устройство для виброакустического контроля длинномерных конструкций сложной формы

Формула изобретения

Устройство для виброакустического контроля длинномерных конструкций сложной формы, содержащее фиксатор локальных зон конструкции, а также разнесенные по разные стороны от контролируемого участка конструкции возбудитель вынужденных колебаний и регистратор их амплитуды, отличающееся тем, что фиксатор локальных зон конструкции выполнен в виде охватывающей конструкцию катушки возбуждения, установленной на основании с возможностью перемещения вдоль конструкции в пределах контролируемого участка, а также соединенного с катушкой и расположенного непосредственно под ней резервуара, открытого сверху и частично заполненного ферромагнитным порошком.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для оценки повреждений с помощью упругих колебаний длинномерных конструкций сложной формы.

Известно устройство для акустического контроля изделий, содержащее возбудитель вынужденных упругих колебаний изделия с изменяющейся частотой, а также приемник упругих колебаний с регистратором резонансных частот и вычислителем отклонений данных частот от их паспортных значений (см. а.с. СССР №690378, кл. G-01 №29/04,1977).

Недостатком данного устройства является значительная сложность и трудоемкость контроля, узкая область его применения вследствие необходимости знания для каждого неповрежденного изделия паспортных значений резонансных частот колебаний различных участков изделия.

Известны также устройства для виброакустического контроля длинномерных конструкций, содержащие фиксатор локальных зон конструкции, размещенную в центре локальной зоны присоединенную массу, возбудитель вынужденных колебаний присоединенной массы и регистратор амплитуды ее колебаний (см. а.с. СССР №1226303, кл. G 01 №29/04, 1986; а.с. СССР №1396047, кл. G 01 №29/04, 1988).

Недостатками данных устройств являются низкая производительность, ограниченные функциональные возможности, значительная вероятность повреждения конструкции в процессе контроля. Это объясняется необходимостью перезакрепления при каждом измерении присоединенной массы к новой локальной зоне, а также необходимостью подключения к передвигаемой энерционной массе возбудителя вынужденных колебаний и регистратора амплитуды колебаний. Кроме того, при упругих колебаниях дополнительно нагруженных присоединенной массой дефектных участков многократно увеличиваются динамические нагрузки на эти участки конструкции.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для виброакустического контроля одноосных конструкций, содержащее фиксатор локальных зон конструкции, а также разнесенные по разные стороны от контролируемого участка конструкции за пределы области перемещения локальных зон возбудитель вынужденных колебаний и регистратор их амплитуды (см. патент РФ №2170426, кл. G 01 №29/00, 1999), принятое за прототип.

Недостатками устройства - прототипа являются ограниченные функциональные возможности и сравнительно узкая область применения, значительная вероятность повреждения конструкции в процессе контроля. Указанные недостатки объясняются практически невозможностью фиксации локальных зон в известном устройстве при контроле длинномерных конструкций со сложной формой поперечного сечения, и особенно - при различной вдоль длины конструкции форме поперечного сечения. Кроме того, использование известного устройства для фиксации локальных зон в вышеуказанных случаях может привести к повреждению контролируемой конструкции, особенно в случае наличия в ней микродефектов.

Сущность изобретения заключается в создании устройства для виброакустического контроля длинномерных конструкций сложной формы, обеспечивающего возможность фиксации локальных зон конструкции в процессе контроля за счет равномерного объемного контактирования с элементами конструкции сыпучего ферромагнитного материала, приобретающего требуемые жесткостные характеристики под действием магнитного поля.

Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства, областей его применения и уменьшение вероятности повреждения конструкции в процессе контроля.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для виброакустического контроля длинномерных конструкций, содержащем фиксатор локальных зон конструкции, а также разнесенные по разные стороны от контролируемого участка конструкции возбудитель вынужденных колебаний и регистратор их амплитуды, особенность заключается в том, что фиксатор локальных зон конструкции выполнен в виде охватывающей конструкцию катушки возбуждения, установленной на основании с возможностью перемещения вдоль конструкции в пределах контролируемого участка, а также соединенного с катушкой и расположенного непосредственно под ней резервуара, открытого сверху и частично заполненного ферромагнитным порошком.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено устройство для виброакустического контроля длинномерных конструкций сложной формы, общий вид с продольным разрезом; на фиг.2 - вид А на фиг.1.

Предлагаемое устройство для виброакустического контроля длинномерных конструкций сложной формы 1, жестко установленных в опорах 2, содержит фиксатор локальных зон конструкции, а также разнесенные по разные стороны от контролируемого участка конструкции 1 за пределы области перемещения локальных зон возбудитель вынужденных колебаний последней в виде вибратора 3, подключенного к генератору 4 электрических сигналов, и регистратор амплитуды колебаний в виде датчика перемещений 5, последовательно подключенного к измерительному усилителю 6, при этом фиксатор локальных зон конструкции выполнен в виде охватывающей конструкцию катушки возбуждения 7 с обмоткой 8. На катушке 7 плотно с натягом закреплена втулка 9 с продольными пазами, в которых размещены продольные направляющие 10 основания 11, обеспечивающие возможность осевого перемещения катушки 7 вдоль конструкции 1 в пределах контролируемого участка. Непосредственно под катушкой 7 установлен открытый сверху резервуар 12, прикрепленный к катушке 7 специальной скобой 13, вставленной в отверстие втулки 9, и частично заполненный ферромагнитным порошком 14 (на фиг.1 и 2 показано рабочее состояние устройства при подаче тока в обмотку 8, когда порошок 14 втянут в осевое отверстие катушки 7 и фиксирует локальную зону конструкции 1).

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Фиксируют на конструкции 1 локальную зону(зону контролируемого участка конструкции 1, размещенную в данный конкретный момент в осевом отверстии катушки возбуждения 7 и ограниченную шириной данной катушки) путем подачи в обмотку 8 электрического сигнала, сопровождающейся втягиванием ферромагнитного порошка 14 из открытого сверху резервуара 12 в осевой зазор катушки 7 и соответственно равномерной объемной фиксацией с заранее заданной степенью жесткости вышеуказанным порошком локальной зоны конструкции 1( как известно, ферромагнитный порошок приобретает в магнитных полях при определенных значениях индукции свойства, близкие к свойствам твердого тела с требуемыми жесткостными характеристиками, что широко используется, например, в муфтах, тормозных устройствах и т.п.). Последовательно перемещают катушку возбуждения 7, а следовательно и локальную зону вдоль контролируемого участка конструкции 1, для чего периодически обесточивают обмотку 8, вызывая осыпание ферромагнитного порошка обратно в резервуар 12, производят осевые смещения катушки 7 в направляющих 10 основания 11 на заданный шаг, после чего опять запитывают обмотку 8 и фиксируют тем самым новую локальную зону. В каждом положении локальной зоны с помощью вибратора 3 прикладывают гармоническую силу с постоянной амплитудой и частотой, возбуждая тем самым вынужденные упругие колебания конструкции 1. При этом с противоположной от контролируемого участка конструкции 1 стороны датчиком перемещений 5 с измерительным усилителем 6 измеряют амплитуду возбуждаемых вынужденных колебаний и контролируют характер изменения данной амплитуды при перемещении локальных зон вдоль конструкции 1. В процессе контроля фиксируют момент скачкообразного изменения амплитуды измеряемых колебаний и по данному моменту определяют местоположение локальной зоны с дефектом.

Принцип действия предложенного устройства состоит в следующем. Согласно принципу контроля место дефекта, расположенное на контролируемом участке конструкции 1, находится между местами возбуждения и регистрации вынужденных колебаний конструкции. Результирующая изгибная жесткость всей конструкции определяется жесткостью локальной зоны, зажатой фиксатором (ферромагнитным порошком 14), жесткостью всей остальной части конструкции 1 без дефектов, и самое главное жесткостью локальной зоны с дефектом. Очевидно, что данной результирующей изгибной жесткостью будет определяться коэффициент передачи амплитуды колебаний конструкции 1 от места возбуждения колебаний до места их регистрации. До тех пор, пока фиксатор локальных зон находится в бездефектной зоне конструкции 1, результирующая жесткость конструкции 1, а следовательно и регистрируемая амплитуда вынужденных колебаний конструкции практически не меняется. Однако в момент попадания фиксатора (катушки 7 с ферромагнитным порошком 14 в осевом зазоре) на локальную зону с дефектом данный локальный участок из общей жесткостной схемы конструкции 1 автоматически выключается и жесткость данного участка практически определяется изгибной жесткостью фиксатора (при заданных параметрах катушку 7 вместе с ферромагнитным порошком 14 в осевом зазоре и зафиксированным локальным участком конструкции можно рассматривать как одно абсолютно твердое тело). При этом результирующая жесткость конструкции скачком изменяется, также скачком изменяется коэффициент передачи амплитуды колебаний от места возбуждения до места регистрации.

Очевидно, что предложенное устройство характеризуется предельной простотой, высокой производительностью, расширенными функциональными возможностями и областями применения, уменьшает вероятность повреждения конструкции в процессе контроля. Устройство позволяет оперативно осуществлять контроль практически при любой самой сложной форме поперечного сечения длинномерных конструкций, в том числе - при изменяющейся форме поперечного сечения вдоль длины конструкции. Устройство позволяет предельно быстро произвести фиксацию локального участка любой формы, причем равномерно по всему объему участка без опасности повреждения конструкции и с заранее заданной степенью жесткости.