Способ обнаружения появления и развития трещин Советский патент 1992 года по МПК G01N27/61 

Изобретение относится к технике диагностики механического состояния конструкций, а именно к обнаружению появления трещин при испытаниях материалов и конструкций.

Известен способ обнаружения трещин, в котором обойму со стекловолокнами располагают на исследуемой поверхности материала так, что прижимают их по длине к плоской поверхности. Появление трещины на поверхности изменяет коэффициент передачи соответствующего волокна и это изменение фиксируют с помощью приемника света.

Такой способ неприемлем в случае больших изгибов, получаемых при усталостных испытаниях.

Существует способ выявления трещин путем определения падения переменного напряжения, согласно которому через испытываемый образец пропускают заданный переменный ток и в разнесенных на определенное расстояние точках измеряют напряжения, по значениям которых определяют размеры трещины.

4 Ы Ю

ю VI о

При испытаниях металлов такой способ оказывается неточным либо неприемлемым, так как удельное сопротивление металлов весьма мало.

Наиболее близким к предлагаемому является способ регистрации трещин, в котором используют гребенчатый тензодатчик, нити которого располагают перпендикулярно предполагаемому направлению распространения трещин, С одной стороны тензонити объединяют и на них подают заданное напряжение, с другой стороны на каждой из тензонитей контролируют напряжение с помощью соответствующего согласующего усилителя и многоканального регистратора. Обрыв тензонити фиксируют по пропаданию напряжения на соответствующем канале регистрации, при этом отмечают наработанное количество циклов нагружения.

При увеличении числа используемых датчиков трещин количество каналов контроля соответственно возрастает. При этом увеличиваются число линий связи и объем контролирующего оборудования, а также снижается надежность и производительность контроля трещин.

Цель изобретения - сокращение времени обнаружения появления трещин и сокращение контролирующей аппаратуры.

На фиг.1 представлена структурная схема для реализации предлагаемого способа обнаружения появления и развития трещин; на фиг.2 - блок-схема одного из возможных алгоритмов обнаружения появления и развития трещин.

На структурной схеме (фиг.1) весовые значения токов формируют с помощью стабилизированного источника 1, блока 2 опорных напряжений и резистивной матрицы 3. Токи подают, например, на гребенчатые фольговые датчики 4. Суммарный ток общего выхода гребенчатого датчика 4 через коммутатор 5 и аналого-цифровой преобразователь 6 в виде цифрового кода направляют на цифровую магистраль 7.

Анализ цифрового кода датчика 4 проводят по алгоритму (фиг.2). Структурно блок- схема состоит из трех частей. В первой части, блоки A1-Ft (1-й столбец), осуществляют опрос гребенчатых датчиков. Во второй части или 2-м столбце блоки A2-F2 определяют оборванные лепестки, а в третьей части блоки A3-F3 производят формализацию трещины.

Предлагаемый способ обнаружения появления и развития трещин заключается в следующем. Датчики 4, использующиеся в данном случае в качестве параллельных лепестков, ориентируют так, чтобы лепестки

были направлены перпендикулярно предполагаемому направлению распространения трещины. Например, при усталостных испытаниях плоских образцов материала на

изгиб датчик 4 размещают на плоскости испытываемого образца перпендикулярно оси изгибающего момента. На лепестки датчика 4 подают весовые токи, значения которых выбирают пропорциональными членам

0 степенного ряда с основанием, например, два. Тогда весовой ток в i-м лепестке равен

h . где I 0, 1, 2 т-1 - номер

лепестка в датчике 4,Ti - число лепестков в датчике 4,1К - ток квантования.

5 Так, для датчика с числом лепестков пг 8 ток через нулевой лепесток равен 10 I. а через последний седьмой 1Т . На общем выводе гребенчатого датчика 4 весовые токи суммируют и. в случае целостности

0 всех лепестков, суммарный ток получают

m -1

равным 1Д)Г 1k 21, где д - суммарный ток

I 0

датчика 4. Так, для восьми лепестков ток

5 равен 1Д 1К &255. Для удобства анализа состояния лепестков суммарный ток преобразуют- посредством аналоге- цифрового преобразователя 6 в цифровой код и запоминают его. Первое изменение кода соот0 ветствует моменту появления первой трещины. Например, при обрыве лепестка с номером 2 код датчика будет соответствовать суммарному току, равному 1Д t«#251. Возможно появление двух или более тре5 щин, например, при обрыве лепестков с номерами 0, t и 7 (появление сразу двух трещин) код датчика будет соответствовать суммарному току 1Д 1К 148. Дальнейшее изменение суммарного тока будет соответQ ствовать развитию трещин, сопоставляя новый код суммарного тока с предыдущим во времени кодом, определяют номера лепестков, оборванных при этом развитии. Тем самым определяют развитие трещины

5 вплоть до разрушения всех лепестков. Таким образом, Предлагаемый способ позволяет, анализируя изменение суммарного тока, не только обнаружить появление трещин, но и проследить за их развитием. При0 цем разрешающая способность по линейному размеру равна шагу между лепестками, а разрешающая способность по скорости развития трещины определяется временем между соседними обращениями к

5 лепесткам, в данном случае к датчику 4.

Весовые значения токов получают следующим образом.

На питающемся от стабилизированного источника 1 блоке 2 опорных напряжений формируют опорные напряжения U i ,

где UK - напряжение квантования, равное напряжению на первом выходе источника 2. Следовательно, в датчике 4 с восемью лепестками на последнем выходе, соответствующем седьмому лепестку в датчиках 4, напряжение равно I UK#128. Далее с помощью резистивных матриц 3 преобразуют опорные напряжения в весовые токи, которые подают на соответствующие лепестки датчика 4 и суммируют на его общем вы во- де. Для дополнительного повышения помехоустойчивости общую точку датчика 4 подключают к входу операционного усилителя, например, в составе коммутатора 5, на этот же вход операционного усилителя под- ают сигнал глубокой обратной связи с выхода операционного усилителя, в результате на общей точке датчика получают потенциал, практически равный нулю И; поскольку номиналы резисторов матрицы 3 одинако- вы, весовые токи оказываются пропорциональными опорным напряжениям. При обрыве лепестков в датчике 4 входной сигнал операционного усилителя соответственно меняется, но опорные напряжения благодаря наличию резистивных матриц 3 остаются неизменными. Таким образом, токи в различных датчиках 4 практически независимы. С помощью аналого-цифрового преобразователя 6 сигнал с того или иного датчика 4, переключаемого посредством коммутатор;: 5, преобразуют в цифровой код, соответствующий текущему состоянию датчика, и передают на цифровую магистраль 7 для последующего анализа. ,

Возможен и другой способ формирования весовых значений токов. От общего источника 2 напряжения весовые значения токов получают с помощью резистизной матрицы 3, номиналы резисторов в которой пропорциональны степенному ряду, в данном примере, с основанием 2. Весовые зиа- чения токов можно также получить, выполнив гребенчатый датчик 4 из фольгового материала так. чтобы сопротивления его резистивных лепестков были пропорциональны членам степенного ряда с основанием 2. В этом случае лепестки датчика 4 объединяют с обеих сторон, а к источнику напряжения датчик подключают одним про- водом. Резистивная матрица при этом не нужна.

Предлагаемый способ обнаружения появления и развития трещин позволяет рас- положить резистивные матрицы 3 непосредственно на испытательном стенде. Таким образом, количество питающих проводов опорных напряжений оказывается ограниченным числом лепестков в датчике 4 (или одним проводом), и в данном случае

равно восьми (или одному в случае резистивных лепестков), а количество линий, связывающих датчики 4 с измерительно- контролирующей системой, равно числу датчиков.

Рассмотрим один из возможных алгоритмов обнаружения появления трещины (фиг,2). Работу программы начинают с ввода констант (блок AI): N - число датчиков; М - число лепестков в датчике; и определения переменных: Кп - текущий код гребенчатого датчика; КПо - код гребенчатого датчика в предыдущем запросе; п - номер гребенчатого датчика: Л п - приращение кода датчика; t - время наработки.

В первой части программы осуществляют организацию циклов опроса гребенчатых датчиков по номерам до момента их полного разрушения. Если результат текущего запроса цифрового кода гребенчатого датчика Кп отличается от результата предыдущего Jan роса Кпо (блок Ci), то управление передают на вторую часть программы (блоки A2-F2). где анализируют изменение цифрового кода гребенчатого датчика А п - Кпо-Кп и определяют номера лепестков, оборванных за промежуток времени между текущим и предыдущим обращением к датчику. При этом приращение кода гребенчатого датчика п раскладывают в степенной ряд с основанием а данном случае два и по найденным таким образом показателям степени определяют номера оборванных лепестков. В третьей части программы (блоки Аз-Рз) формализуют результаты анализа, проведенные в 1-й и 2-й частях. Формализацию проводят по следующим признакам: первая трещина; новая, но не первая трещина; рост трещины; слияние трещин и разру- шение образца. При формализации просматривают номера лепестков, разрушенных в течение последнего интервала времени, совместно с номерами ранее оборванных лепестков. При этом критерием роста трещины является отличие номеров вновь оборванных лепестков от номеров ранее разрушенных лепестков на единицу как справа, так и слева. Поэтому перебор номеров разрушенных лепестков ведут сначала справа, затем слева. В этом же части программы регистрируют параметры разрушения образцов.

Интервал времени между двумя соседними опросами гребенчатого датчика, а следовательно, и разрешающая способность контроля по времени определяются в основном временем аналого-цифрового преобра- зования. Это время, а также время операции возведения в степень, в свою очередь, определяются числом лепестков в гребенчатом датчике и количеством самых датчиков. Так, в случае использования аналого-цифрового преобразователя с временем преобразования 30 мс, ЭВМ ДВК-4 и восьми восьмилепестковых гребенчатых датчиков трещин время между соседними оп росами каждого из восьми гребенчатых датчиков составляет 0,5 мс.. Гребенчатый датчик с восемью лепестками шириной 0,25 мм и рассто- янием между лепестками 0,25 мм позволяет обнаруживать появление трещины, а также и ее развитие с точностью до 0,5 мм.

Предлагаемый способ позволяет полностью автоматизировать процесс обнаруже- ния появления трещин в многоканальных системах и стендах испытаний с большим числом датчиков трещин.

Формула изобретения Способ обнаружения появления и раз- вития трещин, включающий пропускание

электрических токов через лепестки, которые предварительно укрепляют параллельно один другому на поверхности элемента конструкции, определение места появления трещины по пропаданию электрического тока через оборванный появлением трещины лепесток и определение развития трещины по следующему во времени пропаданию электрического тока в других лепестках, о т- личающийся тем, что, с целью сокращения времени обнаружения появления трещин, перед пропусканием электрических токов осуществляют формирование весовых токов с весовыми значениями, пропорциональными членам степенного ряда., показатели степей и членов которых равны порядковым номерам лепестков, и производят суммирование весовых токов через лепестки и преобразование значения суммы весовых токов через лепестки в цифровой код.

Изобретение относится к технике диагностики механического состояния конструкций. Цель изобретения - сокращение времени обнаружения появления трещин. Способ обнаружения появления и развития трещин заключается в том, что на поверхности исследуемого элемента конструкции в зоне предполагаемого появления трещины размещают параллельные один с другим, расположенные с определенным шагом лепестки проводящей фольги, соединенные с одной стороны с общим выводом. Лепестки ориентируют перпендикулярно ожидаемому направлению развития трещины. По отсутствию тока определяют обрыв лепестка, характеризующий собой появление или дальнейшее развитие трещины по координате, перпендикулярной лепесткам. Новым в способе обнаружения появления трещины является то, что перед пропусканием электрических токов формируют весовые токи со значениями, пропорциональными членам степенного ряда, показатели степени которых равны порядковым номерам лепестков. Полученные весовые токи пропускают через соответствующие лепестки и суммируют на общем выводе. Суммарный ток представляют в цифровой код и по первому его изменению определяют место появления трещин, а по последующим изменениям-их развитие. 2 ил. Ё

.-1

Поиск О&рбамнх /l(t)

rjf.

Опрос датчика.

Ал-

Нодиф&квц xo&a

&ПеДП-2 «

-МС/едуюгцмёатчм + i

ffcrm /t/#u прошены

&#,

Регис/ярагцм

0&cp$afiH «rx /ffnffnuof

tfi

Фи,2

Hem

Cffft/4

tsa/pa&ttwft ансглиза

Регистрам Pfptou трещим / ti

J

r/fJ t PeiwmpQHtit , fltgit треща ц

ffft, tf)0