свод изделия, после чего на один из таких участков устанавливают неподвижно излучающий ультразвуковой преобразователь, выбирают акустически непрозрачный участок изделия для определения на нем сплошности скрепления полимерного материала с прилегающей к нему поверхностью корпуса, а также участок изделия, симметричный ему относительно излучающего преобразователя и образующей поверхности изделия, проходящей через место контакта излучающего преобразователя с поверхностью изделия, ориентируют устройство с приемным преобразователем путем поворота и продольного перемещения относительно оси изделия на участок поверхности канала, радиально противоположный выбранному акустически непрозрачному участку, устанавливают уровень сигнала в пределах экрана без ограничения сверху, и при неподвижно установленном излучающем преобразователе сканируют ультразвуковым приемным преобразователем участки поверхности канала изделия, радиально-противоположные выбранному акустически непрозрачному участку и симметричному ему участку, и последовательно сравнивают сигналы на данных участках, выявляя участки, на которых имеет место относительное уменьшение уровня сигнала, после чего аналогичным образом проверяют другие акустически непрозрачные участки. Технический результат: обеспечение возможности, качества, надежности и полноты ультразвукового контроля изделий. 1 ил.
Наверх