Способ вибрационного контроля повреждений силовых элементов авиационных конструкций Советский патент 1993 года по МПК G01M7/02 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для определения местоположения повреждений, в частности, силовых элементов авиационных конструкций.

Известен способ вибрационного контроля по изменению первоначальных, определяемых до начала эксплуатации, значений частот, квадратурных и синфазных составляющих форм резонансных колебаний испытываемой конструкции при выбранном уровне возбуждения. Местоположение дефектов типа трещин и ослабления связей определяется с использованием математического аппарата теории чувствительности на основе разработанной динамической модели.

Недостатками способа являются значительная трудоемкость и низкая достоверность из-за большой погрешности

измерения составляющих форм колебаний, сопоставимой по величине с изменениями, вызванными появлением повреждений. Кроме того, использование линейной теории чувствительности справедливо только при малых изменениях жесткостных и дис- сипативных параметров конструкции, к которым динамические характеристики практически нечувствительны.

Наиболее близким к изобретению по достигаемому результату является способ определения величины и места повреждения авиационных конструкций, допускающих консольно-балочную схематизацию их, работы, по изменению частот их резонансных колебаний трех низших тонов в случае, если это повреждение единственное.

Недостаток способа состоит в неоднозначности определения величины и места расположения повреждения по ограниченVJ

ч о о ел

к

ному спектру частот резонансных крлеба- ний, который удается получить при частотных испытаниях, м отказе от использования в качестве диагностических признаков составляющих форм резонансных колебаний, особенно для конструкций с двумя и тремя характерными линейными размерами.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет увеличения числа информативных диагностических признаков. Указанная цель достигается тем, что в конструкции до начала эксплуатации последовательно возбуждаются колебания на нескольких низших резонансных частотах. На конструкцию накладывают дополнительную связь, варьируют место ее наложения и для каждого из вариантов граничных условий измеряют спектр частот резонансных колебаний. В процессе эксплуатации контролируют спектр частот резонансных колебаний конструкции, в том числе и при наложенных дополнительных связях. Величина и место повреждения определяются по изменению резонансных частот для всех вариантов граничных условий конструкции. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ вибрационного контроля силовых элементов авиационных конструкций отличается тем, что определение параметров (величины и координат) повреждений авиационных конструкций осуществляется по изменению частот их резонансных колебаний при основном и дополнительных вариантах кинематических граничных условий.

На чертеже изображены диагностируемая конструкция и возможные варианты наложения дополнительной связи.

Способ вибрационного контроля осу- а ествляется следующим образом.

В контролируемой конструкций 1 последовательно возбуждаются упругие колебания с несколькими резонансными частотами. Число выявляемых резонансов зависит от мощности возбудителя колебаний. Появление повреждений, проявляющихся в изменении жесткостных параметров конструкции, приводит к изменению частот резонансных колебаний, если повреждение при резонансных колебаниях находится в зоне ненулевых полных напряжений. Между параметрами повреждений и частотами резонансных колебаний существует соответствие, однако, по ограниченному спектру резонансных частот параметры повреждений определяются неоднозначно даже в том случае, если повреждение един- ственное. Неоднозначность, характеризуемая числом возможных мест расположения повреждения, определяется только динамическими свойствами конструкции (видом функций распределения массово-инерционных и жесткостных параметров) и числом анализируемых резонансных частот. Неоднозначность устраняется за счет увеличения числа анализируемых резонансных частот. Для этого устанавливают дополнительную опору 2, изменяя кинематические граничные условия контролируемой конструкции 1, Далее варьируют место установки опоры 2. Для каждого из вариантов граничных условий измеряют частоты резонансных колебаний. Поскольку каждому из вариантов граничных условий однозначно

5 соответствует распределение напряжений в элементах конструкции, то чувствительность к повреждению резонансных частот одного порядка для различных вариантов будет разной. Более того, чувствительность

0 частотного спектра к повреждению оказывается выше, чем для исходного варианта граничных условий диагностируемой конструкции в том случае, если повреждение оказывается в окрестности дополнительной

5 опоры. Для определения величины и места повреждения априорно, на основе численного, модельного или натурного экспериментов, получают частоты резонансных колебаний для всех возможных прврежде0 ний состояний конструкции при различных вариантах граничных условий. Сравнивая при выбранной мере близости (норме) набор текущих частот резонансных колебаний для всех вариантов кинематических гранич5 ных условий с соответствующими наборами частот поврежденной конструкции, определяют действительное состояние конструкции, характеризующееся величиной и координатами повреждения.

0 Таким образом, использование предлагаемого способа позволит повысить достоверность контроля за счет более точного определения параметров повреждений силовых элементов авиационных конструкций

5 с произвольным распределением массово- инерционных и жесткостных параметров и с двумя-тремя характерными линейными размерами и обеспечит высокий чуровень безопасности их эксплуатации..

0 Формула изобретения

Способ вибрационного контроля повреждений силовых элементов авиационных конструкций, по которому последовательно возбуждают упругие коле5 бания конструкции на нескольких низших резонансных частотах и по изменению последних определяют величину и место повреждения, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля путем увеличения числа информативных диагностических признаков, на конструкцию накладывают дополнительную связь и варьируют место ее наложения, измеряют резонансные частоты при каждом варианте

наложения дополнительной связи, а величину и место повреждения определяют с учетом изменения резонансных частот для всех вариантов граничных условий конструкции,

Сущность: в способе контроля повреждения, основанном на связи параметров повреждения с изменением низших резонансных частот упругих колебаний конструкции, на последнюю накладывают дополнительную связь и варьируют место ее наложения. Величину и место повреждения определяют с учетом изменения измеренных резонансных частот конструкции для всех вариантов граничных условий. Увеличение информативных резонансных частот способствует устранению неоднозначности между их изменением и координатами места повреждения. 1 ил.