SU1527575A1 - Устройство дл контрол целостности строительных изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области строительства и машиностроени , конкретно к устройствам контрол  качества изделий акустическим методом, и предназначено дл  контрол  качества строительных изделий. Оно позвол ет повысить точность контрол . Устройство содержит излучатель 1 колебаний, чувствительный элемент 2, приемник 3 колебаний, амплитудный детектор 4, компаратор 5, ждущий мультивибратор 6, блок 7 выборки-хранени , сумматор 8, измерительный блок 9, частотомер 10, звуковой генератор 11, переключатели 13 и 14, источник 15 управл ющего напр жени . 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к строительству и машиностроению, а именно к устройствам контрол  качества изделий акустическими методами,и предназначено дл  диагностики качества строительных изделий из неметаллов, когда важно с достаточной точностью определить физико-механические характеристики , наличие дефектов, целостность детали после изготовлени , а также в процессе эксплуатации.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности контрол .

На фиг.1 представлена структурна  схема устройства; на фиг.2 - диаграммы работы элементов схемы; на фиг.З - амплитудно-частотные характеристики контролируемого издели  А и эталонного Б; на фиг.4 - изменение амплитуды колебаний дл  образцов с разными модул ми упругости .

Устройство дл  контрол  целостности строительных изделий содержит излучатель 1 колебаний, в качестве которого применен громкоговоритель типа 1 ОГД-34, чувствительный элемент 2 - датчик, акселерометричес- кий датчик КД-10, приемник 3 колебаний , включающий усилитель, детектор и фильтр низкой частоты, амплитуный детектор А, компаратор 5, ждущий мультивибратор 6, блок 7 выборки-хранени , сумматор 8, измерительный бло 9, в качестве которого применен вольметр , частотомер 10, звуковой генератор 11, объект 12, в котором возбуждаютс  колебани , переключатели

13и 1А, источник 15 управл ющего напр жени .

Электрический сигнал в устройстве циркулирует по замкнутому кругу, причем частота его может измен тьс  автоматически, когда переключатель

14находитс  в положении I, и вручную , посредством источника 15 управл ющего напр жени  (многооборотного резистора-) , когда переключатель 14 находитс  в положении II.

Устройство контрол  целостности строительных изделий работает следующим образом.

Чувствительный элемент 2 (приемный ) крепитс  к испытуемому изделию 12 в том месте, где предположительно возникает максимальна  амплитуда колебаний . Излучатель 1 колебаний направл етс  на изделие, звуковой

0

5

генератор 11 вырабатывает электрический сигнал различных частот (фиг.2а). Этот сигнал усиливаетс  и преобразуетс  излучателем I колебаний в акустические колебани , которые воздействуют на испытуемое изделие.

Чувствительный элемент 2 преобQ разует механические колебани  издели  12 в электрический сигнал, который усиливаетс  усилителем в приемнике 3 колебаний. Входной сигнал представл ет собой высокочасJ тотное заполнение и низкочастотную огибающую (фиг. 26). Дл  вьщелени  низкочастотной огибающей в приемник 3 колебаний включен детектор, с выхода которого продетектированный сигнал (фиг. 2в) поступает на фильтр низкой частоты приемника 3 колебаний, с выхода которого получаетс  низко- , частотна  огибающа  (.фиг. 2г) . Низкочастотна  огибающа  одновременно поступает на вход амплитудного детектора 4, на вход компаратора 5 и на вход записи блока 7 выборки-хранени , а на другой вход компаратора 5 поступает выходной сигнал с амплитудного детектора 4 (фиг. 2д).

Компаратор включен в цепь дл  сравнени  сигналов на первом и вто- ром его входах при увеличении аьтли- туды колебаний издели  J2, что про- исходит при приближении частоты вынужденных колебаний к собственной частоте колебаний издели , потенциал на одном входе компаратора потенциала на его другом входе. При этом на выходе компаратора 5 будет нулевой потенциал (фиг. 2е). После этого снимаютс  показани  частоты резонанса, затем снимаютс  показани  амплитуды сигйала на частоте резонанса.

Далее переклю 1атель 14 устанавливаетс  в положение II дл  измерени  скорости изменени  амплитуды сигнала в зависимости от частоты. Весь цикл работы устройства повтор етс  до момента прохождени  частоты резонанса (фиг. 2д, tp). В этот момент перепад уровн  на гыходе компаратора 5 запускает ждущий мультивибратор 6, который вырабатьгоает импульс задан5 ной длительности (фиг. 2ж). 15 это же врем  сигнал с выхода амплитудного детектора 4 поступает на один вход сумматора 8. Звуковой генератор

0

5

0

5

0

11 продолжает измен ть частоту вырабатываемого сигнала.

В момент времени (фиг. 2ж, t/j.) на выходе ждущего мультивибратора 6 по вл етс  отрицательный перепад напр жени . Этот перепад поступает на вход разрешени  записи блока 7 выборки-хранени , с выхода которого потенциал, равный потенциалу на выходе усилител  приемника 3 колебаний в момент времени (Фиг. 2з), поступает на другой вход сумматора 8. На выходе последнего по вл етс  потенциал , равный разности потенциалов на входах (фиг. 2и). Этот потенциал поступает на вход измерительнего блока 9 . В это врем  производитс  сн тие информации с индикатора измери- тельног.о блока. Разность амплитуды втсодного сигнала за интервал времени сГ позвол ет судить о скорости изменени  амплитуды в зависимости от частоты.

Таким образом, измерение параметров испытуемых изделий производитс  последовательно. Сначала измер етс  частота собственных колебаний испытуемого издели , затем амплитуда колебаний на собственной частоте и в последнюю очередь измер етс  скорость изменени  амплитуды колебаний в зависимости от частоты.

Контроль изделий осуществл етс  следующим образом. По результатам

-, +м(1у - 1,)9 + (е т -G EI) - E odfyU + ) + E( ,) 0,

где Л, М

F,, коэффициенты Ламе и

Пуассона;

площадь;

-и

Г

1цу.

10 рх

0 Т

моменты инерции; Е - модуль упругости; - поворот сечени  под воздействием крут щего момента; 15 V, и, С - перемещени  элементов

лопатки в соответствующем направлении; угол закрутки;

жесткость в соответст- 20вующем сечении.

В результате расчета перечисленных уравнений на мащине ЕС 1022 на печать выдаютс  следующие данные: значени 

собственных частот колебаний, дейст25 вующие значени  напр жений.

Дл  короткозащемленной балки из Неметалла дл  модул  упругости Е( 0,3-10° МПа, собственна  частота равна Е, 10 Гц, а при модуле

30 упругости Е 0,15-10 Ша - F 74 Гц.

Таким образом, при уменьшении физико-механических характеристик в два раза такой информационный параметр, используемый дл  диагностииспытаний выбираетс  эталонное изде- ки, как частота собственных колебаний.

- , +м(1у - 1,)9 + (е т -G EI) - E odfyU + ) + E( ,) 0,

Л, М

F,, коэффициенты Ламе и

Пуассона;

площадь;

-и

Г

1цу.

0 рх

0 Т

моменты инерции; Е - модуль упругости; - поворот сечени  под воздействием крут щего момента; 5 V, и, С - перемещени  элементов

лопатки в соответствующем направлении; угол закрутки;

жесткость в соответст- 0вующем сечении.

В результате расчета перечисленных уравнений на мащине ЕС 1022 на печать выдаютс  следующие данные: значени 

собственных частот колебаний, дейст5 вующие значени  напр жений.

Дл  короткозащемленной балки из Неметалла дл  модул  упругости Е( 0,3-10° МПа, собственна  частота равна Е, 10 Гц, а при модуле

0 упругости Е 0,15-10 Ша - F 74 Гц.

Таким образом, при уменьшении физико-механических характеристик в два раза такой информационный параметр, используемый дл  диагности

лие, которое не имеет дефектов и  вл етс  годным. Определ етс  его собственна  частота колебаний с щагом в 1 Гц, за резонансом определ етс  изменение амплитуды колебаний в зависимости от частоты и по результатам контрол  строитс  график. Далее стро тс  соответствующие кривые дл  контролируемого издели .

Методика контрол  качества и целостности строительных материалов и конструкций осуществл етс  следующим образом.

Рассмотрим колебани  строительных конструкций в виде стержн , закрепленного с одного кра . Колебани  этого стержн  описьгеаютс  системой дифференциальных уравнений (Л + M)F, - EdxV + I,yU ,- -e CtoIpx) .f CMCV ) 0;

измен етс  на 25%. При этом амплитуд колебаний составл ют при Е

40

соответственно П,3 10« та А 3,4-10 м, при Е 0,1510 МПа, А А,6-10 м

45

Изменение амплитуды колебаний происходит на 33%. Таким образом, амплитуда колебаний изделий  вл етс  более информативным параметром, по которому можно с большей точностью оценивать дефектность издели .

Определение амплитуды колебаний и по Ней определение декремента не находит широкого распространени  из50 за трудностей получени  достаточно достоверных данных, недостаточной воспроизводимости результатов контрол  и невозможности исключени  вли ни  многочисленных посторонних

ГС факторов. Из эксперимента вы снено, что более стабильным информативным параметром  вл етс  скорость изме- - f ц f гЛ „ - -

FU - E(Ii,U + ,y -6 tol,y ) + нени  амплитуды колебаний в зависи- + (мои ) 0;мости от частоты вынужденных колебаизмен етс  на 25%. При этом амплитуды колебаний составл ют при Е

40

соответственно П,3 10« та А 3,4-10 м, при Е 0,1510 МПа, А А,6-10 м.

5

Изменение амплитуды колебаний происходит на 33%. Таким образом, амплитуда колебаний изделий  вл етс  более информативным параметром, по которому можно с большей точностью оценивать дефектность издели .

Определение амплитуды колебаний и по Ней определение декремента не находит широкого распространени  из0 за трудностей получени  достаточно достоверных данных, недостаточной воспроизводимости результатов контрол  и невозможности исключени  вли ни  многочисленных посторонних

С факторов. Из эксперимента вы снено, что более стабильным информативным параметром  вл етс  скорость измеf - „ - -

нени  амплитуды колебаний в зависи- мости от частоты вынужденных колебаНИИ . Этот параметр характеризует скорость, с которой изделие входит и выходит из резонанса при сближении вынужденной и собственной частот колебаний,

Рассмотрим аьтлитудно-частотные характеристики контролируемого издели  А и эталонного В (фиг.З)

Из фиг. 3 (А и R) видно, что в зависимости от физико-механических характеристик и условий креплени  характер изменени  амплитуды при - приближении -к резонансу различный, хот  собственные частоты колебаний совпадают.

Дл  оценки качества издели  очень важно знать не только его физико-механические характеристики: прочность, модуль упругости, плотность , но и динамические показатели, такие как декремент затухани , определенный по разности амплитуд.

Другой динамический показатель можно контролировать в любой точке околорезонаисной области и который характеризует скорость изменени  амплитуды в зависимости от частоты

ЗА вынужденных колебании, т.е. г-, где

15275758

0,3-10 МПа. Из фиг.4 видно, что при изменении модул  упругости в два раза информативный параметр измен етс  на 40%, что позвол ет с большей точностью контролировать целостность деталей, чем такой информативный параметр, как собственна  частота колебаний F.

. Технико-экономическа  эффек х в- ность предлагаемого устройства заключаетс  в повышении достоверности и чувствительности и расширении области применени  контрол .

J2 С большей точностью можно проводить диагностикудефектов в виде третин, расслоений, внутренних пустот и других , имеющих Небольп ие размеры, э также уменьшить веро тность пропуска имею Q щихс  скрытых дефектов.

Дл  деталей с разными значени ми модулей упругости (Е. 0,3-10 МПа

f

и Е 0,15-10 МПа) с собственными частотами, соответственно, F 25 101 Гц и Fj 74 Гц при варьировании значени ми частот ft

и F,

30

Claims (1)

1. в области резонанса рассчитывают амплитуды колебаний и значени  такого информативного параметра, как скорость изменени  амплитуды колебаний в зависимости от частоты, изменение которого составл ет 40%, что позвол ет с большей точностью прово- - дить контроль целостности деталей. Формула изобретени 

   А - амплитуда колебаний, F - частота вынужденных колебаний.

   Дл  подтверждени  информативности данного параметра провод т факторный анализ. Берут два стержн  из композитного материала, причем их физико- механические характеристики отличаютс  в два раза: Е, 0,3-10 МПа; EJ 0,15-10 МПа.

   Собственна  частота колебаний первого стержн  F, 101 Гц, второго - F 74 Гц. Дл  определени  скорости изменени  амплитуды колебаний от чатоты варьируют значением частоты вынужденных колебаний в околорезонанс- иой области. Дл  первого стержн  частота составл ет 97 и 98 Гц, дл  второго - 70 и 71 Гц. Сначала производитс  расчет по программе и рассчитываетс  амплитуда колебаний ,дл  каждого значени  частоты и по этим данным - скорость изменени  амплитуды в зависимости от частоты.

   На фиг.Аа показано изменение амплитуды колебаний дл  стержн , у которого модуль упругости Е - 0,15-10 МПа, на фиг. 46 - дл  стержн  с модулем упругости Е

   вании значени ми частот ft

   и F,

   0

   5

   0

   5

   0

   5

   в области резонанса рассчитывают амплитуды колебаний и значени  такого информативного параметра, как скорость изменени  амплитуды колебаний в зависимости от частоты, изменение которого составл ет 40%, что позвол ет с большей точностью прово- - дить контроль целостности деталей. Формула изобретени 

   Устройство дл  контрол  целостности строительных изделий, содержа- Piee звуковой генератор, излучатель колебаний, чувствительный элемент, приемник колебаний и частотомер, о тличающеес  тем, что, с целью повыпёни  точности контрол , оно снабжено амплитудным детектором, , компаратором, ждущим мультивибратором , блоком вьборки-хранени , сумматором , измерительным блоком, двум  переключател ми и источником -управл ющего напр жени , причем выход приемника колебаний подключен к входу амплитудного детектора и к одним входам компаратора и блока  иРорки-хранени , выход амплитудного детектора подключен к другому входу компаратора, к одному из входов сумматора и через лервый переключатель - к одному КЗ входов измерительного блока, который через первый Переключатель Соединен с выходом сумматора, выход компаратора

   соединен с одним из входов частотомера и входом ждухцего мультивибратора , выход которого соединен с другими входами блока выборки-хранени  и измерительного блока и с входом звукового генератора, один из выходов которого подключен через второй переключатель к источнику

   управл ющего напр жени , другой выход звукового генератора соединен с излучателем колебаний и с другим входом частотомера, выход блока выборки-хранени  подключен к другому входу сумматора, а чувствительный элемент соединен с входом приемника колебаний.

   Фиг.2

   57 98

   Редактор А.1Чандор

   Составитель А.Кузнецов

   Техред А.Кравчук Корректор Л.Бескид

   Заказ 7506/50

   Тираж 789

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   f,Г

   j-Q,

   tt.6-}0 U-W

   -г

   -г

   .r

   2(l.30-10 MflA

   Л

   101 Фие.

   .ГЦ

   Подписное