Аппаратно-программный комплекс акустико-оптического контроля механического состояния нагруженных материалов

• Автор: Гренке, Виктор Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 227 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.
Глава 1. Обзор акустических и оптических методов исследования процессов деформаций и разрушения нагруженных материалов.

1.1. Акустические методы.

1.1.1. Вибрация.

1.1.1.1. Понятие вибрации, основные характеристики, способы измерения.

1.1.1.2. Требования, предъявляемые к виброанализаторам.

Конструкция датчиков вибрации.

1.1.1.3. Обзор существующих на рынке виброанализаторов и датчиков вибрации, их преимущества и недостатки

1.1.1.4. Актуальность задачи измерения вибрации.

1.1.2. Акустоэмиссия

1.1.2.1. Акустоэмиссия, основные характеристики, способы измерения.
1.1.2.2. Требования, предъявляемые к устройствам для измерения акустоэмиссии. Конструкция датчиков акустоэмиссии.
1.1.2.3. Обзор существующих на рынке акустоэмисионных анализаторов, их преимущества и недостатки
1.1.2.4. Актуальность задачи проектирования измерительного комплекса акустоэмиссии.
1.2. Оптические методы.
1.2.1. Характеристики изображений. Обзор видео и фотокамер
1.2.2. Обоснование необходимых требований к видеокамере.
1.2.3. Обзор существующих на рынке видеокамер, их преимущества и недостатки
1.3. Комбинированные методы исследования деформаций и разрушения нагруженных материалов.
1.4. Выводы.
Глава 2. Реализация аппаратнопрограммного комплекса акустического контроля.
2.1. Введение.
2.2. Аппаратная часть вибрация
2.2.1. Структурная схема аппаратной части.
2.2.2. Акселерометр.
2.2.3. Процессорное устройство для сбора данных с акселерометров и первичной обработки полученной информации.
2.3. Программная часть
2.3.1. Диалоговая программа и интерфейс пользователя
2.3.2. Компенсация ошибки измерения.
2.4. Проведение тестовых измерений и практическое применение .
2.4.1. Практическое применение ИФПМ СО РАН.
2.4.2. Практическое применение ЦАРЗ.
2.5. Адаптация комплекса для регистрации АЭ
2.5.1. Аппаратная часть
2.5.1.1. Структурная схема аппаратной части
2.5.1.2. Акустоэмиссионный преобразователь
2.5.1.3. Малошумящий широкополосный усилитель
2.5.1.4. Устройство ввода аналоговых сигналов в персональный компьютер
2.5.2. Программная часть.
2.5.2.1. Структурная схема программной части.
2.5.2.2. Алгоритм взаимодействия программных модулей.
2.5.2.3. Компонент селекции полезного сигнала
2.6. Проведение тестовых измерений
2.6.1. Моделирование источника сигнала АЭ путем его формирования резонансным датчиком
2.6.2. Моделирование источника сигнала АЭ путем разрушения графитного грифеля
2.6.3. Моделирование источника сигнала АЭ при падении стального шарика
2.6.4. Полученные результаты
2.7. Выводы.
Глава 3. Реализация аппаратнопрограммного комплекса оптического контроля.
3.1. Введение.
3.2. Аппаратная часть.
3.3. Программная часть
3.4. Проведение тестовых измерений
3.4.1. Описание эксперимента
3.4.2. Полученные результаты
3.5. Адаптация комплекса для реализации оптического метода встроенного контроля высоконагруженных агрегатов планера.
3.6. Выводы.
Глава 4. Совместное применение акустического и оптического комплексов
в решении задач диагностики разрушения нагруженных материалов
4.1. Введение.
4.2. Результаты исследований при испытаниях образцов алюминиевого сплава ДАТ.
4.2.1. Описание эксперимента
4.2.2. Полученные результаты
4.3. Результаты исследований при испытаниях по контролю высоконагруженных агрегатов планера на датчикафольгах.
4.3.1. Описание эксперимента.
4.3.2. Полученные результаты.
4.4. Выводы.
Заключение.
Список использованных источников


С другой стороны характеризация деформации по данным АЭ акустический метод, также имеющая гри выраженные стадии изменения, оказывается более чувствительной к началу стадии предразрушения, в то время как информативные параметры, регистрируемые с использованием двух других методов, при наступлении данной стадии начинают снижаться, либо их величина остается примерно постоянной. Таким образом, совместное использование оптического и акустического методов позволяет получить взаимодополняющую информацию о стадийном характере развития процессов деформации и разрушения. При этом каждый из методов является более чувствительным к их проявлению на различных масштабных уровнях и этапах нагружения. Во второй части данной главы приведено описание результатов адаптации комплекса оптической диагностики применительно к контролю высоконагруженных агрегатов планера, полученных в рамках НИР Разработка оптического метода встроенного контроля высоконагруженных агрегатов планера между ИФМ СО РАН и ОАО ОКБ Сухого. В рамках проведения прикладных исследований предложена структурная схема совместного применения акустического и оптического комплексов. Отличительной особенностью проведения оптического контроля в данной работе является использование в качестве чувствительного элемента, характеризующего накопление усталостных повреждений в образце исследуемого материала, датчикафольги. Испытания образцов с одновременной регистрацией данных АЭ и оптических изображений проводили в условиях знакопеременного циклического изгиба. В процессе приложения циклической нагрузки к образцам алюминиевого сплава В были получены серии оптических изображений поверхности фольги. Оптический контроль механического состояния проводится в несколько этапов, связанных с получением, обработкой и интерпретацией данных. Получение количественной оценки связано с расчетом информативного параметра, характеризующих формирование деформационного рельефа на поверхности фольги энергии амплитудного Фурье спектра изображения в области низких пространственных частот . Таким образом, оптический метод позволяет выявить признаки накопления циклических повреждений уже на ранних этапах нагружения, однако заметное изменение информативного параметра, свидетельствующее о критическом состоянии образца, происходит лишь перед самым его разрушением. С другой стороны, заметный рост активности ЛЭ начинается как раз в тот момент, когда информативный параметр, определяемый с помощью оптического метода, сохраняет примерно постоянное значение. Таким образом, использование двух выбранных информативных параметров позволяет достоверно оценивать состояние образцов в процессе циклических испытаний при этом оптический метод более информативен на начальных этапах нагружения, в то время как АЭ метод более чувствителен на этапах предразрушения. Глава 1. Развитие методов неразрушающего контроля немыслимо без создания новых аппаратнопрограммных средств для его проведения, а также поиска новых путей получения достоверной информации о механическом состоянии деталей машин и элементов конструкций. В первом случае основное внимание исследователей сосредоточено на использовании возможностей микропроцессорной и вычислительной техники для обработки большего объема информации, использовании методов и средств цифровой фильтрации и анализа сигналов, а также реализации экспресс оценки на месте и детального анализа в лабораторных условиях. Для второго случая характерна разработка новых видов датчиков, а также комбинирование известных и распространенных на сегодняшний день методов, что позволяет в полной мере использовать их достоинства и компенсировать недостаток информации, получаемой с их помощью. В общем случае использование каждого из методов неразрушающего контроля НК требует привлечения прямого метода выявления дефектов в объекте контроля ОК, поэтомуг оптический метод, как правило, всегда используется для проверки работоспособности, чувствительности и разрешающей способности. При этом оптический метод при всей очевидности и достоверности получаемой информации не слишком часто используется сам по себе, что определяется локальностью анализа, необходимостью подготовки поверхности, требованием к обеспечению доступа к ОК, возможностью выявления дефектов только на поверхности и рядом других факторов.