способ определения координаты, длины и глубины раскрытой трещины упругой консольной балки
| Классы МПК: | G01N19/08 обнаружение локальных дефектов или нерегулярностей в материале |
| Автор(ы): | Ильгамов Марат Аксанович (RU), Хакимов Аким Гайфуллинович (RU), Шакирьянов Марат Масгутьянович (RU) |
| Патентообладатель(и): | Ильгамов Марат Аксанович (RU), Хакимов Аким Гайфуллинович (RU), Шакирьянов Марат Масгутьянович (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2010-02-09 публикация патента:
10.04.2011 |
Использование: для определения координаты, длины и глубины раскрытой трещины упругой консольной балки. Сущность заключается в том, что осуществляют возбуждение собственных изгибных колебаний эталонной и исследуемой балок, при этом для определения координаты, длины и глубины раскрытой трещины упругой консольной балки измеряют первые три частоты 
1, 2, 3 и 1
*, 2 *, 3 * собственных колебаний эталонной и исследуемой балок соответственно, затем из частотного уравнения, составленного для модельной балки без трещины, определяют значения ее первых трех частот 
1, 2, 3 собственных колебаний, отношением значений соответствующих частот колебаний модельной и эталонной балок без трещин находят три частотных коэффициента 
1, 2, 3 корректировки модели: 1= 1/ 1, 2= 2/ 2, 3= 3/ 3, умножают измеренные значения первых трех частот 1 *, 2 *, 3 * собственных колебаний исследуемой балки с раскрытой трещиной на соответствующие частотные коэффициенты корректировки и находят именно те значения первых трех частот 1 *= 1* 1 *, 2 *= 2* 2 *, 3 *= 3* 3 * собственных колебаний, которые используют в частотном уравнении модельной балки с надрезом для вычисления его координаты, длины и глубины, которые соответствуют координате, длине и глубине раскрытой трещины исследуемой упругой консольной балки. Технический результат: обеспечение возможности определения местоположения (координаты) и размеров (длины и глубины) раскрытой трещины упругой консольной балки. 4 ил. 
Формула изобретения
Способ определения раскрытой трещины упругой консольной балки путем возбуждения собственных изгибных колебаний эталонной и исследуемой балок, отличающийся тем, что для определения координаты, длины и глубины раскрытой трещины упругой консольной балки измеряют первые три частоты 1, 2, 3 и 1 *, 2 *, 3 * собственных колебаний эталонной и исследуемой балок соответственно, затем из частотного уравнения, составленного для модельной балки без трещины, определяют значения ее первых трех частот 1, 2, 3 собственных колебаний, отношением значений соответствующих частот колебаний модельной и эталонной балок без трещин находят три частотных коэффициента 1, 2, 3 корректировки модели: 1= 1/ 1, 2= 2/ 2, 3= 3/ 3, умножают измеренные значения первых трех частот 1 *, 2 *, 3 * собственных колебаний исследуемой балки с раскрытой трещиной на соответствующие частотные коэффициенты корректировки и находят именно те значения первых трех частот 1 *= 1 * 1 *, 2 *= 2 * 2 *, 3 *= 3 * 3 * собственных колебаний, которые используют в частотном уравнении модельной балки с надрезом для вычисления его координаты, длины и глубины, которые соответствуют координате, длине и глубине раскрытой трещины исследуемой упругой консольной балки.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к неразрушающему контролю упругих твердых тел акустическими методами и может найти применение в строительстве и в машиностроении, в частности авиадвигателестроении.
Известен способ обнаружения дефектов в материале упругого объекта, при котором возбуждают свободные или вынужденные колебания объекта контроля, измеряют частоты соответственно собственных или резонансных колебаний объекта, а о возникновении дефекта судят по разности значений частот эталонного и исследуемого объектов (Алешин Н.П., Белый В.Е., Вопилкин А.Х. и др., под ред. Алешина Н.П. Методы акустического контроля металлов. - М.: Машиностроение, 1989 г., с.98, 102). Недостаток этого способа состоит в том, что с его помощью невозможно определить ни место возникновения дефекта, ни его размеры.
Также известен способ обнаружения дефектов в материале упругой конструкции, при котором возбуждают колебания эталонной и исследуемой конструкции, выбирают несколько собственных форм колебаний, на выбранных формах колебаний определяют один из параметров наблюдения для эталонной и исследуемой конструкции в одной точке наблюдения. В качестве диагностического признака используют эквивалентные массы (патент РФ № 2190207, МПК G01N 19/08, опубл. 27.09.02 г.).
Недостатком данного способа является то, что для определения эквивалентных масс предварительно нужно провести довольно громоздкую процедуру измерения не только амплитуд изменения параметра наблюдения, но и амплитуд статической и динамической податливостей конструкции.
Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения дефектов в материале упругой конструкции, например, раскрытой трещины консольной балки, в котором в качестве диагностического признака используется параметр, не требующий измерения динамической податливости конструкции, а следовательно, и величины возбуждающего воздействия (патент РФ № 2303774, МПК G01N 19/08, опубл. 27.07.2007 г.).
Для достижения технического результата при осуществлении известного способа выбирают несколько собственных форм колебаний, возбуждают собственные колебания эталонной и исследуемой конструкции по каждой из выбранных форм и при этих колебаниях определяют один из параметров наблюдения для эталонной и исследуемой конструкций в первой точке наблюдения. Для каждой из этих конструкций определяют параметр наблюдения во второй точке, вычисляют значение собственной формы колебаний конструкции во второй точке как отношение значения параметра наблюдения в этой точке к значению параметра наблюдения в первой точке, а о возникновении дефекта судят по разности значений собственной формы колебаний во второй точке эталонной и исследуемой конструкций. По мнению авторов, этот способ обнаружения дефектов значительно проще предыдущего способа.
Главным недостатком двух последних способов обнаружения дефектов является невозможность определения как местоположений, так и размеров дефектов.
Задачей настоящего изобретения является возможность определения местоположения (координаты) и размеров (длины и глубины) раскрытой трещины упругой консольной балки.
Поставленная задача решается путем возбуждения собственных изгибных колебаний эталонной и исследуемой балок, отличающимся от прототипа тем, что для определения координаты, длины и глубины раскрытой трещины упругой консольной балки измеряют первые три частоты 1,
2,
3 и
1
*,
2
*,
3
* собственных колебаний эталонной и исследуемой балок соответственно, затем из частотного уравнения, составленного для модельной балки без трещины, определяют значения ее первых трех частот
1,
2,
3 собственных колебаний, отношением значений соответствующих частот колебаний модельной и эталонной балок без трещин находят три частотных коэффициента
1,
2,
3 корректировки модели:
1=
1/
1,
2=
2/
2,
3=
3/
3, умножают измеренные значения первых трех частот
1
*,
2
*,
3
* собственных колебаний исследуемой балки с раскрытой трещиной на соответствующие частотные коэффициенты корректировки и находят именно те значения первых трех частот
1
*=
1*
1
*,
2
*=
2*
2
*,
3
*=
3*
3
* собственных колебаний, которые используют в частотном уравнении модельной балки с надрезом для вычисления его координаты, длины и глубины.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, где представлены: на фиг.1 - эталонная балка без трещины, на фиг.2 - модельная балка без трещины, на фиг.3 - исследуемая балка с раскрытой трещиной, на фиг.4 - модельная балка с надрезом, соответствующим трещине упругой консольной балки. На этих чертежах: L, В и Н - длина, ширина и высота поперечного сечения балки; l и xc - длина надреза и его координата, h - размер, определяющий глубину надреза.
Способ осуществляют следующим образом.
Путем вертикальных кратковременных внешних воздействий, например, ударами, на эталонную консольную балку без трещины и исследуемую консольную балку с раскрытой трещиной в них возбуждают свободные изгибные колебания. Затем с помощью анализатора спектра, например, Type 2033 измеряют значения первых трех частот собственных колебаний этих балок: 1,
2,
3 - собственные частоты колебаний эталонной консольной балки,
1
*,
2
*,
3
* - собственные частоты колебаний исследуемой консольной балки с раскрытой трещиной.
Далее из частотного уравнения, составленного для модельной балки без трещины, определяют значения ее первых трех частот 1,
2,
3 собственных колебаний. Строят математическую модель балки с надрезом и для нее записывают частотное уравнение (Ильгамов М.А., Хакимов А.Г. Диагностика повреждений консольной балки с надрезом. - Дефектоскопия, 2009, № 6, с.83-89). Отношением значений соответствующих частот колебаний модельной и эталонной балок без трещин находят три частотных коэффициента
1,
2,
3 корректировки модели:
1=
1/
1,
2=
2/
2,
3=
3/
3. Умножением значений первых трех частот
1
*,
2
*,
3
* собственных колебаний исследуемой балки с раскрытой трещиной на соответствующие частотные коэффициенты корректировки находят именно те значения первых трех частот
1
*=
1*
1
*,
2
*=
2*
2
*,
3
*=
3*
3
* собственных колебаний, которые используют в частотном уравнении модельной балки с надрезом для вычисления его координаты, длины и глубины. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет определять местоположение (координату) и размеры (длину и глубину) раскрытой трещины упругой консольной балки. Построенная компьютерная программа дает возможность проводить расчеты в автоматическом режиме.
Класс G01N19/08 обнаружение локальных дефектов или нерегулярностей в материале
