Устройство диагностики состояния конструкций

 

Изобретение касается неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики механического состояния элементов конструкций по сигналам акустической эмиссии (АЭ). Целью изобретения является повышение точности диагностики за счет определения параметра повреждаемости конструкции. Сигналы АЭ принимаются приемными акустическими каналами, определяются координаты активной зоны разрушения и сумма амплитуд сигналов АЭ в активной зоне, дополнительно определяются механические напряжения и температура испытаний. С учетом перечисленных параметров определяется параметр повреждаемости конструкций расчетным путем. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ($!)5 С 01 N 29/04

КИ033@3 йлБлк- цаи @ц

Г !БЛИДА!:. А, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 44 5681 2/25-28 (22) 07. 07. 88 (46) 07.05.90. Бюл, М - 17 (71) Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики Ростовского государственного университета им. М.А. Суслова (72) Е.В. Рожков, С.B. Угольников, В.Б. Сухомлин и В.П. Зацарннный (53) 620.179.16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1022049, кл. G 01 N 29/04, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1270684, кл. С 0! N 29/04. (54) УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ

КОНСТРУКЦИЙ (57) Изобретение касается нераэрушаИзобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики механического состояния элементов конструкций по сигналам акустической эмиссии (A3) .

Целью изобретения является повышение точности диагностики за счет определения параметра повреждаемости конструкции.

На чертеже представлена функциональная схема устройства диагностики .состояния конструкций.

Устройство диагностики состояния конструкций содержит приемные акустические каналы, каждый из которых состоит иэ соединенных последовательно приемного преобразователя 1 и 2, предусилителя 3 и 4, фильтра 5 и б, „.SU„„1562845 А !

2 ющего контроля и может быть использовано для диагностики механического состояния элементов конструкций по сигналам акустической эмиссии (АЭ).

Целью изобретения является повышение точности диагностики за счет определения параметра повреждаемости конструкции. Сигналы АЭ принимаются приемными акустическими каналами, определяются координаты активной зоны разрушения и сумма амплитуд сигналов

АЭ в активной зоне, дополнительно определяются механические напряжения и температура испытаний. С учетом перечисленных параметров определяется параметр повреждаемости конструкции расчетным путем. 1 ил. основного усилителя ? и 8, выпрямителя 9 и 10 и фильтра 11 и !2 низких р частот, блок 13 определения разностей . @ времени прихода, регистратор 14, блок 15 выделения момента достижения максимальной амплитуды, пиковый детектор 16, первый блок 17 выборки и хранения, выходы фильтров 11 и 12 . Ю низких частот соединены с соответствующими входами блока 13 определения разностей времени прихода. Устройство снабжено также вторым и третьим блоками 18 и !9 выборки и хранения, тремя аналого-цифровыми преоб- а разователями (АЦП) 20-22, селекто ром 23 длительностей сигналов, блоком . 24 управления, двумя измерительными усилителями 25 и 26, блоком 27 цифроаналоговых преобразователей, 1562845 интенсиметром 28, блоком 29 вычисления (ЭВМ) и таймером 30, выход выпрямителя 10 первого приемного акустического канала соединен с входом пикового детектора 16, выход которо5 го соединен с входом первого блока

17 выборки и хранения, а его выход соединен с информационным входом первого АЦП 20, вход блока 15 выделения момента достижения максимальной

I амплитуды соединен с выходом фильтра 12 низких частот первого . приемного акустического канала, а его выход соединен с входом селектора 23 длительности сигналов, выход .которого соединен с входом блока 24 управления, выходы измерительных усилителей 25 и 26 соединены с соответствующими Bxoöàìè второго и третьего 20 блоков 18 и 19 выборки и хранения, выходы которых соединены с сигнальными входами второго и третьего АЦП

21 и 22, первый выход блока 24 управления соединен с управляющими вхо- 25 дами пикового детектора 16, первого второго и третьего блоков 17-19 выборки и хранения и с входом интенсиметра 28, выход которого соединен с регистратором 14, второй выход бло- 30 ка 24 управления соединен. с входами запуска первого, второго и третьего

АЦП 20-22, выхбды данных, управляющие входы и выходы первого, второго и третьего АЦП 20-22 и выход данных таймера соединены с магистралью ЭВМ

29, а аналоговые выходы блока 27 цифроаналоговых преобразователей соединены с соответствующими входами регистратора 14, 40

Устройства диагностики состояния конструкций работает следующим образом.

Приемные преобразователи 1 и 2, расположенные на поверхности контро- 45 лируемой конструкции (не показана), принимают ультразвуковые колебания, возникающие при образовании или развитии дефекта структуры материала и преобразуют их в электрические сиг.налы, которые усиливаются и фильтруются от помех с помощью фильтров 5 и 6, далее эти сигналы поступают на усилители 7 и 8 и двухполупериодные выпрямители 9 и 10 и фильтры 11

55 и 12 низких частот, в результате чего выделяется огибающая сигналов АЭ °

С выхода фильтров 11 и 12 низких частот сигналъi поступают в блок 1 3 опре (Р/- г/ Ч, р,. П

Р=1 «О 1 1 для одномерной конструкции г/з о з 1 М r Чк 2:. П; кон

1 (2) для двухмерной конструкции, „Чг к

i 1

//И(Р1-рг1 rr1

Г, ïÐ П 1/ l

K (3) для трехмерной конструкции, коэффициент затухания ультразвуковой волны; расстояниз активной зоны разрушения элемента конструкции до приемного преобразователяя; расстояние зоны разрушения в контрольных образцах до приемного преобразователя; объем зоны разрушения контрольного образца; объем активной эоны разрушения элемента конструкции; сумма амплитуд электрического напряжения сигналов АЭ, зарегистрированных в .активной зоне конструкции; сумма амплитуд электрического напряжения сигналов АЭ, зарегистрированнътх при испытании контрольного образца; скорость пластической деформации, не определяемая àïïàратурой по регистрации АЭ; предельная пластическая деформация при данном режиме испытаний; время испытания. где

V о бр кон р/пр .К U деления разностей времен прихода, 1 где происходит вьделение сигналов, пропорциональных разности времени прихода сигналов к преобразователям

1 и 2 приемных акустических каналов д .„, которые по программе вводятся

iк в ЭВМ 29, где производится опреде.ление координат r; и объема активной зоны VK®, входящих в выражения (1)-(3).

1562845

При этом, например,для одномерной, конструкции r, определяется из соотношения где С вЂ” скорость звука в материале; д — разность времени прихода сигналов АЭ к преобразователям акустических каналов.

Величина V определяется из сообр отношения

Vî<„= А B(r, — r ), где А ширина образца или элемента конструкции, толщина образца или элемента конструкции; координаты левой активной зоны разрушения; координаты правой активной зоны разрушения;

20 л

r >

r»

С,A 25 и В - величины известные и их можно вводить в ЭВМ как константы; определяются с помощью уст- 30 ройства по определению коор цинат.

С выпрямителя 10 первого приемного акустического канала сигнал поступает на пиковый детектор 16 и далее на перпервый блок 17 выборки и хранения. А с выхода фильтра 12 нижних частот первого приемного канала огибающая сигнала АЭ поступает на блок 15 выделения момента достижения максимальной амплитуды, в момент достижения сигналом максимальной амплитуды он вырабатывает импульс, который поступает на селектор 23 длительностей, который устраняет влияние помех на запуск блока 24 управления. С выхода селектора 23 длительностей сигнал поступает на блок 24 управления, который запирает схему на время измерения

АЦП 20-22 и считывания данных в микро-ЭВМ 29 и имеет два выхода, причем сигнал на первом выходе появляется раньше на 1 мкс, чем на втором выходе. С первого выхода блока 24 управления сигнал поступает на управля- 55 ющие входы пикового детектора 16 и блоков 17-19 выборки и хранения. При поступлении этого сигнала на пиковый детектор 16 он переходит в исходное частота колебаний конфигурационного объема разрушения и равна 10 > с предел текучести при 0 К; функция упрочнения при наклепе; коэффициент концентрации напряжений; величина механического напрягде с> жения; постоянная Больцмана.; модуль сдвига; температура; величина конфигурационного объема.

К

С

Т

На стадии накопления дефектов, когда их взаимодействием можно пренебречь, величины с1 Ф(Е) 1. состояние, а блоки 17-19 выборки и хранения переходят из состояния слежения в состояние запоминания. Так как на управляющий вход блока 17 выборки и хранения импульс поступает в момент, когда сигнал А3 достиг своего максимального значения, то блок

17 выборки и хранения запоминает максимальную амплитуду сигнала А3, которая поступает на информационнь>й вход АЦП 20, а с выхода блоков 18 и 19 выборки и хранения сигналы с измерительных усилителей 25 и 26 поступают на информационные входы AIIII

21 и 22. Как только блоки 17-19 выборки и хранения перешли в режим запоминания, с второго выхода блока 24, управления сигнал поступает на входы запуска АЦП 20-22. Данные в цифровом виде поступают в ЭВМ 29 под управлением программы. В ЭВМ 29 под управлением программы при поступлении сигнала

АЭ производится выделение параметров числа импульсов N активности N и суммы максимальных амплитуд сигналов

2.,0, Скорость пластической деформации

Е, не определяемой по регистрации АЭ (т.е. деформация, которая осуществляется из-за температурных флуктуаций и отдельные акты котор;й создают акустические сигналы, амплитуды которых находятся на уровне тепловых шумов, входящих в выражения (1)-(3), определяется из соотношения

E =ы.ехр — - — - - - — -- > (4)

2GKT. 1562845

Из анализа соотношений (1)-(4) следует, что в процессе проведения измерений для определения параметра повреждения необходимо: регистрировать величины Г; Т;

К ,; л

U ° и t вычислять значения

1 ° кон пред 1О

Величины 7, Е U, r < опРеде о р ляются при испытании контрольных образцов и при диагностиравании конструкции вводятся в 3ВМ 29 как - константы. Постоянные величины ы,, G, V, 15

С являются справочными данными исследуемого материала и вводятся в ЭВМ 29 как константы.

Время испытания t определяется с помощью таймера 30, связанного с 3ВМ 20

29.

Вывод величины параметра повреждаемости и других параметров А3 таких как И, N, и величины напряжения ь и температуры производится посредством блока 27 цифроаналоговых преобразователей, с выхода которого деформация поступает на регистратор 14.

Таким образом, данное устройство позволяет повысить точность диагносЗО тики механического состояния конструкций и их элементов за счет введения новых блоков, обеспечивающих определение параметра повреждаемости конструкции. 35

Формула изобретения

Устройство диагностики состояния конструкций, содержащее приемные акустические каналы, каждый из кото- 40 рых состоит из соединенных последовательно приемного преобразователя, предусилителя, фильтра, основного усилителя, выпрямителя и фильтра низких частот, блок определения разнос45 тей времен прихода, регистратор, блок выделения момента достижения максимальной амплитуды, пиковыи детектор и первый блок выборки и хранения, выходы фильтров низких частот соеди 50 иены с соответствующими входами блока определения разностей времен прихода> отличающееся тем, что, с целью повышения точности диагностики, оно снабжено вторым и третьим блоками выборки и хранения, тремя аналого-цифровыми преобразователями, селектором длительностей сигналов, блоком управления, двумя измерительными усилителями, блоком цифроаналоговых преобразователей, интенсиметром, блоком вычисления и таймером, выход выпрямителя первого приемного акустического канала соединен с входом пикового детектора, выход которого соединен с входом первого блока выборки и хранения, а его выход соединен с информационным входом первого аналого-цифрового преобразователя, вход блока выделения момента достижения максимальной амплитуды соединен с выходом фильтра низких частот первого приемного акустического канала, а

его выход соединен с входом селектора длительностей сигналов, выход которого соединен с входом блока управления, выходы измерительных усилителей соединены с соответствующими входами второго и третьего блоков выборки и хранения, выходы которых соединены с сигнальными входами второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, первый выход блока управления соединен с управляющими входами пикового детектора, первого, второго и третьего блоков выборки и хранения и входом интенсиметра, выход которого соединен с регистратором, второй выход блока управления соединен с входами запуска первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, выходы данных, управляющие входы и выходы первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей и выход данных таймера соединены с магистралью блока вычисления, а аналоговые выходы блока цифроаналоговых преобразователей соединены с соответствующими входами регистратора, 1562845

Составитель К. Хилков

Техред M.Äèäûê

Корректор Н, Ревская

Редактор Л. Гратилло

Заказ 1062 Тираж 504 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101