УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ОДНООСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2005 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для оценки повреждений одноосных конструкций с помощью свободных упругих колебаний.

Известно устройство для акустического контроля изделий, содержащее возбудитель упругих колебаний изделия с изменяющейся частотой, а также приемник упругих колебаний с регистратором резонансных частот и вычислителем отклонений данных частот от их паспортных значений (см. а.с. СССР №690378, кл. G 01 N 29/04, 1977 [1]).

Недостатком данного устройства являются значительные сложности и трудоемкость контроля, обусловленные необходимостью определения для каждого неповрежденного изделия паспортных значений резонансных частот колебаний его участков.

Известно также устройство для виброакустического контроля изделий, содержащее возбудитель импульсов свободных упругих колебаний в контролируемом участке изделия, а также приемник и измеритель собственной частоты резонансных колебаний, позволяющий судить о дефектности контролируемого участка изделия (см. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник под ред. В.В.Клюева. М., "Машиностроение", 1976, т.2, с.271 [2]).

Недостатками данного устройства являются низкая чувствительность контроля, значительная вероятность повреждения конструкции в процессе контроля.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для виброакустического контроля одноосных конструкций, содержащее фиксатор локальных зон конструкции в виде скобы, имеющей возможность перемещения вдоль конструкции и жесткого закрепления на концах локальной зоны, присоединенную массу, размещенную в центре локальной зоны конструкции, а также возбудители и приемник колебаний присоединенной массы (см. а.с. СССР №1396047, кл. G 01 N 29/04, 1986 [3], принятое за прототип).

Недостатками устройства-прототипа являются сравнительно низкая чувствительность и производительность контроля, значительная вероятность повреждения конструкции в процессе контроля. Это объясняется сравнительно слабой корреляцией между амплитудой колебаний присоединенной массы и характером скрытых дефектов конструкции, необходимостью перезакрепления при каждом измерении присоединенной массы, связанной к тому же с возбудителем и приемником колебаний, к новой локальной зоне, многократным увеличением динамических нагрузок при упругих колебаниях дефектных участков конструкции, непосредственно нагруженных присоединенной массой.

Сущность изобретения заключается в создании устройства для виброакустического контроля одноосных конструкций, позволяющего в принципе исключить применение присоединенной массы для индикации дефектов в локальной зоне, реализующее косвенный метод измерения, путем использования прямого метода непосредственной фиксации скачкообразного изменения контактной жесткости локального участка в месте дефекта за счет введения этого локального участка в непосредственный упругий контакт с дополнительной колебательной системой.

Технический результат - повышение чувствительности и производительности контроля, уменьшение вероятности повреждения конструкции в процессе контроля.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для виброакустического контроля одноосных конструкций, содержащем фиксатор локальных зон конструкции в виде скобы, имеющей возможность перемещения вдоль конструкции и жесткого закрепления на концах локальной зоны, а также приемник упругих колебаний, особенность заключается в том, что между скобой и конструкцией размещена упругая ферромагнитная пластинка, продольная ось которой перпендикулярна оси конструкции, при этом один конец пластинки консольно закреплен на скобе, другой конец введен в свободный упругий контакт с конструкцией с возможностью относительного смещения, а приемник упругих колебаний выполнен в виде закрепленной на скобе цилиндрической катушки, концентрично охватывающей ферромагнитную пластинку.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено устройство для виброакустического контроля одноосных конструкций, общий вид с продольным разрезом; на фиг.2 - вид А на фиг.1.

Предлагаемое устройство для виброакустического контроля одноосных конструкций содержит фиксатор локальных зон конструкции 1 в виде скобы 2, имеющей возможность перемещения вдоль конструкции 1 и жесткого закрепления на концах 3, 4 локальной зоны 5 с помощью специальных зажимов (не показаны), размещенную между скобой 2 и конструкцией 1 упругую ферромагнитную пластинку 6, продольная ось которой перпендикулярна оси конструкции 1, причем один конец пластинки 6 консольно закреплен на скобе 2, а другой введен в свободный упругий контакт с конструкцией 1 с возможностью относительного смещения при помощи надетого на конец пластинки 6 специально сменного наконечника 7, частично охватывающего конструкцию 1, а также приемник свободных упругих колебаний пластинки 6, выполненный в виде закрепленной одним из торцов на скобе 2 цилиндрической катушки 8, концентрично охватывающей ферромагнитную пластинку 6 и подключенной к частотомеру 9.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Фиксируют на конструкции 1 локальную зону 5, для чего перемещают скобу 2 в соответствующее положение и жестко фиксируют по концам 3, 4 локальной зоны 5. При этом вместе со скобой 2 перемещается консольно укрепленная на скобе 2 упругая ферромагнитная пластинка 6, введенная свободным концом в упругий контакт со слабым натягом с конструкцией 1, причем во избежание проскальзывания (смещения в боковом направлении) конца пластинки 6 относительно конструкции 1 контакт осуществлен с помощью специального сменного наконечника 7. С помощью импульсного воздействия возбуждают свободные изгибные колебания упругой пластинки 6 (колебания легко возбуждаются простым постукиванием по скобе 2, то есть нет необходимости в применении специального ударного устройства либо подаче электрического импульса в катушку 8), снимают с помощью катушки 8 наводимую при колебаниях ферромагнитной пластины 6 э.д.с. индукции и измеряют частотомером 9 частоту свободных упругих колебаний пластинки 6. Последовательно перемещают скобу 2 вдоль конструкции 1 в пределах контролируемого участка последней, фиксируют в процессе контроля момент скачкообразного изменения частоты свободных колебаний пластинки 6 и по данному моменту определяют местоположение локальной зоны с дефектом.

Принцип действия, реализуемого данным устройством способа контроля, состоит в следующем. Как известно из теории колебаний, низшая собственная частота балки (упругой пластинки) определяется как изгибной жесткостью самой балки, так, причем в значительной степени, контактной жесткостью стыкового соединения балки (упругой пластинки 6) с конструкцией 1 (см., например, Левина З.М., Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин. М., Машиностроение, 1971 [4]; Ананьев И.В., Колбин Н.И., Серебрянский Н.П. Динамика конструкций летательных аппаратов. М., Машиностроение, 1972 [5]). В данном конкретном случае при свободном упругом контакте с натягом конца пластинки 6 с конструкцией 1 контактная жесткость стыкового соединения однозначно определяется локальной жесткостью контролируемой конструкции 1 в месте ее контакта с пластинкой 6, а следовательно, наличием или отсутствием дефекта в данной зоне. Очевидно, что при наличии даже скрытого дефекта локальная жесткость конструкции 1 скачком уменьшается и одновременно скачком уменьшается низшая собственная частота пластинки 6. Как подробно исследовано в литературе [4, 5], изменение условий контакта пластинки 6 приводит к скачкообразному изменению корней частотного уравнения и может привести к изменению частоты порядка в 2-2,5 раза.

Очевидно, что предлагаемое устройство характеризуется рядом существенных преимуществ по сравнению с известными устройствами. Во-первых, это резкое повышение производительности контроля, так как здесь не требуется никакого закрепления присоединенной массы в каждом новом положении локальной зоны на конструкции, весь контактный узел перемещается относительно конструкции 1 вместе со скобой 2. Во-вторых, это значительное повышение чувствительности контроля из-за значительного изменения собственной частоты пластинки при ее контакте с дефектной зоной (с одной стороны, амплитуда колебаний значительно менее чувствительна к наличию дефекта, чем частота, а с другой - попытка увеличить амплитуду колебаний в "разы" мгновенно вызовет разрушение конструкции в зоне дефекта). И, наконец, в-третьих, и что, по мнению заявителя, самое важное, в предлагаемом устройстве значительно уменьшается вероятность повреждения конструкции в процессе контроля, что обусловлено изменением самого принципа контроля. В отличие от устройства-прототипа здесь не раскачивают локальный участок конструкции в резонансном режиме, а, наоборот, упруго поджимают пластинкой, что в принципе предотвращает его раскачивание и исключает даже саму возможность возникновения резонансных режимов колебаний.

Использование: в неразрушающем контроле для оценки повреждений одноосных конструкций с помощью свободных упругих колебаний. Устройство включает фиксатор локальных зон конструкции в виде скобы, имеющей возможность перемещения вдоль конструкции и жесткого закрепления на концах локальной зоны, а также приемник упругих колебаний. При этом между скобой и конструкцией размещена упругая ферромагнитная пластинка, продольная ось которой перпендикулярна оси конструкции, один конец пластинки консольно закреплен на скобе, другой конец введен в свободный упругий контакт с конструкцией с возможностью относительного смещения. Приемник упругих колебаний выполнен в виде закрепленной на скобе цилиндрической катушки, концентрично охватывающей ферромагнитную пластинку. В результате повышается чувствительность и производительность контроля, уменьшается вероятность повреждения конструкции в процессе контроля. 2 ил.

Устройство для виброакустического контроля одноосных конструкций, включающее фиксатор локальных зон конструкции в виде скобы, имеющей возможность перемещения вдоль конструкции и жесткого закрепления на концах локальной зоны, а также приемник упругих колебаний, отличающееся тем, что между скобой и конструкцией размещена упругая ферромагнитная пластинка, продольная ось которой перпендикулярна оси конструкции, при этом один конец пластинки консольно закреплен на скобе, другой конец введен в свободный упругий контакт с конструкцией с возможностью относительного смещения, а приемник упругих колебаний выполнен в виде закрепленной на скобе цилиндрической катушки, концентрично охватывающей ферромагнитную пластинку.