Способ распознавания мест критического разрушения конструкции при статических испытаниях и устройство для его реализации Российский патент 2018 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к устройствам для определения мест предразрушения конструкций при прочностных испытаниях.

Известны следующие способы определения мест разрушения конструкции при статических испытаниях:

- способ измерения прохождения оптических сигналов в заранее определенных точках конструкции с применением световодов (патент RU №2316757 / Рахимов Н.Р., Серьезнов А.Н. Способ определения мест предразрушения конструкций);

- способ измерения электрического сопротивления резистивного токопроводящего слоя, нанесенного на поверхности конструкции с использованием метода акустической эмиссии (патент RU №2339938, Степанова Л.Н., Кареев А.Е., Кабанов С.И., Лебедев Е.Ю. / Способ диагностирования металлических конструкций и устройство для его осуществления; патент RU №2420750, Страхов А.Ф., Сускин В.В., Лазутин В.Ю., Комаров М.В. / Способ обнаружения координат локальных разрушений конструкций и устройство для его осуществления);

- способ измерения интенсивности ИК-излучения мест локального разогрева конструкции в процессе нагружения (патент RU №2240533, Сидоров О.Т., Сидоров Б.О. / Способ определения места разрушения конструкции).

Недостаток этих способов заключается в выявлении мест начала разрушений только после длительного анализа экспериментальной информации уже после разрушения конструкции, а также невозможности определить с необходимой достоверностью и быстродействием момент и место начала критического разрушения конструкции при статических испытаниях.

Известны устройства распознавания мест критического разрушения конструкций при статических испытаниях, содержащие объект испытаний, сервопривод (гидроцилиндр и сервоклапаны), датчик силы, насосную установку, датчики перемещения, тензодатчики, систему автоматизированного нагружения (Литвак В.И. / Автоматизация усталостных испытаний натурных конструкций. - М.: Машиностроение, 1972, с. 5-35, с. 128-163; Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. / Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. - М.: Машиностроение, 1974, с. 1-12, с. 253-318).

Недостатком данных устройств является несовершенство их конструкций, которое не позволяет выявить слабые места до начала критического разрушения испытываемой конструкции.

Задачей изобретения является выявление момента начала критического разрушения конструкции при статических испытаниях с возможностью локализации «слабого звена» конструкции, с которого начинается разрушение.

Поставленная задача решается тем, что при последовательном изменении уровня нагрузки от минимальной до максимальной и контроля нагрузки на каждой ступени нагружения по показаниям датчиков разных типов, установленных в местах предполагаемых разрушений конструкции, осуществляется непрерывный анализ по заданному алгоритму процесса изменения параметров первичных датчиков от уровня прилагаемой нагрузки и при выходе расчетного параметра любого датчика за область доверительного интервала, что может произойти в случае возникновения пластических деформаций, образования макротрещин или потери устойчивости элемента конструкции, происходит прекращение («замораживание») нагружения и фиксация положения конструкции на начальном этапе разрушения с сохранением целостности конструкции и с возможностью визуально зафиксировать источник начинающегося разрушения, при этом в процессе измерений анализ качества происходящего процесса осуществляется по единому алгоритму для любых типов первичных датчиков и не требует их предварительной калибровки.

Способ обеспечивает повышенную точность обнаружения начального места разрушения испытываемой конструкции. Отличительная особенность способа в том, что предоставляется возможность визуального определения мест предразрушений до катастрофического разрушения конструкции, а не после завершения разрушения, как в других способах, что позволяет оценить характер начинающегося разрушения, а значит и значительно более точно наметить пути доработки конструкции. Кроме того, алгоритм обработки един для любых типов датчиков и не содержит необходимости в тарировке или калибровке первичных датчиков системы.

Устройство для реализации способа распознавания мест критического разрушения конструкций при статических испытаниях, содержащее объект испытаний, сервопривод с датчиком силы, насосную установку, систему автоматизированного управления, снабжено системой динамической защиты и включает в себя первичные датчики системы (датчики перемещения, инклинометры, тензодатчики), а цифровые согласующие модули первичных датчиков и контроллер имеют связь с системой автоматизированного управления.

На чертеже представлена схема для осуществления способа распознавания мест критического разрушения конструкций при статических испытаниях.

Устройство содержит испытываемую конструкцию 1, сервопривод 2, датчик силы 3, насосную установку 4, систему автоматизированного управления 11, систему динамической защиты 8, включающую в себя первичные датчики перемещения 5, инклинометры 6, тензодатчики 7, типовые цифровые согласующие модули 9 для первичных датчиков и контроллер 10.

Способ реализуется следующим образом: нагрузка на испытываемую конструкцию 1 создается сервоприводом 2, подача рабочей жидкости в сервопривод 2 производится от насосоной установки 4. Нагружение осуществляется в соответствии с заданной программой от системы автоматизированного управления 11 с использованием в качестве обратной связи датчика силы 3. Система динамической защиты 8 с помощью модулей 9 и контроллера 10, входящих в ее состав, осуществляет непрерывное чтение данных с датчиков 5, 6, 7 и, в режиме реального времени, проводит анализ изменения их параметров от уровня прилагаемой нагрузки.

При нагрузке, близкой к разрушающей, в конструкции возникают пластические деформации, образуются макротрещины или происходит потеря устойчивости какого-либо элемента конструкции, что влечет за собой кардинально иной характер изменения параметров датчиков 5, 6, 7 от уровня прилагаемой нагрузки, и при выходе расчетных параметров любого из датчиков за установленный «доверительный» интервал, который фактически характеризует зону работы закона Гука при нагружении конструкции, система динамической защиты 8 генерирует для системы автоматизированного управления 11 сигнал экстренного прекращения нагружения с фиксацией положения штока сервопривода 2 (режим «Заморозка»).

Предлагаемый вариант системы динамической защиты останавливает нагружение конструкции и предотвращает процесс катастрофического разрушения конструкции. Динамическая защита включена в опции автоматизированной системы управления как вид программной аварии при проведении статических испытаний, реакцией на которую является экстренное отключение всех каналов управления, что позволяет остановить нагружение конструкции, «замораживая» процесс ее катастрофического разрушения в начальной точке разрушения.

Обнаружение места начала разрушения до того, как произойдет катастрофическое разрушение, позволяет точно оценить причину, вызвавшую разрушение, произвести доработку конструкции или ремонт объекта и продолжить его испытания при более высоких уровнях нагрузок. Благодаря этому, зачастую без больших затрат, становится возможным увеличение эксплуатационных нагрузок и живучести конструкции в реальных условиях эксплуатации.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к устройствам для прочностных испытаний конструкций. В способе осуществляется непрерывный анализ процесса изменения параметров первичных датчиков от уровня прилагаемой нагрузки и при выходе расчетного параметра любого датчика за область доверительного интервала, что может произойти в случае возникновения пластических деформаций, образования макротрещин или потери устойчивости элемента конструкции, происходит прекращение нагружения и фиксация положения конструкции на начальном этапе разрушения с сохранением целостности конструкции для экспресс-анализа или доработки. Устройство содержит объект испытаний, сервопривод с датчиком силы, насосную установку, систему автоматизированного управления нагружением, систему динамической защиты и способно прекратить нагружение путем фиксации («замораживания») штока сервопривода, останавливая процесс катастрофического разрушения конструкции в самом его начале и сохраняя целостность конструкции, и далее, опираясь лишь на номера спровоцировавших экстренный останов датчиков, локализовать место начала разрушения на конструкции для визуальной оценки характера начинающегося разрушения. Технический результат заключается в локализации наиболее слабого места в испытываемой конструкции с сохранением ее целостности при начинающемся критическом разрушении, обеспечении необходимой точности и надежности распознавания мест начала критического разрушения конструкции при статических испытаниях и, как следствие, возможности доработки «слабого звена» конструкции с целью увеличения эксплуатационных нагрузок и увеличения живучести объекта в реальных условиях эксплуатации. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ распознавания мест критического разрушения конструкций при статических испытаниях, заключающийся в последовательном изменении уровня нагрузки от минимальной до максимальной и контроля нагрузки на каждой ступени нагружения, отличающийся тем, что по показаниям датчиков разных типов, установленных в местах предполагаемых разрушений конструкции, осуществляется непрерывный анализ процесса изменения параметров первичных датчиков от уровня прилагаемой нагрузки и при выходе расчетного параметра любого датчика за область доверительного интервала, что может произойти в случае возникновения пластических деформаций, образования макротрещин или потери устойчивости элемента конструкции, происходит прекращение («замораживание») нагружения и фиксация положения конструкции на начальном этапе разрушения с сохранением целостности конструкции и с возможностью визуально зафиксировать источник начинающегося разрушения, при этом в процессе измерений анализ качества происходящего процесса осуществляется по единому алгоритму для любых типов первичных датчиков, не требующему их предварительной калибровки.

2. Устройство для реализации способа распознавания мест критического разрушения конструкций при статических испытаниях, содержащее объект испытаний, сервопривод с датчиком силы, насосную установку, систему автоматизированного управления, отличающееся тем, что устройство снабжено системой динамической защиты, включающей в себя первичные датчики системы (датчики перемещения, инклинометры, тензодатчики), при этом цифровые согласующие модули первичных датчиков и контроллер имеют связь с системой автоматизированного управления.