RU2219538C2 - Способ обнаружения трещин в твердом теле - Google Patents
Способ обнаружения трещин в твердом теле Download PDFInfo
- Publication number
- RU2219538C2 RU2219538C2 RU2002100682A RU2002100682A RU2219538C2 RU 2219538 C2 RU2219538 C2 RU 2219538C2 RU 2002100682 A RU2002100682 A RU 2002100682A RU 2002100682 A RU2002100682 A RU 2002100682A RU 2219538 C2 RU2219538 C2 RU 2219538C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequencies
- frequency
- waves
- crack
- natural
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к неразрушающему контролю твердых тел акустическими методами. Способ обнаружения трещин в твердом теле заключается в том, что в твердом теле возбуждают первичные акустические волны различных частот, которые взаимодействуя на трещине, генерируют вторичные акустические волны на комбинационных частотах, измеряют амплитуды первичных и вторичных волн, на основании которых определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещин. При этом первичные акустические волны производят путем последовательного возбуждения ультразвуковых волн на ряде частот с одновременным с каждой из частот ультразвуковых волн возбуждением упругих колебаний на собственных частотах посредством ударного воздействия на твердое тело, при этом измеряют собственные частоты, а комбинационные частоты определяют как сумму и разность каждой частоты ультразвуковых волн с каждой из собственных частот упругих колебаний, причем коэффициент наличия трещины определяют расчетным путем. Данное изобретение направлено на повышение надежности контроля испытываемых изделий. 1 ил.
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю твердых тел с помощью акустических волн, а именно к способам обнаружения трещин в твердом теле, и может быть использовано для контроля металлических изделий, в частности, колес и осей колесных пар железнодорожных вагонов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обнаружения трещин в твердом теле (см. патент США 5736642, кл. G 01 N 29/06 выдан 7 апреля 1998 г.), который заключается в том, что в твердом теле возбуждают первичные акустические волны различных частот, которые взаимодействуя на трещине, генерируют вторичные акустические волны на комбинационных частотах, измеряют амплитуды первичных и вторичных волн, на основании которых определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещин.
Недостаток известного способа заключается в том, что ограниченные размеры исследуемого образца (или конструкции) приводят к появлению в нем нулевых зон, в которых (из-за отражений первичных и вторичных волн от границ и их интерференции) амплитуда по крайней мере одной из первичных волн близка к нулю, в результате чего, при наличии трещин в этих зонах, первичные акустические волны не взаимодействуют и не генерируют вторичные волны на комбинационных частотах; это приводит к пропуску (т.е. не обнаружению) трещин и соответственно к снижению на дежности.
Целью настоящего изобретения является повышение надежности.
Поставленная цель достигается тем, что в способе обнаружения трещин в твердом теле, заключающемся в том, что в твердом теле возбуждают первичные акустические волны различных частот, которые взаимодействуя на трещине, генерируют вторичные акустические волны на комбинационных частотах, измеряют амплитуды первичных и вторичных волн, на основании которых определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещин, первичные акустические волны производят путем последовательного возбуждения ультразвуковых волн на ряде частот с одновременным с каждой из частот ультразвуковых волн возбуждением упругих колебаний на собственных частотах посредством ударного воздействия на твердое тело, при этом измеряют собственные частоты, а комбинационные частоты определяют как сумму и разность каждой частоты ультразвуковых волн с каждой из собственных частот упругих колебаний, причем коэффициент наличия трещины рассчитывают по формуле:
где Кн.т - коэффициент наличия трещины;
i = 1...N - номера собственных частот упругих колебаний;
j = 1...М - номера частот ультразвуковых волн;
N - количество используемых собственных частот упругих колебаний, N≥2;
М - количество частот ультразвуковых волн, М≥2;
Аij - амплитуда упругого колебания на собственной частоте с номером i при возбуждении ультразвуковой волны на частоте с номером j;
Aj - амплитуда ультразвуковой волны на частоте с номером j;
Аij (-) - амплитуда волны на комбинационной частоте, образованной как разность частоты ультразвуковой волны с номером j и собственной частоты упругих колебаний с номером i;
Аij (+) - амплитуда волны на комбинационной частоте, образованной как сумма частоты ультразвуковой волны с номером j и собственной частоты упругих колебаний с номером i.
где Кн.т - коэффициент наличия трещины;
i = 1...N - номера собственных частот упругих колебаний;
j = 1...М - номера частот ультразвуковых волн;
N - количество используемых собственных частот упругих колебаний, N≥2;
М - количество частот ультразвуковых волн, М≥2;
Аij - амплитуда упругого колебания на собственной частоте с номером i при возбуждении ультразвуковой волны на частоте с номером j;
Aj - амплитуда ультразвуковой волны на частоте с номером j;
Аij (-) - амплитуда волны на комбинационной частоте, образованной как разность частоты ультразвуковой волны с номером j и собственной частоты упругих колебаний с номером i;
Аij (+) - амплитуда волны на комбинационной частоте, образованной как сумма частоты ультразвуковой волны с номером j и собственной частоты упругих колебаний с номером i.
Такое выполнение способа, при котором первичные акустические волны производят путем последовательного возбуждения ультразвуковых волн на ряде частот с одновременным с каждой из частот ультразвуковых волн возбуждением упругих колебаний на собственных частотах посредством ударного воздействия на твердое тело, при этом измеряют собственные частоты, а комбинационные частоты определяют как сумму и разность каждой частоты ультразвуковых волн с каждой из собственных частот упругих колебаний, причем коэффициент наличия трещины рассчитывают по формуле:
где Кн.т - коэффициент наличия трещины;
i = 1...N - номера собственных частот упругих колебаний;
j = 1...М - номера частот ультразвуковых волн;
N - количество используемых собственных частот упругих колебаний, N≥2;
М - количество частот ультразвуковых волн, М≥2;
Аij - амплитуда упругого колебания на собственной частоте с номером i при возбуждении ультразвуковой волны на частоте с номером j;
Aj - амплитуда ультразвуковой волны на частоте с номером j;
Aij (-) - амплитуда волны на комбинационной частоте, образованной как разность частоты ультразвуковой волны с номером j и собственной частоты упругих колебаний с номером i;
Аij (+) - амплитуда волны на комбинационной частоте, образованной как сумма частоты ультразвуковой волны с номером j и собственной частоты упругих колебаний с номером i;
позволяет, используя собственные низкочастотные колебания на нескольких различных частотах, воздействовать на любую трещину, в том числе и на трещину, находящуюся в нулевой зоне для одного из этих собственных колебаний, тем самым повысить надежность обнаружения трещин в любом месте их расположения.
где Кн.т - коэффициент наличия трещины;
i = 1...N - номера собственных частот упругих колебаний;
j = 1...М - номера частот ультразвуковых волн;
N - количество используемых собственных частот упругих колебаний, N≥2;
М - количество частот ультразвуковых волн, М≥2;
Аij - амплитуда упругого колебания на собственной частоте с номером i при возбуждении ультразвуковой волны на частоте с номером j;
Aj - амплитуда ультразвуковой волны на частоте с номером j;
Aij (-) - амплитуда волны на комбинационной частоте, образованной как разность частоты ультразвуковой волны с номером j и собственной частоты упругих колебаний с номером i;
Аij (+) - амплитуда волны на комбинационной частоте, образованной как сумма частоты ультразвуковой волны с номером j и собственной частоты упругих колебаний с номером i;
позволяет, используя собственные низкочастотные колебания на нескольких различных частотах, воздействовать на любую трещину, в том числе и на трещину, находящуюся в нулевой зоне для одного из этих собственных колебаний, тем самым повысить надежность обнаружения трещин в любом месте их расположения.
На чертеже изображено устройство для определения трещин в твердом теле.
Устройство для осуществления способа обнаружения трещин в твердом теле содержит подключенные к контролируемой детали (твердому телу) 1 блок 2 генерации упругих колебаний, состоящий из последовательно соединенных генератора 3 синусоидального сигнала ультразвуковой частоты, усилителя 4 мощности сигнала и акустического излучающего преобразователя 5, и блок 6 настройки приемных преобразователей, состоящий из акустических приемников 7, установленных на образце 1 и соединенных с предварительным усилителем 8. Выходной блок 9 обработки принятых сигналов последовательно подключен к блоку 6 приемных преобразователей и состоит из аналого-цифрового преобразователя 10 и персонального компьютера 11. К контролируемой детали 1 подключен блок 12 ударного возбуждения собственных упругих колебаний.
Устройство работает следующим образом. Контролируемую деталь 1 устанавливают на специальную соответствующую данной детали подставку. Для каждого типа детали заранее определяют точки закрепления акустического излучающего преобразователя 5 и акустического приемника 7. В детали возбуждают первичные акустические волны. Синусоидальные ультразвуковые колебания на ряде частот поступают от генератора 3 синусоидального сигнала ультразвуковой частоты на усилитель 4 мощности и затем на акустический излучающий преобразователь 5, установленный на контролируемой детали 1. Одновременно с каждой из ряда частот по контролируемой детали 1 производят ударное воздействие с помощью блока 12 ударного возбуждения собственных упругих колебаний, возбуждающее в детали упругие колебания на ее собственных частотах. При наличии в контролируемой детали 1 трещины, параметры трещины изменяются под действием упругих колебаний на собственных частотах детали, при этом распространяющаяся в детали ультразвуковая волна модулируется на трещине низкочастотными колебаниями. В результате в детали 1 возбуждаются вторичные акустические волны на комбинационных частотах; в первом приближении амплитуды генерируемых на трещине акустических волн на комбинационных частотах пропорциональны геометрическим размерам трещины. В случае отсутствия трещины акустические волны практически не взаимодействуют, и модуляции ультразвуковой волны не происходит. Создаваемые в детали 1 акустические волны принимаются акустическим приемником 7, установленным на детали 1. Принятый акустическим приемником 7 сигнал после усиления предварительным усилителем 8 поступает на аналого-цифровой преобразователь 10 и далее на персональный компьютер 11 для обработки данных. В компьютере 11 обрабатывают поступающие сигналы. Определяют собственные частоты упругих колебаний, возбуждаемых в контролируемой детали 1 при ударном воздействии, и вычисляют комбинационные частоты как сумму и разность каждой частоты из ряда частот ультразвуковых волн с каждой из собственных частот упругих колебаний. Определяют амплитуды первичных и вторичных акустических волн.
Коэффициент наличия трещины рассчитывают по формуле:
где Кн.т - коэффициент наличия трещины;
i = 1...N - номера собственных частот упругих колебаний;
j = 1...М - номера частот ультразвуковых волн;
N - количество используемых собственных частот упругих колебаний, N≥2;
М - количество частот ультразвуковых волн, М≥2;
Аij - амплитуда упругого колебания на собственной частоте с номером i при возбуждении ультразвуковой волны на частоте с номером j;
Aj - амплитуда ультразвуковой волны на частоте с номером j;
Аij (-) - амплитуда волны на комбинационной частоте, образованной как разность частоты ультразвуковой волны с номером j и собственной частоты упругих колебаний с номером i;
Аij (+) - амплитуда волны на комбинационной частоте, образованной как сумма частоты ультразвуковой волны с номером j и собственной частоты упругих колебаний с номером i.
где Кн.т - коэффициент наличия трещины;
i = 1...N - номера собственных частот упругих колебаний;
j = 1...М - номера частот ультразвуковых волн;
N - количество используемых собственных частот упругих колебаний, N≥2;
М - количество частот ультразвуковых волн, М≥2;
Аij - амплитуда упругого колебания на собственной частоте с номером i при возбуждении ультразвуковой волны на частоте с номером j;
Aj - амплитуда ультразвуковой волны на частоте с номером j;
Аij (-) - амплитуда волны на комбинационной частоте, образованной как разность частоты ультразвуковой волны с номером j и собственной частоты упругих колебаний с номером i;
Аij (+) - амплитуда волны на комбинационной частоте, образованной как сумма частоты ультразвуковой волны с номером j и собственной частоты упругих колебаний с номером i.
Превышение коэффициентом наличия трещины порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектной (без трещины) детали, свидетельствует о наличии трещины в контролируемой детали.
Claims (1)
- Способ обнаружения трещин в твердом теле, заключающийся в том, что в твердом теле возбуждают первичные акустические волны различных частот, которые, взаимодействуя на трещине, генерируют вторичные акустические волны на комбинационных частотах, измеряют амплитуды первичных и вторичных волн, на основании которых определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещин, отличающийся тем, что первичные акустические волны производят путем последовательного возбуждения ультразвуковых волн на ряде частот с одновременным с каждой из частот ультразвуковых волн возбуждением упругих колебаний на собственных частотах посредством ударного воздействия на твердое тело, при этом измеряют собственные частоты, а комбинационные частоты определяют как сумму и разность каждой частоты ультразвуковых волн с каждой из собственных частот упругих колебаний, причем коэффициент наличия трещины рассчитывают по формулегде Кн.т. - коэффициент наличия трещины;i = 1... N - номера собственных частот упругих колебаний;j = 1... М - номера частот ультразвуковых волн;N - количество используемых собственных частот упругих колебаний, N≥2;М - количество частот ультразвуковых волн, М≥2;Aij - амплитуда упругого колебания на собственной частоте с номером i при возбуждении ультразвуковой волны на частоте с номером j;Aj - амплитуда ультразвуковой волны на частоте с номером j;АА
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002100682A RU2219538C2 (ru) | 2002-01-03 | 2002-01-03 | Способ обнаружения трещин в твердом теле |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002100682A RU2219538C2 (ru) | 2002-01-03 | 2002-01-03 | Способ обнаружения трещин в твердом теле |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002100682A RU2002100682A (ru) | 2003-09-27 |
RU2219538C2 true RU2219538C2 (ru) | 2003-12-20 |
Family
ID=32065836
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002100682A RU2219538C2 (ru) | 2002-01-03 | 2002-01-03 | Способ обнаружения трещин в твердом теле |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2219538C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455636C1 (ru) * | 2010-11-23 | 2012-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Способ виброакустического контроля изделий и устройство для его осуществления |
RU2616758C1 (ru) * | 2015-12-15 | 2017-04-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ контроля дефектности изделий |
RU2732469C1 (ru) * | 2017-10-06 | 2020-09-17 | ООО "Газпром трансгаз Москва" | Способ обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя |
-
2002
- 2002-01-03 RU RU2002100682A patent/RU2219538C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455636C1 (ru) * | 2010-11-23 | 2012-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Способ виброакустического контроля изделий и устройство для его осуществления |
RU2616758C1 (ru) * | 2015-12-15 | 2017-04-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ контроля дефектности изделий |
RU2732469C1 (ru) * | 2017-10-06 | 2020-09-17 | ООО "Газпром трансгаз Москва" | Способ обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0655623B1 (en) | Relative resonant frequency shifts to detect cracks | |
US4307616A (en) | Signal processing technique for ultrasonic inspection | |
CN108802203B (zh) | 一种基于多模态技术的杆状构件内部缺陷定位方法 | |
US20210293947A1 (en) | Continuous wave ultrasound or acoustic non-destructive testing | |
US20050109110A1 (en) | Structural health monitoring | |
US20030167141A1 (en) | Structural health monitoring | |
JPH0511895B2 (ru) | ||
RU2219538C2 (ru) | Способ обнаружения трещин в твердом теле | |
JP2000241397A (ja) | 表面欠陥検出方法および装置 | |
JP4405821B2 (ja) | 超音波信号検出方法及び装置 | |
JPH11118771A (ja) | 板厚変化のある薄板の超音波探傷方法及び装置 | |
RU2246724C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля качества материала | |
RU2560753C1 (ru) | Зеркально-теневой способ ультразвукового контроля с разностной компенсацией мешающих факторов | |
JP4646012B2 (ja) | コンクリート構造物の非破壊検査装置 | |
JP2004347572A (ja) | 超音波探傷装置および超音波探傷方法 | |
JP2001153848A (ja) | 超音波計測方法、超音波探傷方法及び超音波計測装置 | |
RU2640956C1 (ru) | Устройство ультразвукового контроля состояния изделий | |
JPH04301762A (ja) | 圧電変換子とその計測装置 | |
KR101048563B1 (ko) | 톤 버스트 초음파의 고조파 검출 시스템 | |
Kırlangıç et al. | Characterization of piezoelectric accelerometers beyond the nominal frequency range | |
Cerniglia et al. | Analysis of laser-generated lamb waves with wavelet transform | |
RU2112235C1 (ru) | Способ измерения параметров затухания упругих волн | |
RU2272282C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля состояния деревянных изделий | |
JP2023119392A (ja) | 検査装置および検査方法 | |
Almallah et al. | Enhanced air-coupled impact echo technique by phase analysis of signals from multiple sensors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090104 |