Устройство для контроля состояния объекта в процессе усталостных испытаний

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ЕСПУБЛИК 51)5 6 0". М 3/32 ПРИ ГКНТ СССРОПИСАН ИЗОБРЕТ ЕТЕЛЬ(56) Авторское свидетельство СССРВ 947697, кл. О 01 И 3/32, 1986,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА В ПРОЦЕССЕ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ(57) Изобретение относится к исследованиям прочностных свойств материалов, к устройствам для контООля состОянияконструкций в процессе усталостных испытаний, Цель изобретения - повышение точности за счет обеспечсния началарегистрации одновременно с началом нагрузки в течение ее периода. Устройствопозволяет повысить точность оценки состоние относитсных свойствОйствдм дляий в процесс Изобрете ям прочност именно к уст ния конструк к исследованиматериалов, а Онтроля состояусталостных истаний,устроиство для измерения услговечности конструкции, сооследовательно соединенные рмации, фильтр с перестраиваристикой, измеритель средне" х отклонений, блок управтор, датчики режимов, счетчик блок индикации,Известн талостной д держащее и датчик дефо емой характ квадратичн ления, регул импульсов и ехнической сущется устройство екта в процессе ержащее тензоГОСУДАРСТВЕННЬЮЧ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬ 1 ТИ яния исследуемой конструкции за счет выполнения устройства сравнения в виде мик рог 1 роцессора, нд входы которого информация о нагрузке поступает через формирователь, а о дефоомэции - через аналого-цифровой преобразователь, При зтом с высокой точностью выделяется пер вая гармоническая составляющая сигнала деформацил с учетом фазового сдвига ее относительно сигнала нагрузки, Затем пер. вая гармоника вычитается из сигнала деформации, представляющего сумму ряда гармонических составляющих, и по соотношению между суммол квадратов высших гармоник и квадратом первой гармоники оценивается состояние конструкции в процессе усталостных испытаний, Одновременно повышается быстродействие устройства, так как при этом нет необходимости в последовательном выделении каждой гармонической составляющей сигнала деформации,Недостатками устройства являются низкая чувствительность и ограниченные функциональные возможности, так как не учитывается изменение упруговязких свойств .конструкции (фазовое запаздывание деформации относительно силы) в процессе испытаний, Позтому такое устройство не пригодно для определения, например, появления пластических деформаций на ранней стадии усталости.Наиболее близким по тности к предлагаемому являдля контроля состояния обьусталостных испытаний, содрезисторные датчики нагрузки и деформации, элемент сравнения с Вклоченными на его входах средствами масштабирования сигналов датчиков в виде нормирующих усилителей и регистрирующий прибор,Недостаток известного устройства заключается в невысокой точности определения поврекдения испытуемого объекта при приложении к нему знакопеременной нагрузки, Это связано с искажением формы кривой деформации, обусловленным нелинейностью характеристик испьтуемых сбъектов в процессе накопления усталостных повреждений и наличием фазовых сдвигов гармонических составляющих сигнала деформации относительо сигнала нагружен ия," С 1 цека по Вреждаемости исп ытуемого Объекта 3 ачительно усложняетсЯ при Воздействии а него одновременно постоянной и переменой нагрузки, так как при этом необходимо обеспечить одновременное сравение постоянной и переменной состаВляОщих сиГналоВ датч 1 ков силы и деформации,Цель изобретения - повышение точност Устоойства за счет обеспечения начала регистрации одновременно с началом нагрузки в течение ее периода,Цель достигается тем, что устройство снабжено формирователем, включенным между первым нормируОщим усилителем и первым входом элемента сравнения, и аналого-цифровым и реобразователем, в кл юченным между вторым нормирующим усилителем и вторым входом элемента сравне.Ия,БклОчене В состав устройства формироватсля, на вход которого поступает информация о нагрузке, и аналого-цифрового преобразователя, на вход которого подается сигнал о деформации, позволяет с помощью сравнивающего устройства, выполнен;Ого, например, на микропроцессоре, с высокой точностью выделить первую гармоническуо составляОщую сигнала де- фОРМаЦИИ С УЧЕтоМ фаЗОВОГО СДВИГа ЕЕ ОТНО- сительно сигнала нагрузки, Затем первая гармоника вычитается из сигнала датчика деформации, представляющего сумму ряда гармаических составляющих, и по соотношению между суммой квадратов высших гармоник и квадратом первой гармоники производится оценка состояния конструкции в процессе усталостных испытаний. При этом нет необходимости в последовательном выделении каждой гармонической составляющей сигнала деформации, что значительно повышает быстродействие устройства. На фиг, 1 приведена функциональнаясхема устройства для контроля состоянияобъекта в процессе усталостных испытаний;на фиг. 2 - блок-схема алгоритма работы5 микропроцессора; на фиг. 3 - график зависимости коэффициента повреждаемости отчисла циклов нагружения,Устройство содержит датчик 1 нагрузки,прикладываемой к испытуемому обьекту 210 при помощи силовозбудителя 3, тензорезисторные датчики 4 деформации испытуемого обьекта 2, нормирующие усилител 15 и б,соединенные с выходами датчиков наГузки1 и деформации 4 соответственно,Выход15 нормирующего усилителя 5 соединен с входом формирователя 7, выход которого подкл 1 очен к первому порту ввода микропроцессора Я, К второму порту ввода подключенвыход аналого-цифрового преобразователя20 9, вхор, которого соединен с выходом нормирующсч о усилителя б,Устройство работает следующим образом.С помощь 1 о силовозбудителя 3 к иссле 25 дуемому объекту приклад Вается нагрузка,изменяющаяся по гармоническому закону,которая измеряется с помощью датчика 1нагрузки, Сигнал на выходе датика 1 нагрузки;О.(1) = Он макссОЯ О т + ОнО. (1)Дефгзрмация объекта контролируется с помощьо датчика 4 деформации. сигнал на 35 выходе которого имеет вид:ОЗ- У Од макс БГ (211+Г ), (2)40где- порядковый номер гармонической составляющей сигнала, снимаемого с выхода датчика деформации:у 1 - фазовый сдвиг 1-й гармоники сигнала деформации относительно нагрузки,Сигнал на вьходе АЦП:ПОя(т) - Од макс, 3 П ( Й 11 +50+ г) + Ояо, (3)где) - номер отсчета сигнала с выхода АЦП.Сигнал Он(т) усиливается нормирующим усилителем 5 и подается на вход формирователя 7, на выходе которого по моментам перехода сигнала Он(1) через нуль формируется импульс напряжения с длительностью, равной периоду сигнала на1748004 27 ггрузки Т = -г-, Этот сформированный имТКпульс падается на первый порт ввода микропроцессора 8 (порт А 1), Дискретные отсчеты О 1(т;), снимаемые с выхода АЦП 9, 5 подаются на второй порт ввода микропроцессора 8 (порт А 2),Уикропоцессор 8 выделяет из сигнала ЩО) первую гармонику сигнала деформации с частотой Й 1 и углом сдвига фаз р 1 10 относительно сигнала нагружения Я О 9 о = -п 1О 91(ч) О 9 максСОЯ ( Я1/ + Р ), (4)Затем из сигнала (3) вычитается сигнал (4),где в результате получается сигнал вида 15 С = О 9- О,.) = 1,гп 1=2 и квадраты разностей: 20 Сигнал (5) возводится в квадрат, интегриру 2 л ется и усредняется за период Т = - - получим; 25 00 РсрО 9 макс 1,=2(б) К2О 9 максБлок 7 выводит результаты вычисленийна регистратор,Предлагаемое устройство позволяет свысокой точностью определить первую гар 40 монику сигнала деформации и ее фазовь .сдвиг относительно сигнала нагрузки,вследствие чего повышается точность выделения высших гармонических составляощих из сигнала деформации, и как45 следствие, повышается точность контролясостояния объекта в процессе усталостныхиспытаний, основанного на измеренииуровня высших гармонических составляющих в спектр сигнала деформации,50 Коэффициент повреждаемости определялся экспериментально для круглых образ- .цов с отверстием и плоских образцов сотверстием или вытачками из материаловст, ЗОХГСА, Д 16,55 В начале испытаний Кп составлял порядка 0,3 о, а в момент разрушения образцадостигал значения 15 оь. Сигнал деформации преобразовывался в кад с помощью 12 разрядного АЦП типа 57 ПВ 1, Формирователь выполнен на компараторе 521 СА 4. Оост(ч)О 9 макс сОЯ ( Й ч + с, ), (Значение (б) делится на квадрат амплитуды первой гармоники, в результате чегона выходе микропроцессора формируется.величина Кп, определяемая соотношением:К = Р , (7)О 9 максЗначение Кп (коэффициент повреждаемости) является мерой повреждаемости испытуемого обьекта и контролируетсяприборам 9,График зависимости Кп в функции числациклов нагружения представлен на фиг, 3,Алгоритм работы микропроцессора(фиг, 2) заключается в следующем,Блок 1 анализирует наличие сигнала навходе порта ввода А 1,Блок 2 при наличии сигнала на входепорта ввода А 1 осуществляет опрос портаввода А 2, на вход которого поступает сигналс вгяхода аналогоцифрового преобразователя 9.Блок 3 осуществляет запоминание дискретных отсчетов сигнала с выхода аналого-цифрового преобразователя, подсчитывает их количество и вычисляет сумму,гпЯ = Р О 1,)=1где гп - количество дискретных отсчетов за2 упериод Т = -2-,В - значение )-го отсчета сигнала с выхода АЦП,Блок 4 по окончании сигнала на входе порта ввода А 1 реализует вычисление постоянной составляющей во входном сигнале по формуле Блок 5 реализует алгоритм выделения аМПЛитуДЫ ПЕРВОЙ ГаРМОНИКИ О 9 макс И ЕЕ фазы рьБлок б вычисляет центрированные отсчеты входных сигналов: Р =-(С - О 9 макс СОЯ(Я1 +ДА ,-2а затем осуществляет определение среднего значения Рср , (С/ - О 9 макс 1 СОЯ ( Й 1 + ЪР2гп и вычисляет коэффициент повреждаемостипа формуле,тамо дЯ;. Составитель Г.Лукашевич 6 Я.Техред Ч,Моргентал Корректор С.Риси Реда кто акдура аказ 2498 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьгтиям при ГКНТ С 113035, Москва, К, Раушская наб 4,5 Производственно-издательский ( омбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Формула изобретения Устройство для контроля состояния объекта в процессе усталостных испытаний, содержащее датчики нагрузки и деформации, предназначенные для устанввки на испытуемом объекте, подключенные к датчикам нагрузки и деформации соответственно первый и второй нормирующие усилители и последовательно соединенные элемент сравнения и регистратор, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности за счет обеспечения начала регистрации одновременно с началом нагрузки в течение ее периода, оно снабжено формирователем, 5 включенным между первым нормирующимусилителем и первым входом элемента сравнения, и аналого-цифровым преобразователем, включенным между вторым нормирующим усилителем и вторым входом 10 элемента сравнения,