Устройство для определения остаточного ресурса технических объектов Советский патент 1983 года по МПК G06F17/00 

Изобретение относится к устройствам дпя определения накопления усталостных пчэвреждений в узлах и элементах конструкций и Машин и может быть применено для оценки величины.усталостных повреждений и остаточного pecsФca в различных узлах и элементахконструкций и машин, находящихся в реальных условиях эксплуатации, что позволяет оценивать их надежность и уточнять сроки проведения профилактических мероприятий,

Известно устройство для контрол усталостного разрушения изделий, содержащее преобразователь действующих напряжений, подключенный через усилитель к регулируемсму пороговому элементу и параллельным каналам, каждый из которых вклчает последовательно соединенные пороговый элемент, формирователь, счетчик.ЦИКлов и блок заполнения, индикатор диапазона, к входам которого подключены выходы всех каналов, подключенные также к. входам регулируемого порогового элемента, который подключен выходом к сигйалзатору перегрузки, первый Коммутатор, подключенный между формироватлями и счетчиками циклов, второй коммутатор, подключенный между счечиками и блоками заполнения, первый и второй блок управления и последовательно соединенные блок ввода информации, входы которого подключены к выходам счетчиков и блоков управления, ячейку памяти и блок установки, другие входы которого подключены к первому и второму блокам управления, а выхода - к вторьм входам счетчиков, йторой блок управления входом подключен к выходу блока заполнения, а выходами подключен к первому и второму коммутаторам, входам счетчиков, блоку ввода и регулятора С 1 .

Недостаток устройства - не)вЬзмоность учета медленно меняюс ейся составлянадей процесса нагружения

Известно также устройство для измерения усталостной долговечност машиностроительных конструкций, содержащее тенэометрический преобразователь, измерительный усилитель , подключенный к фильтра с перестраиваемой частотной характеристикой, последовательно соединенные блок среднеквадратических отклонений, вход которого подключен к выходу фильтра, блок нелинейногЬ преобразования и регистртор, задаквдий блок параметров фильтра и блока нелинейного преобразования, подключенный к их управляющим входам;подключенный к выходу измерительного усилителя формирователь, выполненный N параллельно соединенных фильтров низких частот (ФНЧ) с последова-тельно возрастающими частотами среза, выходы которых через соответ5 ствующие ключи, подсоединены к входу фильтра с перестраиваемой частотной характеристикой, К - 1 цепи управ ления, каждая из которых включает последовательно соединенные диффе0 ренциальный усилитель, входы которого подключены к двум смежным ФНЧ, пиковый детектор, блок сравнения и общие для всех цепей блок управления, подключенный выходами к управ5 ляющим входам ключей, и задатчик опорного сигнала, выход которого подключен к инвертирующим входам всех блоков сравнения У.

Недостаток устройства - невозможQ ность достоверного прогноза остаточного ресурса при широкополосных режимах нагружения

Наиболее близким по технической 5 сущности к предлагаемому является устройство для диагностики ресурса деталей механизмов и машин, содержащее последовательно соединенные преобразователь, усилитель, блок 0 сбора информации, блок обработки инфоЕЯи1ации и регистрирующее устройство з1.

Недостатком этого устройства 5 является невозможность учета сложных циклов нагружения.

Цель изобретения - повышение точности прогнозирования остаточного ресурса конструкций и машин 0 наличии медленно изменяющейся составляющей и широкополосном характере пр оцесса и&груженкя

Число повреждений изделия за основной цикл дБ подсчитываем по следующей зависимости

/ S t Л / 5-, +Р { «Ь i .

к I 4- V -V вJ

Ч mt-/ 2 1 тЪ;/

1 1 J

где 1,Г|,Г2 , V, V , го, т - заданные , постоянные, характеризукадие циклическую прочность;

dr.Smr.Sabr- пЬ4 амплитудыи средние значения соответственно основного цикла и внутреннего циклов;

1с - число внутренних циклов, содержащихся в даннсм основном цикле

Под основным циклся« понимается отрезок реализации случайного процесса воздействия s(t) , в общем случае нестационарного, ограниченный двумя соседними положительнь ш пересечениями процессом его текущесо среднего уровн.я, В пределах основного цикла выделяются последо вательности максимумов и минимумов процесса 5(t) , которые обознача ются соответственноз д иб. Среди найденных экстремумов выделяется наибольший максимум тах,, наимен йший минимум mins min Параметры основного цикла , и s „. определяются по соотношениям Sar- n a r r } )-, Параметры н-го внутреннего цикл 5,,,оцениваются по зависимостямoib Timax,. i ) Где)И соответственно мак симальное и минимальное значения .-й пары соседних экстремумов (ii-ro внутреннего цикла) Использо ванные при формировании основного цикла абсолютные экстремумы иЫпэ. при этом не учитываются. Если основной цикл содержит один максимум и один минимум, то внутренних- циклов не;Тв Следует иметь ввиду, что, если какое-либо из сла гаемых в формуле(1) окс1жется меньше единицы/ его.необходимо принять равным нулю. Суммируя значения числа повреждений на каждом j-м цикле, в. памяти целесообразно сохранять тольпко те значения йИ- (п- чяс J 1 }ло которые соответствуют заданным приращениям наработки Л-t -t - t (например,, работы, 100 пробега, один полет и т .п.) Цель изобретения достигается те что устройство для определения о таточного ресурса технических объектов содержит блок оценки скользящего среднего, блок анализа, пер вый и второй элементы задержки первый, второй и третий блоки памяти, блок сравнения, первый, втор и третий су.мматоры, блок синхронизации, блок вычитания, регистр сдв га, блок совпадения и блок оценки числа повреждений, первый, второй, третий и четвертый входы первого блока памяти подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока анализа первый и второй входы которого соединены соответственно через блок оценки скользящего среднего и первый элемент задержки с выходом усилителя, первый вход второго блока памяти через первый сумматор подключен к пятому выходу блока анализа и первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу третьего блока памяти, первый вход которого соединен с вторым входом устройства, а второй вход - с первым выходом блока синхронизации, второй выход которого пода лючен к пятому входу первого блока памяти, а третий выход - к второму входу второго блока памяти, блок оценки числа повреждений, первьил, вторым, третьим и четвертым входами соедине с третьим входом устройства, а пятым входом - с выходом регистра сдвига, вход которого подключен через второй элемент задержки к выходу блока вычитания и выходу второго сумматора, первые и вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам первого блока памяти, первый вход блока совпадения через третий сумматор соединен с выходом блока оценки числа повреждений, второй вход с выходом блока сравнения, а выход - с третьим входом второго блока памяти, четвертый вход которого подключен к шестому выходу блока анализа, а выход - к входу регистраторд , На фиг 1 представлена блок-схема устройства для определения остаточного ресурса технических объектов; на фиг 2 - функциональная блока оценки скользящего среднего, которая составлена на основе источника на фиг 3 то же, блока анализа; на фиг 4 то же, блока оценки числа поврежденийУстройство содержит преобразователь 1, усилитель 2,блок 3 оценки скользящего среднего, блок 4 анализа, первый элемент 5 задержки, первый блок б памяти, блок 7 сравнения, первый сумматор 8, второй блок 9 .памяти, третий блок 10 памяти, блок 11 синхронизации, второй сумматор 12, блок 13 вычитания, регистр 14 сдвига, второй эличент 15 задержки, блок 16 оценки числа повреждений, третий сумматор 17, блок 18 совпадения, регистратор 19. Блок 3 оценки скользящего среднего содержит преобразователь 20 аналог-. - частота, счетчик 21, блок 22 синхронизации, блсж 23 выделения приращения сигнала, элемент И 24, запоминающий блок 25, сумматор 26- Блок 4 анализа содержит блоки 27 - 29 сравнения, схемы 30 - 32 совпадения. блок 33 первой производной, схемы 34 и 35 сравнения, ключи 36 и 37, счетчик 38 времени, счетчик 39 цик лов, блок 40 логарифмирования, бло ки 41 - 42 п зомежуточной памяти, за поминающие устройства 43 и 4;4в Блок оценки числа повреждений содержит блок 45 промежуточной памяти, блоки 46 - 47 произведения, блоки 48 и 49.вычитания, блоки. 51 деле НИН, блоки 52 и 53 возведения в степень, схемы 54 и 55 совпадения, схемы 56 и 57 сравнения, сумматоры 58 и 59, блок, 60 нормирования. Вход усилителя 2 через преобразо ватель 1 подключен к первому входу устройства, а выход соединен через блок 3 оценки скользящего,среднего- с первьм входе блока 4 анализа, а через первый элемент задержки 5 - со вторым входе блока ;4в Первый, второй, третий и четвертый выходы блока 4 анализа подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам первого блока 6 памяти, а пятый выход - к первсалу входу блока 7 сравнения и через первый сумматор 8 к первому входу второго блока 9 памяти Второй вход блока 7 соединен с .выходом третьего блока 1.0 памяти, первый вход которого подключен к второму входу устройства, а второй вход - к nepBcswiy выходу блока 11 синхронизации, Второй выход блока 11 соединен с пятым входом первого блока 6 памяти, а третий выход с вторым входом второго блока 9 памяти. Первый и второй выходы блока подключены соответственно к первьм и вторым входам второго сумматора 1 и.блока 13 вычитания Выход блока 1 соединен с входом регистра 14 сдвиг га, этот же вход которого через вто рой элемент 15 задержки подключен к выходу блока 13 Третий вход устройства соединен с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока 16 оценки числа повреждений, пятый ВХОД которого подключен к выходу регистра 14 сдвига, а выход - через третий сумматор 17 к первому входу блока 18 совпадения. Второй вход блока 18 соединен, с выходом блока 7 сравнения, а выход - с трет им входом второго блока 9 памяти, четвертый вход которого подключен к шестому выходу блока 4 анализа, а выход - к входу регистратора 19. Устройство для прогнозирования остаточного ресурса технических об ектов работает следуклцим образс «. Динамическая нагрузка в виде сл чайного нестационарного процесса sH) воспринимается преобразователем 1, где преобразуется в электри ческий сигнал, и, усиленный в усилителе 2, засылается в блок 3 оценки скользящего среднего и через первый элемент 5 задзержки на вход блока 4 анализу. В блоке 3 оценивается текущее среднее значение s(t) случайного процесса 3(t) , которое подается на блок 4 анализа, где выделяется отрезок реализации процесса s(il (основной йикл) , определяется в пределах цикла последовательность 5,„д и s v выделяется наибольший максимум и наименьший минимум ffiinfe f, а также осуществляется счет времени и числа основных циклода. Блок 4 анализа функционирует следунлцим образе.. Случайный процесс s(tl с выхода первого элемента 5 задержки, который обеспечивает одновременный анализ1 (Ь1и э (i) полученного с блока 3 оценки скользящего среднего, поступает на входы схем 30 - 32 совпадения и блока 33 первой производной. С блока 33 величина s{t) первой произврдаой процесса s{t поступает на схему 34 сравнения, где сравнивается с нулем.. Если s(t)0, что свидетельствует о возра стании процесса s{t| , со схемы 34 подается сигнал, который открывает схему 30 совпадения Процесс S(t) через схему 30 поступает на вход блока 27 сравнения, на другой вход которого подается значение текущего среднего значения процесса с выхода блока 3 оценки скользящего среднего. В случае, когда §(ilt5t) , т.е при наличии положительного пересечения случайньм процессом своего текущего среднего значения/ блок 27 вьщает импульс о начале иа Счетчик 38 времени, счетчик 39 цикдюв и ключи 36 и 37. В счетчике 38 идет подсчет времени, значение которого поступает с пятого вьЕСода блока 4 анализа на входы, блока 7 сравнения и первого сумматсфа 8 устройства. Счетчик 39 накапливает импульсы о положительных пересечениях s (t) из(11т.е. подсчитывает число о.сновньсс циклов. Сигнал, пропорциональный этому количеству циклов, через блок 40 логарифмирования с шестого выхода блока 4 анализа засылается на четвертый вход второго блока 9 памяти устройства. Отк ывая своюл импульсом ключ 37, блок 27 оравнения дает возможность прохождения сигнала со схемы 34 сравнения через ключ на схему 31 совпадения, , которая открывается при наличии возрастающего участка проueccad(tb Эти значения со схемы 31 подаются на вход запоминающего устройства 44, где запоминается только последнее значение процесса перед сменой знака первой пронзводной. Таким образом, с выходов за- подминающего устройства 44 на блок

41промежуточной памяти и блок 28 сравнения засылаются текущие максимальные значения процесса S(t) для рассматриваемого основного цикла. Причем в блоке 28 с помощью блока 41 осуществляется сравнение пред вдущего максимального значения с последующим, и наибольшее из них ( ) выдается с выхода блока 28 сравнения на первый вход первого блока б памяти устройства. На второй вход блока б засылаются величины остальных максимальных значений (з.,, необходимых для формирования внутренних циклов. Открывая своим импульсом ключ 36, блок 27 сравнения дает возможность прохождения сигнала с блока 33 парт вой производнойна схему 35 сравнения. 35 вьшает сигнал на открытие схемы 32 совпадения, в случае, когда 5{t)0. С выхода схемы совпадения значения процесса

3(i) подаются на вход запсжинающего устройства 43, где запоминается только последнее значение процесса сменой знака первой производной. .Таким образом, с выходов запоминающего устройства 43 н блок

42промежуточной памяти и блок 29 сравнения засылаются текущие минимальные значения процесса s(-t) для рассматриваемого цикла. Работа блоков 29, 42 и 43 аналогична работе блоков 28, 41 и 44. С выхода блока 29 сра-внения на третий вход блока 6 промежуточной памяти устройства подается величина наименьшего минимума (min 9 П1{ а на четвертый вход бяока б с выхода блока 42 засылаются значения остальных минимулюв(5„,..), необходимых для формирования, внутренних циклов.

С выходов первого блока б памяти максимальные и минимальные значения по сигналам с блока 11 синхронизации подаются на второй суыматор 12 и блок 13 вычитания, причаи)

в первую очередь поступают величины inaxs max и ninSni необходимые для опр.еделения параметров основного цикла. С выхода сумматора 12 суммы максимумов и минимумов засылаются в регистр сдвига 14 для оцент ки полусумм этих величин(з,„ С вы.хода блока 13 разности максимумов и цинимз ов подаются через второй элемент 15 задержки, для обеспечения очередности работы,, в регистр 14 сдвига для определения полуразностей этих величин (з оъ-)Параметры основного и внутренних циклов засылаются на вход блока 16 оценки числа повреждений. Блок 16 функционирует следующим образом. Блок 45 Промежуточной памяти выдает параметры циклов на соответствующие блоки на блок 47 произведения, SjTi-bi блок 46 произведе- на блок 51 деления.

ния.

аг

Sati блок 50 деления. Блоки 47 и 51 совместно с блоком 49 вычитания и блоке 52 возведения в степень оценивают первое слагаемое формулы (1), характеризукяаее главный цикл. Постоянные V, г, г- , nt и гЬ

0 поступают с первого входа устройства . Это вычисленное -слагаолое подается на входы схемы 57 сравнения и схемы 54 совпадения. Схема 57 осу- . ществляет сравнение значения слагаемого с единицей, и если оно боль5ше единищ, то схема 54 совпадения открывается и слагаемое поступает на вход сумматора 5В. Когда величина этого слагаемого меньше единицы, схема 54.закрыта и, таким об0разом, слагаемое принимается равным нулю. Блоки 46 и 50 совместно с блоке 48 вычитания, блоком 53 возведения в степень и сумматором 59 оценивают второе слагаемое форму-,

5 лы (1), характеризующее внутренние циклы. Вычисленное слагаемое подается на входы схемы 55 совпадения и схемы 56 сравнения, которые функционируют аналогично схемам 57 и 54.

0 В сумматоре 58 оценивается величина в квадратных скобках формулы (1), засылаемая на вход блока 60 нормирования. На другой вход блока 60 подается постоянная N с третьего.входа

5 устройства. В этсям блоке осуществляется нормирование относительно величины N путем деления, т.е. оцени- . вается число повреждений sta один основной цикл, которое поступает на вход третьего сумматора 17 устройства..

0

. С выхода cyNwaTOpa Г7 с)&цее число повреждений подается на вход схемы 18 совпадения. Схема 18 открывается блоком 7 сравнения только для тех значений числа повреждений D,

5 которые соответствуют заданньм приращениям наработки, о осуществляется путем сравнения заданного

1 приращения наработки At, поступающего со.второго входа устройства

0 через третий блок 10 памяти по снг налу с блока 11 синхронизации, с текущим значением времени,А,« подаваёмым блока 4 анализа. TCIKHM обра.зам, во второй блок 9 памяти по5ступают потребные значения меры повреждений через схему 18 совпадения,, с выхода блока 4 анализа - значение логарифма числа циклов, а с выхода первого сумматора 8 - ве0личина общего времени наработки t. По сигналам с блока 11 синхронизации эти значения выдаются с выхода второго блока 9 памяти на регистратор 19. Устройство может быть применено

5 для определения остаточного ресурса

И остаточного срока службы машин, конструкций и сооружений, элементы и узлы которых подвергаются действию циклических нагрузок стнироким спектром, а также циклических нагрузок с медленно измеияющейся составляющей: наземные, водные и воздушп ные транспортные средства, оборудование тепловых, гидфа.влических и атомных электростанций, магистральных трубопроводов, платформ для разработки континентального шельфа и т.п. Экономический эффект

обеспечивается увеличением среднего ресурса и срока службы за счет эксплуатации систем по техническому состоянию, а также предупреждения возможных крупных отказов и аварий.

Устройство позволяет также оценить фактическую эксплуатационную нагруженность существующих систем, что даст возможность уточнить ресурсные расчеты вновь проектируемьк

систем, повысить показатели их надежности и долговечности, снизить металлоемкость.

Фиг. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЬБКТОВ, содержащее последовательно соединенные преобразователь и усилитель, регистратор, отличающееся тем, что, с целью .расширения области применения и повышения точности прогноза, оно содержит блок оценки скользящего среднего, блок анализа, первый и второй элементы задержки, перВ1Ый, второй и третий блоки памяти, блок ;сравнения, первый, второй и третий сумматоры, блок синхронизации, блок вычитания, регистр сдвига, блок совпадения и блок оценки числа повреждений, первый, второй, тре.г тий и четвертый входы первого блока , памяти йодключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока анализа, первый и второй входы которого соединены соответственно через блок оценки скользящего среднего и первый элемент задержки с выходом усилителя, первый вход второго блока Псмяти через первый cyi oiiaTOp под;ключен к пятому выходу блока анализа и первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу третьего блока памяти, первый вход которого соединен с вторым входсм устройства, а второй вход - с первым выходом блока синхронизации, второй выход которого подключен к пятому входу первого блока памяти, а третий выход к вторюму входу второго блока паО) мяти, блок оценки числа повреждений, первых, вторьм, третьим и четвертьм входами соединен с третьим входом устройства, а пятьм входом - с выходом регистра сдвига, вход которого подключен через второй элемент задержки к выходу блока вычитания и выходу второго О сумматора, первые и вторые входы о:) которых подключены соответственно к первому н второму выходам перво- . to го блока памяти, первый вход блока совпадения через третий сумматор соединен с выходом блока оценки чисЮ Ю ла повреждений, второй вход - с выходом блока сравнения, а выход с третьим входом второго блока памяти, четвертый вход которого подключен к шестому выходу блока анализа, а выход - к входу регистратора

От

«7

Г вжодаТУ

9

«

г

56

От

5

52 Sxoffa ш

57

От

Фиг Л

г

5

W f

5t

SO

S9

53

i.

55

56

Hafjto n

во