Способ определения остаточной прочности конструкции Советский патент 1992 года по МПК G01M5/00 G01N29/04 

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля и может быть использовано для определения фактической остаточной прочности (несущей способности) конструкции, преимущественно крыла летательного аппарата, имеющей повреж дения или частичные разрушения.

Известен способ акустического контроля тонкостенных изделий, заключающийся в возбуждении импульсов свободных колебаний на участке изделия в нзгруженТШх зонах, измерении частоты их колебаний, по

которым судят о дефектности контролируемого участка.

Однако способом нельзя определить остаточную прочность конструкции, даже зная параметры повреждения и зависимость изменения частоты принимаемых колебаний от месторасположения нагруженной зоны.

Наиболее близким к изобретению является способ дефектоскопии, заключающийся в возбуждении резонансных колебаний, измерении частот колебаний и определении дефектности испытываемой конструкции

И

О

VI

при сравнении их с частотами колебаний, измеренными на эталонной конструкции.

Однако известный способ применим только для малоразмерных объектов (конструкций), так как возбуждение колебаний производится пьезопластиной, а это возможно только для локальных областей конструкции, а не всей конструкции в целом. Даже определив наличие повреждения, нельзя количественно определить степень остаточной прочности испытываемой конструкции и точно указать до какой степени может быть допущено развитие процесса уменьшения несущей способности конструкции для ее безопасной эксплуатации.

Целью изобретения является повышение оперативности диагностического контроля и эффективности определения остаточной прочности конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения остаточной прочности конструкции, преимущественно крыла летательного аппарата, заключающемся в возбуждении резсжансных колебаний, измерении частот колебаний и определении дефектности испытываемой конструкции при сравнении их с частотами колебаний, измеренными на эталонной конструкции, определяют эталонные разрушающие нагрузки от изгиба или кручения на неповреж- денной эталонной конструкции, при совпадении частот авторезонзнсных колебаний испытываемой конструкции с частотами авторезонансных колебаний для неповрежденной эталонной конструкции вносят повреждения в испытываемую конструкцию и, увеличивая последовательно их уровень до ее разрушения, определяют частоты авторезонансных изгибных или крутильных колебаний и соответствующие этим повреждениям разрушающие нагрузки от изгиба или кручения, по при этом в полученном диапазоне частот и разрушающих нагрузок по минимальной частоте авторезонансных или изгибных или крутильных колебаний определяют минимально допустимый уровень остаточной прочности.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения остаточной прочности конструкции.

Устройство содержит силовозбудитель 1, состоящие каждый из двух электромагнитов 2. объединенных в блок, силопередающий рычаг 3 с ферромагнитными пластинами 4 на консолях, жестко закрепленный на конструкции 5 перпендикулярно ее оси жесткости и с равными плечами относительно последней, индукционные электромагнит- ные датчики 6, закрепленные на конструкции 5 в зоне максимальных амплитуд изгибных или крутильных колебаний и соединенные с входом усилителя 7 низкой частоты (усилителя возбуждения колебаний), выходы которого соединены с входом фазоин- вертора 8, управляющего формами колебаний испытываемой конструкции 5 и электронно-счетным частотомером 9, регистрирующим значения авторезонансных частот изгибных или крутильных колебаний, постоянный магнит 10, установленный с возможностью взаимодействия с индукционными датчиками 6. Испытываемая конструкция 5 нагружается с помощью

гидроцилиндров 11 через силопередающий рычаг 3, который для этих целей имеет силовые узлы 12 крепления, причем узлы 12 размещены так, что при нагружении изгибом сила действия гидроцилиндра 11 проходит

через ось жесткости конструкции 5 (центр жесткости сечения крыла), а при нагружении кручением - с образованием пары сил от двух гидроцилиндров 11 и на равных плечах относительно оси жесткости конструкции 5. Гидроцилиндры 11 определенным образом соединены с гидроагрегатом 13, подающим гидравлическую жесткость в соответствующие полости гидроцилиндров 11, и управляются с помощью коммутатора

14 режимов работы. Величину нагрузки контролируют по динамометру 15, соединенному одной серьгой с силовым узлом 12 на силопередающем рычаге 3, а другой - с штоком гидроцилиндра 11.

Предлагаемый способ определения остаточной прочности конструкции реализован на конструкциях 5, аналогичных контролируемому крылу летательного аппарата следующим образом.

Исследование ведется параллельно на контролируемой конструкции, где только определяются частоты авторезонансных изгибных и крутильных колебаний, и одновременно на двух конструкциях 5, аналогичных

контролируемому крылу, раздельно для изгиба и кручения. Для этих конструкций проводят последовательно динамические (частотные) и статические испытания.

На первом этапе испытаний с помощью силовозбудителей 1 возбуждают и с помощью электронно-счетного частотомера определяют частоты изгибных и крутильных колебаний (авторезонансных колебаний) в

контролируемой конструкции, заведомо не имеющей повреждений. Затем две подобные данному крылу конструкции 5 консоль- но закрепляют и на них с помощью силовозбудителей 1 возбуждают соответственно изгибные и крутильные колебания.

Возбуждение авторезонансных колебаний осуществляется следующим образом. При пересечении датчиком б силовых линий магнитного поля постоянного магнита 10 в катушках датчиков 6 наводится ЭДС, которая подается на вход усилителя 7 низкой частоты. Усиленный сигнал подается на электромагниты 2 силовозбудителя 1 через фазоинвертор 8. При этом энергия магнитного поля электромагнитов 2 передается на ферромагнитные пластины 4 силопередаю- щего рычага 3 по разному для изгибной и крутильной форм колебаний. Возбуждение изгибных колебаний происходит за счет одновременного включения в работу либо обоих верхних или нижних электромагнитов 2 обоих блоков силовозбудителей 1, а крутильных колебаний - диагонально противоположных электромагнитов 2 в блоках. С помощью цепи положительной обратной связи система выходит на режим автоколебаний. При этом частоты авторезонансных колебаний конструкций, подобных контролируемому крылу, без повреждений принимаются за эталонные для неповрежденной конструкции (имеющей в этом случае максимальную прочность). Затем обе конструкции 5 являющиеся эталонными, доводят до разрушения изгибом и кручением с помощью гидроцилиндров 11 через силопере- дающий рычаг 3, закрепленный на заканцовке конструкции 5, причем при изгибе этой конструкции силу прикладывают по оси жесткости, а при кручении - пару сил от двух гидроцилиндров 11 (имеющих одинаковые характеристики), установленных на одинаковом расстоянии от оси жесткости данной конструкции Для этого рабочее давление от гидроагрегата 13 подается по магистрали нагнетания через коммутатор 14 режимов работы в соответствующие полости гидроцилиндров 11. При нагружении конструкции 5 изгибом, шток гидроцилиндра 11 убирается, что приводит к изгибу конструкции 5 вплоть до ее разрушения. Величину разрушающей нагрузки контролируют по динамометру 15. Частоту замеренных авторезонансных изгибных колебаний конструкции 5 приводят в соответствие с замеренной разрушающей нагрузкой на изгиб в конкретном случае. При нагружении второй конструкции 5 парой сил. вызывающих кручение относительно ее оси жесткости, шток одного гидроцилиндра 11 убирается, а второго - выдвигается, что приводит к кручению конструкции 5 относительно ее оси жесткости до разрушения. Величину разрушающей нагрузки от кручения контролируют по динамометру 15, Частоту, замеренную перед статическими

испытаниями, автореэонансных крутильных колебаний второй конструкции 5 связывают с разрушающей нагрузкой на кручение. Полученные величины нагрузок от 5 изгиба и кручения на неповрежденных конструкциях 5 так же принимают за эталонные, соответствующие 100% прочности контролируемой конструкции.

Затем для испытаний устанавливают 1C очередные две новые конструкции 5, идентичные предыдущим по всем параметрам, которые, в первую очередь проверяются на соответствие эталонным частотам авторезонансных колебаний для неповрежденной

5 конструкции. При их совпадении в обе конструкции 5 вносятся идентичные по величине и месторасположению повреждения, и, для множества поврежденных состояний определяют значения частот авторезонанс0 мых изгибных или крутильных колебаний и соответствующие этим повреждениям разрушающие нагрузки от изгиба или кручения. Уровень вносимого повреждения доводят до такой величины, пока не произойдет раз5 рушение конструкции 5 под действием силы Рэмакс. изгиба , кручения (максимальной эксплуатационной нагрузки). Замеренные перед разрушением частоты авторезонансных изгибных или крутильных

0 колебаний соответствуют минимально допустимому уровню остаточной прочности конструкции 5. Полученный диапазон частот авторезонансных изгибных или крутильных колебаний соответствует прочности

5 конструкции в пределах от максимальной, когда конструкция не имеет повреждений, до минимально допустимой, когда еще возможна безопасная эксплуатация данного летательного аппарата. В полученном диа0 пазоне частот и разрушающих нагрузок ус- Танавливается минимальная частота авторезонансных изгибных или крутильных- колебаний, соответствующая минимально допустимой остаточной прочности, количе5 ственная величина которой может определяться посредством номограмм или анализа на ЭВМ.

Формула изобретения Способ определений остаточной проч0 ности конструкции, преимущественно крыла летательного аппарата, заключающийся в возбуждении резонансных колебаний, измерении частот колебаний и определении дефектности испытываемой конструкции

5 при сравнении их с частотами колебаний, измеренными на эталонной конструкции, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности диагностического контроля и эффективности определения

остаточной прочности конструкции, определяют эталонные разрушающие нагрузки от изгиба или кручения на неповрежденной эталонной конструкции, при совпадении частот авторезонансных колебаний испытываемой конструкции с частотами авторезонансных колебаний для неповрежденной эталонной конструкции вносят повреждения в испытываемую конструкцию и, увеличивая последовательно их уровень до ее разрушения, определяют частоты авторезонансных изгибных или крутильных колебаний и соответствующие этим повреждениям разрушающие нагрузки от изгиба или кручения, при этом в полученном диапазоне частот и разрушающих нагрузок по минимальной частоте авторезонансных изгибных или крутильных колебаний определяют минимально допустимый уровень остаточной прочности.

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля и может быть использовано для определения фактической остаточной прочности (несущей способности) конструкции, преимущественно крыла летательного аппарата, имеющей повреждения или частичные разрушения Цель изо- бретения - повышение оперативности диагностического контроля и эффективности определения остаточной прочности конструкции. Способ заключается в возбуждении резонансных колебаний, измерении частот колеба«ий и определении дефектности испытываемой конструкции при сравнении их с частотами, колебаний, измеренными на эталонной конструкции Определяют эталонные разрушающие нагрузки от изгиба или кручения на неповрежденной эталонной конструкции При совпадении частот авторезонансных колебаний испытываемой конструкции с частотами авторезонансных колебаний для неповрежденной эталонной конструкции вносят повреждения в испытываемую конструкцию и определяют частоты авторезо- нансных изгибных или крутильных колебаний и соответствующие этим повреждениям разрушающие нагрузки от изгиба или кручения для множества поврежденных состояний. В полученном диапазоне частот и разрушающих нагрузок минимальная частота изгибных или крутильных колебаний соответствует минимально допустимой остаточной прочности. 1 ил.