Способ вибродиагностики элементов конструкций

)5 601 й 29/04 ЗОБРЕТЕНИЯ ИСАН СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТОРСКО(56) Авторское свидетельство СССРМ 1330547, кл, 6 01 й 29/04, 1986,Авторское свидетельство СССРМ 1024929, кл. 6 01 М 29/04, 1982,(54) СПОСОБ ВИБРОДИАГНОСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности диагностики малыхобъектов, Способ осуществляется следующим образом, Резонансные колебания возбуждают последовательно в радиальных Изобретение относится к испытаниям и измерениям и может быть использовано для неразрушающего контроля механических изделий в процессе доводки при изготовлении, а также для прогнозирования ресурса работы при эксплуатации, например, прецизионных элементов механических конструкций (детали микроэлектродвигателя, подвес динамически настраиваемого гироскопа и т.п.),роакустического онструкций, занагруженных зождают упругие мплитудой и по збуждающей сиуемые параметлагаемому явконтроля тонГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР Известен способ виб контроля тонкостенных к ключающийся в том, что в нах конструкций возбу колебания с постоянной а измеренной амплитуде во лы определяют контролир Наиболее близким к и ется способ акустическонаправлениях по кругу на плоскости, перпендикулярной оси одного исправного объекта из партии, Затем, используя зарегистрированные значения частот, определяют диагностическую модель объекта, на которой моделируют различные виды дефектов в объекте, при этом регистрируют скачки частот, соответствующие различным стадиям развития дефекта. Затем предлагается возбуждать резонансные колебания в другом исследуемом объекте из партии последовательно в радиальных направлениях по кругу на плоскости, перпендикулярной оси объекта, фиксировать собственные частоты объекта в каждом из направлений. Сравнивая полученные значения частот с диагностической моделью объекта, местонахождение и степень развития дефектов определяют по характеру скачков частот, 6 ил 1 табл,костенных иэделий. Способ заключается в том, что импульсы свободных колебаний последовательно возбуждают в акустически нагруженных зонах и по зависимости изменения частоты принимаемых колебаний от местоположения нагруженной эоны судят о контролируемом параметре.Однако в обоих способах предлагается достаточная линейная протяжность обследуемого изделия, что неприемлемо для прецизионного объекта ввиду его малых размеров. Даже если размеры изделия не малы, указанные способы применимы лищь в том случае, если конструкция изделия дает доступ в обследуемую зону. ,Целью изобретения является повыше; ние чувствительности диагностики дефекУказанная цель достигается следующимбразом, Резонансные колебания возбуждают последовательно в ррадиальных на- который подаются сигналы с усилителейправлениях по кругу на плоскоскости перпен- мощности входного 2 и выходного 10 трактадикулярной оси одного испр вравного объекта для измерения фазовых характеристик кониз партии. спользуя з р. И за егистрированные тролируемых параметров и более точной назначения частот, определя ют диагностиче стройки системы на резонанс. Возбуждаяскую модель о ъекта, на котб, ороймоделиру- колебания в контролируемом объекте поют различные виды дефектовефектов в объекте, При следовательно в радиальных направленияхэтом регистрируют скачки частот, соответ- по кругу на плоскости, перпендикулярнойствующие различным стадиям рм развития де- оси объекта, устанавливают соответствиефекта. Затем воз уждаютб ж ают резонансные 10 между измеряемыми собственными частоколебания в другом исследуследуемом объектеиз тами и характерными массами, составляюпартии последовательно в ро радиальных на- щими объект, Это необходимо для созданияправлениях по кругу на плоскоскости перпен-диагностической динамической модели дедикулярной оси о ъекта,б екта, Фиксируют фекта (ДДМД) в виде элементов инерции,собственные частоты о ъектаб в каждом из 15 соединенных между собой жесткостными инаправлений, сравнивают и ливают полученные зна- диссипативными связями. Определение мечения частот с диагнагностической моделью ста возникновения дефекта на динамичеобъекта, а местоположение иположение и степень разви- ском аналоге прецизионного механическоготия дефектов опред яределяют по характеру колебательного объекта показано в примескачков частот. В известных технических ре ре 1.шениях коле ания воз уждаб б ают непосредст- П р и м е р 1. Изменение спектра собственно в, тех зонах конструкций, вх констр кций, в которых венных частот колебательного объекта, коосуществляется ви ря виб оакустический конт- торсе проводилось для различныхб ж ения король, ри этом о к, П контролируемом парамет- радиальных направлений воз уждения коа исимости изменения частоты 25 лебаний с поворотом по кругу, дает резульот местоположения зоны. Предлагаемый таты, приведенные на фиг, 2 и 3, причем наспособ отличается от и вб от известного тем, что фиг. 3 показаны частоты после поворотаорезонансные коле ания в иб сследуемом объ- объекта на 90 вокруг оси. Эти данные полекте из партии воз уждают иб ют последователь- учены для эталонного бездефектного объекно в радиальных направлениа ениях по кругу на 30 та, в противном случае и количество частот,плоскости, перпендикулярнойр ой оси объекта, и их величины изменяются при поворотеПри этом по характеру скеру скачков частот опре- объекта, Рассматриваемый объект предделяют местоположение и степеньепень развития ставляется в виде механической колебательной системы с двумя степенямидефектов,Нафиг.1 изображенасхемареализации 35 свободы, Тогда ДДМД, вклю щключаю ая всеспособа; на фиг. 2 и 3 - зависимости А от Л; возможные случаи возникновения дефекта,нн й на фиг, 4, Возна фиг. 4 - схематически диагностическая имеет вид, представле ы фдинамическая модель дефекта; на иг.фекта на фиг. 5 - можны 15 различных способов образования; на фиг. 6 - дефекта, т.е. ДДМД содержит 16 модификаизменения трех собственных круговых час ций, включая исходную бездефектную модель. Из них четыре модификацииСпособ осуществляют следующим об- соответствуют образованию одного дефекта, шесть модификаций - одновременноразом.Электрические колебания звуковой час- двум дефектам, четыре модификации - одтоты вырабатываются в генераторе 1 и по новременно трем цефектам и одна модифидаются на усилитель 2 мощности с частотой, кация - одновременно четырем дефектам,измеренной частотомером 3, Далее сигнал Затем проводится паспортизация ДДМД,б то 4 осуществляющий заключающаяся в предварительном расчетеэквивалентное силовое воздействие на кон- частотных спектров всех модификацийтролируемый объект 5, При этом форма ко ДДМД, а также оценке их инерционных,б наблю ается на экране диссипативныхижесткостныхпараметровсосциллографа, входя щф 6, Находящийся на объекте помощью параметрической идентификациидатчик силового воздействия 7 преобразует (более подробно метод расчета излагается вмеханические колебания в электрический примере 2).сигнал, который подается на акселерометр 55 Результаты паспортизации представле 8. Устройство крепления контролируемого ны в таблице, где по горизонтали располообъекта 5 предусматривает возможность жены номера частот, а по вертикали -поворота объекта на определенный угол по значения частот в герцах,отношению и направлению возбуждения Для определения места дефекта в обколебаний, В схему включен фазометр 9, на следуемом объекте измеряется спектр егособственных частот. Затем для каждой из возможных модификаций ДДМД составляется функционал6 5( )ггде Жк - собственная частота реального объекта;Як - собственная частота )-й модификации ДДМД.Минимальное значение 1 соответствует данной модификации ДДМД, т,е, указывает местоположение дефекта. Например, если минимальным оказалось 16, то в объекте образовалось одновременно четыре дефекта.Степень развития дефекта в объекте уточняется с помощью расчета, рассматриваемого в примере 2.20П р и ме р 2. Здесь в качестве объекта расчета выбран для конкретности упругий подвес динамически настраиваемого чувствительного элемента. Конечной стадией изготовления подвеса является доводка до 25 определенной толщины перемычек, соединяющих отдельные части рассматриваемого объекта. Малые размеры подвеса (габариты порядка 20 мм) и высокие требования к толщине перемычек (доли милли метра) безусловно относят его к прецизионным деталям. Качество детали определяется размером перемычек и технологической чистотой их выполнения. Существующие методы контроля основаны на статических испытаниях обьекта, что связано с трудоемкостью исследований и отсутствием достоверных данных о величине перемычек и наличия в них дефектов,Для проведения численных экспери ментов составляется расчетная схема, которую для небольших амплитуд можно принять линейной, Ставится задача по определению зависимости собственных частот механической системы от места и величины дефекта в ее элементах, Расчетная модель представляется в виде двух основных масс (фиг. 5): в 1 - внутреннее кольцо,вг - центральный вал.Появление трещины интерпретируется отделением массы в и возникающей при этом связью в виде коэффициентов жесткости с и диссипации Ь, Так в рассматриваемой расчетной схеме в 1, с 1, Ь 1 моделируют трещину во внутреннем 55 кольце со стороны внешнего кольца (заделка).Выражение для потенциальной энергииимеет вид П = - С 1 х 1 + - Сг (х 1 - х 1 ) +1 1 г 1 ) 1 г2-М 1 С , -М 1 Вгде М, С, В - квадратные матрицы соответственно инерции, жесткости и диссипации;Е - единичная матрица.Приняты следующие исходные числовые значения:с 1=1,810Ь 1= 143; в 1=2,3;сг = 0,6 10Ьг = 138; в 1" = 1,2;сз=0,1210; Ьз=172; вг=1,9,сг=0,310Ьг=168;сз = 0,1. 10; Ьз =176; .с 4=08 10; Ь 4= 162;причем коэффициенты с даны в н/м; Ь - в нххс/м, а в - вкг.В выбранной модели развития трещинызначения массы в 1 = 1,15, соответственнов 1 = 1,15, а коэффйциент диссипации Ь 1 ==100, Уменьшение жесткости с от 4 10 до1 10 моделируют рост трещины в заданном элементе,На участке от 2 10 до 1 10 наблюдается переход (скачок) частот от координатыхг к хг, а хг к хг, т.е, изменяются номерачастот (показаны стрелками). Этот факт служит диагностическим признаком места истепени развития дефекта в системе.Таким образом, предлагаемый способвибродиагностики элементов конструкцийобладает более высокой, чем известные способы, чувствительностью, так как привязкаизмеряемых частот к соответствующим характерным массам контролируемого объекта дает возможность определить скачкичастот, которые позволяют более информативно зафиксировать характеристику развития дефекта, Это позволяет провестинеразрушающий контроль прецизионнахобъектов малых размеров, а также другихизделий, конструкция которых не дает доступа в обследуемую зону,Формула изобретения Способ вибродиагностики элементовконструкций, заключающийся в том, что вконтролируемом объекте возбуждают резо1732256 нансные колебания, регистрируют их частоты, определяют местонахождение и степень развития дефектов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности диагностики малых объектов, резонансные колебания возбуждают последовательно в радиальных направлениях по кругу на плоскости, перпендикулярной оси одного исправного объекта из партии, используя зарегистрированные значения частот, определяют диагностическую модель объекта, на которой моделируют различные виды дефектов в объекте, при этом регистрируют скачки частот, соответствующие различным стадиям развития дефекта, затем возбуждают резонансные колебания в другом исследуемом объекте из 5 партии последовательно в радиальных направлениях по кругу на плоскости, перпендикулярной оси объекта, фиксируют собственные частоты объекта в каждом из направлений, сравнивают полученные зна чения частот с диагностической модельюобъекта, а местоположение и степень развития дефектов определяют по характеру скачков частот. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 351196 689717 479565 561373 689716 479566 561380 795472 689719 479573 561373 795472 724181 561380 47957313,8 689714 351201 795468 795468 351203 795468 795472 229,8 351207 724181 724175 258,9 264,1 254,7 14,4 38,4 795468 795468 173,9 172,9 724175 244,3 195,5 145 219,1 173,7 169,4 201,9 147,2 167,8 152,9 270,41732256 Ди. бСоставитель ф. Измайлов,Техред М,Моргентал К рректор Т, Палий дактор М, Блана аз 1579 ВНИИП ент", г; Ужгород, ул.Гагарина, 1 зводственн 6- здательский комбинат с Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раущская наб 45