Способ неразрушающего контроля скрытых дефектов в конструкции и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к неразрушающим методам и средствам контроля скрытых дефектов конструкций при нагружении их переменной механической нагрузкой и может быть использовано для контроля конструкций летательных аппаратов. Цель изобретения - повышение чувствительности способа и устройства к обнаружению локальных дефектов. По одному из вариантов, отличающемуся большей технологичностью, упругий элемент выполнен в виде двух эквидистантно расположенных рамок с балками, соединенных серединами коротких сторон с помощью двух распорок и серединами балок с помощью штока регулируемой длины. Другие варианты предусматривают дистанционную регулировку отрицательной жесткости упругого элемента либо с помощью нагревателей, расположенных на балках, либо с помощью охладителей, размещенных на длинных сторонах рамок. По основному варианту напряжения в балке создаются за счет пластической деформации длинных сторон рамки, а по другим вариантам - за счет регулировочных элементов. Повышение чувствительности достигается за счет того, что результирующая жесткость испытываемой конструкции с упругим элементом уменьшается во много раз, а ее зависимость от дефекта во столько же раз возрастает. В качестве параметров процесса перемещения конструкции, которые сравнивают с такими же параметрами другой конструкции, уровень дефектов которой принимают за допустимый, используют величины прогиба конструкции, ее резонансной частоты, логарифмического декремента колебаний. Способ позволяет выявлять дефекты, ускользающие от других видов дефектоскопии. 2 с. п. и 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к неразрушающим методам и средствам контроля скрытых дефектов конструкций при нагружении их переменной механической нагрузкой и может быть использовано для контроля сложных машиностроительных конструкций, например летательных аппаратов. Цель изобретения повышение чувствительности способа и устройства к обнаружению локальных дефектов, что достигается в способе соединением перемещающегося сечения конструкции с упругим элементом, характеризующимся отрицательной жесткостью, соизмеримой по абсолютной величине с жесткостью испытываемой конструкции, но меньшей ее, а в устройстве выполнением упругого элемента в виде прямоугольной рамки с выполненной за одно целое с ней упругой балкой, в которой созданы остаточные напряжения сжатия. Целью одного из вариантов устройства является повышение технологичности упругого элемента, который в сборном варианте представляет собой две эквидистантно расположенные рамки с балками, соединенные серединами коротких сторон с помощью двух распорок, и серединами балок с помощью штока регулируемой длины. Целью двух других вариантов является расширение области применения устройства для контроля нескольких конструкций с отличающимися параметрами жесткости за счет дистанционной регулировки отрицательной жесткости упругого элемента, для чего по одному варианту каждая балка снабжена нагревателем, а по другому каждая длинная сторона каждой рамки снабжена охладителем. По основному варианту, напряжения в балке создаются при ее изготовлении за счет пластической деформации сторон рамки, а по остальным вариантам за счет управления регулировочными элементами устройства. Повышение чувствительности достигается за счет того, что результирующая жесткость испытываемой конструкции с упругим элементом уменьшается во много раз, а ее зависимость от дефекта во столько же раз возрастает. На фиг. 1 изображена схема осуществления способа при использовании устройства по п. 3; на фиг. 2 общий вид упругого элемента с отрицательной жесткостью, использованного в устройстве по п. 2; на фиг. 3 и 4 соответственно вид сбоку и вид сверху упругого элемента с отрицательной жесткостью, использованного в устройстве по п. 3. Устройство для неразрушающего контроля скрытых дефектов в конструкции содержит возбудитель переменной механической нагрузки, например вибратор или гидроцилиндр с поршнем, и измеритель параметров процесса перемещения конструкции, например, абсолютного перемещения, скорости или ускорения, и упругий элемент с отрицательной жесткостью, выполненный в виде прямоугольной рамки с длинными сторонами 1 и 2, в которых за счет пластических деформаций при изготовлении созданы остаточные напряжения растяжения, и соединений с серединами коротких сторон 3 и 4 рамки и выполненной за одно целое с ней упругой балки 5, в которой созданы остаточные напряжения сжатия. По одному из вариантов, упругий элемент с отрицательной жесткостью выполнен в виде двух эквидистантно расположенных рамок 6 и 7, каждая из которых содержит две длинных стороны 1 и 2 и упругую балку 5, соединенную за одно целое с серединами коротких сторон 3 и 4 рамки, две распорки 8 и 9, установленные между серединами коротких сторон 3 и 4 обеих рамок 6 и 7, и центральный шток 10 регулируемой длины, соединяющий середины обеих балок 5 и предназначенный для подсоединения упругого элемента к испытуемой конструкции. По двум другим вариантам упругий элемент выполнен с регулируемой отрицательной жесткостью, для чего по одному варианту каждая балка 5 снабжена нагревателем, например, электрическим, а по другому варианту каждая длинная сторона 1 и 2 каждой рамки снабжена охладителем, например, в виде каналов с охлаждающей жидкостью, выполненных в теле рамки. Способ неразрушающего контроля скрытых дефектов в конструкции осуществляют с помощью указанных устройств следующим образом. К испытуемой конструкции 11, например консольно закрепленному крылу летательного аппарата, подсоединяют упругий элемент 12 одного из указанных вариантов, также закрепленный основанием 13 с неподвижной опорной и соединенный с помощью регулируемой тяги 14 с перемещающимся сечением конструкции 11. С помощью возбудителя переменной механической нагрузки и измерителя параметров процесса перемещения конструкции (на фиг. 1 условно не показаны) вызывают и контролируют в зависимости от нагрузки перемещения сечения конструкции 11. Ранее такие же исследования проводят на такой же конструкции с известным распределением локальных дефектов, например микротрещин, нарушений сварного шва и т.п. уровень дефектов которой принимают за допустимый. В качестве сравниваемых между собой параметров процесса перемещения конструкции для обоих случаев исследований принимают величины прогиба конструкции, ее резонансной частоты, логарифмического декремента колебаний или сочетания каких-либо из этих параметров. При сложении положительной жесткости самой испытуемой конструкции 11 с соизмеримой с ней, но меньшей ее по абсолютной величине отрицательной жесткостью упругого элемента 12 результирующая жесткость системы "конструкция упругий элемент" будет равна разности абсолютных значений жесткостей, что приведет к ее снижению во много раз. Изменение абсолютной жесткости испытуемой конструкции вследствие наличия локального дефекта будет приводить к увеличению во столько же раз относительно изменения жесткости системы, что эквивалентно увеличению чувствительности способа. Для исключения влияния на результаты измерений внутреннего трения в упругом элементе 12 последний выполняется в виде рамки или рамок, соединенных за одно целое с балками. При использовании упругих элементов, выполненных в соответствии с пп. 4 и 5, т.е. с нагревателями на балке или охладителями на длинных сторонах рамки, появляется возможность использования одного и того же упругого элемента для контроля нескольких конструкций с отличающимися параметрами жесткости. При этом может быть достигнуто регулирование отрицательной жесткости упругого элемента за счет нагрева балки или охлаждения длинных сторон рамки, так как эти воздействия приводят к возрастанию остаточных внутренних напряжений сжатия в балке. Использование предлагаемого способа и вариантов выполнения устройства позволяет проводить неразрушающий контроль скрытых дефектов в процессе эксплуатации одной и той же конструкции или при проверке дефектов в партии одинаковых конструкций, одна из которых имеет заведомо известный допустимый уровень дефектов. При этом вследствие высокой чувствительности способа могут быть выявлены локальные дефекты, которые не выявляются другими известными способами, например рентгеновской или ультразвуковой дефектоскопией.

Формула изобретения

1. Способ неразрушающего контроля скрытых дефектов в конструкции, заключающийся тем, что конструкцию нагружают переменной механической нагрузкой и вызывают ее перемещения, измеряют параметры процесса перемещения конструкции и сравнивают их с такими же параметрами конструкции, уровень дефектов которой принимают за допустимый, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности способа к обнаружению локальных дефектов, перед нагружением соединяют перемещающееся сечение конструкции с упругим элементом, характеризующимся отрицательной жесткостью, соизмеримой по абсолютной величине с жесткостью испытываемой конструкции, но меньшей ее. 2. Устройство для неразрушающего контроля скрытых дефектов в конструкции, содержащее возбудитель переменной механической нагрузки и измеритель параметров процесса перемещения конструкции, отличающееся тем, что оно снабжено упругим элементом с отрицательной жесткостью, выполненным в виде прямоугольной рамки с длинными сторонами, в которых созданы остаточные напряжения растяжения, и соединенной с серединами коротких сторон рамки и выполненной за одно целое с ней упругой балки, в которой созданы остаточные напряжения сжатия. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что, с целью повышения технологичности изготовления, упругий элемент с отрицательной жесткостью снабжен расположенной эквидистантно основной рамке дополнительной прямоугольной рамкой с длинными сторонами, в которых созданы напряжения растяжения, и соединенной с серединами коротких сторон рамки и выполненной за одно целое с ней упругой балкой, в которой созданы остаточные напряжения сжатия, двумя распорками, установленными между серединами коротких сторон обеих рамок, и центральным штоком регулируемой длины, соединяющим середины обеих балок и предназначенным для подсоединения упругого элемента к испытываемой контрукции. 4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения для контроля нескольких контрукций с отличающимися параметрами жесткости за счет дистанционной регулировки отрицательной жесткости упругого элемента, оно снабжено натревателями, расположенными на каждой балке. 5. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения для контроля нескольких конструкций с отличающимися параметрами жесткости за счет дистанционной регулировки отрицательной жесткости упругого элемента, оно снабжено охладителями, размещенными на каждой длинной стороне рамки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4