Способ обнаружения появления и развития трещин

)5 6 01 й 27/61 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН мощью приемн еприемлем в случае учаемых при усталосттвам выявления трещин дения переменного оторомучерезиспыпускают заданный есенных на опредеах измеряют напряоторых определяют, Известе в котором об полагают на териала так, плоской пов на поверхно редачи соотв ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЯВЛЕНИЯИ РАЗВИТИЯ ТРЕЩИН(57) Изобретение относится к технике диагностики механического состояния конструкций, Цель изобретения - сокращениевремени обнаружения появления трещин.Способ обнаружения появления и развитиятрещин заключается в том, что на поверхности исследуемого элемента конструкции взоне предполагаемого появления трещины зобретение относится к технике диагики механического состояния конструка именно к обнаружению появления ин при испытаниях материалов и конций,н способ обнаружения трещин, ойму со стекловолокнами расисследуемой поверхности мачто прижимают их по длине к ерхности. Появление трещины сти изменяет коэффициент пеетствующего волокна и это из 3размещают. параллельные один с другим, расположенные с определенным шагом лепестки проводящей фольги, соединенные с одной стороны с общим выводом, Лепестки ориентируют перпендикулярно ожидаемому направлению развития трещины. По отсутствию тока определяют обрыв лепестка, характеризующий собой появление или дальнейшее развитие трещины по координате, перпендикулярной лепесткам. Новым в способе обнаружения появления трещины является то, что перед пропусканием электрических токов формируют весовые токи со значениями, пропорциональными членам степенного ряда, показатели степени которых равны порядковым номерам лепестков. Пол ученные весовые токи пропускают через соответствующие лепестки и суммируют на общем выводе, Суммарный ток представляют в цифровой код и по первому его изменению определяют место появления трещин, а по Б последующим изменениям - их развитие, 2 ил. менение фиксируют с посвета.Такой способ нбольших изгибов, полных испытаниях.Существует способпутем определения панапряжения, согласно ктываемый образец пропеременный ток и в разнленное расстояние точкжения, по значениям кразмеры трещины, 1739270При испытаниях металлов такой способ оказывается неточным либо неприемлемым, так как удельное сопротивление металлов весьма мало.Наиболее близким к предлагаемому является способ. регистрации трещин, в котором используют гребенчатый тенэодатчик, нити которого располагают перпендикулярно предполагаемому направлению распространения трещин, С одной стороны тензонити объединяют и на них подают заданное напряжение, с другой стороны на каждой из тензонитей контролируют напряжение с помощью соответствующего согласующего усилителя и многоканального регистратора. Обрыв тензонити фиксируют по пропаданию напряжения на соответствующем канале регистрации, при этом отмечают наработанное количество циклов нагружения.При увеличении числа используемых датчиков трещин количество каналов контроля соответственно возрастает. При этом увеличиваются число линий связи и обьем контролирующего оборудования, а также снижается надежность и производительность контроля трещин.Цель изобретения - сокращение времени обнаружения появления трещин и сокращение контролирующей аппаратуры,На фиг.1 представлена структурная схема для реализации предлагаемого способа обнаружения появления и развития трещин; на фиг.2 - блок-схема одного из возможных алгоритмов обнаружения появления и развития трещин,На структурной схеме (фиг.1) весовые значения токов формируют с помощью стабилизированного источника 1, блока 2 опорных напряжений и реэистивной матрицы 3. Токи подают, например, на гребенчатые фольговце датчики 4. Суммарный ток общего выхода гребенчатого датчика 4 через коммутатор 5 и аналого.-.цифровой преобразователь 6 в виде цифрового кода направляют. на цифровую магистраль 7.Анализ цифрового кода датчика 4 проводят по алгоритмуфиг,2), Структурно блоксхема состоит из трех частей. В первой части, блоки А 1-И (1-й столбец), осуществляют опрос гребенчатых датчиков. Во второй части или 2-м столбце блоки А 2-Р 2 определяют оборванные лепестки, а в третьей части блоки АЗ-РЗ производят формализацию трещины.Предлагаемый способ обнаружения появления и развития трещин заключается в следующем. Датчики 4, использующиеся в данном случае в качестве параллельных лепестков, ориентируют так, чтобы лепестки были направлены перпендикулярно предполагаемому направлению распространения трещины, Например, при усталостных испытаниях плоских образцов материала на 5 изгиб датчик 4 размещают на плоскости испытываемого образца перпендикулярно оси изгибающего момента. На лепестки датчика 4 подают весовые токи, значения которых выбирают пропорциональными членам 10 степенного ряда с основанием, например,два. Тогда весовой ток в 1-м лепестке равен 11 = 1 Ф 2, где = О, 1, 2, , е- номер лепестка в датчике 4,ъ - число лепестков в датчике 4, 1 - ток квантования.15 Так, для датчика с числом лепестков е=8 ток через нулевой лепесток равен 1 о =, ачерез последний седьмой 1 = 1128. На общем. выводе гребенчатого датчика 4 весовые токи суммируют и, в случае целостности 20 всех лепестков, суммарный ток получаютФ -равным 1 д=, 1 2, где д - суммарный ток=0датчика 4. Так, для восьми лепестков ток равен 1 д = 1 4255, Для удобства анализа состояния лепестков суммарный ток преобразуют- посредством аналого- цифрового преобразователя 6 в цифровой код и запоминают его. Первое изменение кода соответствует моменту появления первой трещины, Например, при обрыве лепестка с номером 2 код датчика будет соответствовать суммарному току, равному 1 д = 1 Ф 251.Возможно появление двух или более трещин, например, при обрыве лепестков с номерами О, 1 и 7 (появление сразу двух трещин) код датчика будет соответствовать суммарному току 1 д = 1 И 48, Дальнейшее изменение суммарного тока будет соответ ствовать развитию трещин, сопоставляя новый код суммарного тока с предыдущим во времени кодом, определяют номера лепестков, оборванных при этом развитии. Тем самым определяют развитие трещины 45 вплоть до разрушения всех лепестков. Таким образом, предлагаемый способ позволяет, анализируя изменение суммарного тока, не только обнаружить появление трещин, но и проследить за их развитием. При чем разрешающая способность полинейному размеру равна шагу между лепестками, а разрешающая способность по скорости развития трещины определяется временем между соседними обращениями к 55 лепесткам, в данном случае к датчику 4.Весовые значения токов получают следующим образам.На питающемся от стабилизированногоисточника 1 блоке 2 опорных напряженийформируют опорные напряжения О; = ОФ 2,510 20 30 35 40 50 55 где Ок - напряжение квантования, равное напряжению на первом выходе источника 2, Следовательно, в датчике 4 с восемью лепестками на последнем выходе, соответствующем седьмому лепестку в датчиках 4, напряжение равно 17 = ОкФ 28, Далее с помощью резистивных матриц 3 преобразуют опорные напряжения в весовые токи, которые подают на соответствующие лепестки датчика 4 и суммируют на его общем выводе. Для дополнительного повышения помехоустойчивости общую точку датчика 4 подключают к входу операционного усилителя, например, в составе коммутатора 5, нв этот же вход операционного усилителя под ают сигнал глубокой обратной связи с выхода операционного усилителя, в результате нв общей точке датчика получают потенциал, практически равный нулю и.поскольку номиналы резисторов матрицы 3 одинаковы, весовые токи оказываются пропорциональными опорным напряжениям; При обрыве лепестков в датчике 4 входной сигнал операционного усилителя соответственно меняется, но опорные напряжения 2 благодаря наличию резистивных матриц 3 остаются неизменными. Таким образом, токи в различных датчиках 4 практически независимы. С. помощью аналого-цифрового преобразователя 6 сигнал с того или иного датчика 4, переключаемого посредством коммутатора 5, преобразуют в цифровой код, соответствующий текущему состоянию датчика, и передают на цифровую магистраль 7 для последующего анализа.Возможен и другой способ формирования весовых значений токов. От общего источника 2 напряжения весовые значения токов получают с помощью резистивной матрицы 3, номиналы резисторов в которой . пропорциональны степенному ряду, в денном примере, с основанием 2. Весовые значения токов можно также получить, выполнив гребенчатый датчик 4 из фольгового материала так, чтобы сопротивления 4 его резистивных лепестков были пропорциональны членам степенного ряда с основанием 2, В этом случае лепестки датчика 4 объединяют с обеих сторон. а к источниу напряжения датчик подключают одним проводом. Реэистивная матрица при этом не нужна.Предлагаемый способ обнаружения появления и развития трещин позволяет расдоложить реэистивные матрицы 3 непосредственно на испытательном стенде. Таким образом, количество питающих проводов опорных напряжений оказывается ограниченным числом лепестков в датчике 4 (или одним проводом), и в данном случае равно восьми (или одному в случае резистивных лепестков), а количество линий, связывающих датчики 4 с измерительноконтролирующей системой, равно числу датчиков.Рассмотрим один из возможных алгоритмов обнаружения появления трещины (фиг,2), Работу программы начинают е ввода констант (блок А 1); й - число датчиков; М число лепестков в датчике; и определения переменных: К - текущий код гребенчатого датчика; Кя - код гребенчатого датчика в предыдущем запросе; п - номер гребенчатого датчика; Ь и - приращение кода датчика; с - время наработки В первой части программы осуществляют организацию цикяоа Ощзоеа гребенчатых даиов по комарам до момакте их полного разрушеню. Если результат текущего запроса циФрового коде гребенчатого датчика Кл отличаетсв От РезУЯьтата аРаДыдущего,ипроса ки (блок с 1), то упраеяе. ние передаот не вторую часть программы(блоки А 2-Г 2), где анализируют изменение цифрового кода гребенчатого датчике Д я- -К,О-Кп и определяют номере лепестков, оборванных за промежуток времеки между текущим и предыдущим обращением к датчику. При этом приращение кода гребакфетого датчике и раскладывают в степекной ряд с осжеением в данком случае дае к по найденным таким образом показатвлям степени определяют номера оборванных лвпесткоа, 8 третьей части программы (блоки Аз-Гз) Формеяизуют результеы аиаяизе. проведенные в 1-й и 2-й честях. Формализацию проводят по следующим .признакам: первая трещине; новая, ио ке первая трещине; рост трещины; слияние трещии к разрушение образца. При Формаявзацкк просматривают комара яаееетков. разрушенных в тачекиа последнего интервала времени, совместно е комарами ренее оборванных лепестков. При этом критерием. роста трещины аеляетея отличие комаров вновь оборванных лваетков от комаров ранее разрушенных лепеетков ка единицу как справа, так и слева, Поэтому перебор комеров разрушенных лепестков ведут екачала справа, затем слева. В этом же части программы регистрируют параметры разрушения образцов.Интервал времени между двумя соседними опросами гребенчатого датчика, а следовательно, и разрешающая, способность контроля по времени определяются в основном временем аналого-цифрового преобразования. Это время, а также время операции возведения в степень, в свою оче 1739270редь, определяются числом лепестков.в гребенчатом датчике и количеством самых датчиков. Так, в Случае . использования аналого-цифрового преобразователя с временем преобразования 30 мс, ЗВМ ДВКи восьми восьмилепестковых гребенчатых датчиков трещин время между соседними опросами каждого из восьми гребенчатых датчиков составляет 0,5 мс Гребенчатый датчик с восемью лепестками шириной 0,25 мм и расстоянием между лепестками 0,25 мм позволяет обнаруживать появление трещины, а также и ее развитие с точностью до 0,5 мм.Предлагаемый способ позволяет полностью автоматизировать процесс обнаружения появления трещин в многоканальных системах и стендах испытаний с большим числом датчиков трещин.Формула изобретения Способ обнаружения появления и развития трещин, включающий пропускание электрических токов через лепестки, которые предварительно укрепляют параллельно один другому на поверхности элемента конструкции, определение места появления 5 трещины по пропаданию электрического тока через оборванный появлением трещины лепесток и определение развития трещины по следующему во времени пропаданию электрического тока в других лепестках, о т л и Ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения времени обнаружения появления трещин, перед пропусканием электрических токов осуществляют формирование весовых токов с весовыми значениями, 15 пропорциональнь 1 ми членам степенного ряда, показатели степени членов которых равны порядковым номерам лепестков, и производят суммирование весовых токов через лепестки и преобразование значения 20 суммы весовых токов через лепестки в цифровой код.1739270 Г Редактор А.Козориз Производственноаказ 998 . БНИИПИ Гос Составитеяь С.ЕрисовТехред М.Моргентап Корректор М.Пож Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ьский комбинат "Патент", г. Уч:город, ул.Гагарина, 1