авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, 2002

ДИАГНОСТИКА

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

СЛОЖНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Ю.Ф. Устинов

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

Введение

Создание технологических машин, используемых в строительном комплексе,

горнорудной промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях с форсиро ванными двигателями, высокими рабочими и транспортными скоростями движения и возросшими при этом динамическими нагрузками, неизбежно приводит к увели чению вибрации и шума как на рабочем месте, так и в окружающем пространстве.

В этой связи проблема снижения виброакустических параметров машин является актуальной, так как тесно связана с прочностью конструкций, безопасностью жиз недеятельности и охраной окружающей среды. Вместе с тем соответствие виброа кустических характеристик выпускаемых отечественной промышленностью машин требованиям международных норм по шуму и вибрации является важным критери ем, определяющим качество, техническое состояние и конкурентоспособность их на международном рынке.

Состояние проблемы Технологические самоходные машины, предназначенные для работы в различ ных отраслях строительства и промышленности, относятся к сложным разветвлён ным динамическим системам, так как имеют несколько одновременно работающих источников виброакустической энергии;

две и более несущие рамы;

содержат в своей конструкции блочные, плитные, оболочечные и складчатые элементы. При этом на конструкции действуют внутренние и внешние силы полигармонического, ударного, импульсного и случайного характеров.

Анализ литературных источников из области исследований вибрации и шума машин и механизмов показал, что описание быстропеременных процессов в слож ных динамических системах с использованием классических теорий колебаний, акустики и статистической физики крайне затруднительно из-за невозможности предугадать искомую форму решения и определить граничные условия [1,4].

Необходимо отметить, что отечественными и зарубежными учёными, НИИ, за водами и фирмами внесён крупный вклад в проблему борьбы с шумом и вибрацией различных машин, изданы фундаментальные научные труды, разработаны эффек Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, тивные виброшумозащитные мероприятия и конструкции, но общее развитие нау ки, создание более совершенных технологических машин, появление мощных вы числительных средств и численных методов решения дифференциальных уравне ний в последние десятилетия являются хорошей базой для разработки новых мето дов описания быстропеременных процессов в сложных динамических системах.

Цель и задачи Целью работы является разработка методологии прогнозирования виброаку стических характеристик сложных динамических систем на рабочем месте опера тора. При этом определены следующие задачи:

1. На основе системного анализа и физических представлений быстропеременных процессов разработать операционную систему решения проблемы, включающую образование виброакустической энергии в источниках, распространение её по эле ментам конструкции машины и в окружающей среде, излучение энергии в точке приема. При этом операционная система должна содержать обратные связи с кон кретными моделями воздействия на системные объекты.

2. На основании экспериментальных исследований установить характерные кон кретные режимы работы, при которых излучение виброакустической энергии будет наибольшим, так как современные стандарты по определению уровней звука и зву кового давления в кабинах самоходных технологических машин конкретного ре жима работы машин не определяют.

3. Разработать способ разделения источников энергии на технологических маши нах с целью определения уровней звукового давления и виброскоростей в точке приема в октавных и 1/3-октавных полосах со среднегеометрическими частотами.

Эти экспериментальные данные необходимы для оценки вклада каждого источника в общее звуковое поле и выбора виброзвукозащитных мероприятий.

4. Разработка программного комплекса для численных исследований характери стик виброакустического поля в точке приема.

Решение проблемы Для решения данной проблемы определены следующие концептуальные прин ципы:

1. Любой источник виброакустической энергии рассматривается как совокуп ность независимых источников, один из которых излучает звуковую энергию толь ко в окружающее пространство, а второй только в корпус, опорные и неопорные связи в виде звуковой вибрации. Данное разделение потоков энергии условно и в практическом отношении по утверждению многих ученых-акустиков целесообраз но.

2. Для решения уравнений движения элементов конструкций машин используется принцип суперпозиции, когда искомое решение является суммой решений, полу чаемых от воздействия каждой гармоники ряда Фурье, которым представляется возмущающая периодическая динамическая сила.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, 3. Матрицы демпфирования представляются в соответствии с гипотезой Фойгта, а конечный элемент, аппроксимирующий воздушную среду, реализует дифферен циальные уравнения Навье-Стокса.

Решение проблемы создания малошумных машин на стадии их проектирования возможно на основе проведения тщательного системного анализа и использования современных численных методов исследований на мощных ЭВМ.

В центре системного анализа проблемы создания малошумных машин нахо дится логическая операционная система - комплекс операций количественного и качественного сравнения альтернатив, которые выполняются с целью прогнозиро вания вибрации и шума на будущей машине и выбора оптимального варианта виб роакустической защиты оператора и окружающей среды.

Операционная система определяется заданием системных объектов, свойств и связей. Системные объекты - это вход сигнала, процесс, выход сигнала, обратная связь и ограничение - остановка расчета альтернатив при достижении цели. Напри мер, применительно к транспортным машинам или базовым тягачам системные объекты могут быть интерпретированы следующим образом: ВХОД - возмущаю щие воздействия двигателя, агрегатов, узлов и рабочего органа на другие структур ные составляющие, входящие в конструкцию машины;

ВЫХОД - выходной сигнал (динамическая сила, виброскорость, звуковое давление и др.), то есть это результат конечного состояния процесса;

ПРОЦЕСС - перевод входного сигнала в выходной.

При этом возмущающие воздействия претерпевают изменения. Например, в про цессе передачи виброакустической энергии источников какой-либо машины проис ходит излучение её в окружающее пространство (воздушный шум), рассеяние, по глощение и передача по конструкциям звуковой вибрации (структурный шум);

СВЯЗЬ - определение последовательности процессов, то есть выход некоторого процесса в одном агрегате или узле является входом в процесс в другом агрегате, узле, механизме;

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ обеспечивает сравнение и оценку параметров (сигналов) выхода с требуемыми и при необходимости влияние на процесс в любой структурной составляющей конструкцию машины через принятую модель воздей ствия.

На основе системного анализа [2, 3] разработана операционная система созда ния малошумной машины, которая в общем случае включает следующие подсисте мы: I -блок источников виброакустической энергии (двигатели, коробки передач, гидроагрегаты, рабочий орган и др.);

II - опорные связи источников;

III - основную раму (остов);

IV - опорные связи кабины;

V - оболочку кабины;

VI - воздушный объем кабины;

VII - капот двигателя и экраны;

VIII - окружающее воздушное про странство. Ц1 - цель 1 - требуемое значение звукового давления в кабине;

Ц2 - цель 2 - требуемое значение звукового давления в окружающем пространстве на опреде ленном расстоянии;

"+", "-" - принятие решения о соответствии или несоответствии выходного сигнала требуемому значению при выбранных критериях.

Целью использования обратных связей является управление через модель воз действия альтернативными вариантами прогнозирования виброакустических пара Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, метров машин после операции сравнения полученных выходных сигналов вибра ции и шума в подсистемах VI и VII с требуемыми значениями.

В данном случае реализация операционной системы возможна с использовани ем численных интегральных методов, в основу которых положен метод конечных элементов (МКЭ).

Решение проблемы создания малошумных машин с использованием численных методов на основе (МКЭ) и принятой операционной системы представляется алго ритмом, включающим следующие важнейшие операции:

1) дискретизация сплошных сред, разработка топологии сложной динамической системы на основе принятых конечных элементов (КЭ);

2) определение физико геометрических характеристик расчетной схемы (плотность, коэффициент внут реннего трения, модуль упругости, модуль сдвига, моменты инерции сечения, раз меры КЭ и другие характеристики);

3) выбор локальных систем координат (ЛСК) для каждого КЭ и глобальной (абсолютной) системы координат (ГСК), связанной с системой отсчета;

4) формирование матриц масс, жесткости и демпфирования i -гo КЭ в ЛСК;

5) построение матрицы связи i -ой ЛСК с ГСК;

6) построение матриц масс, жесткости и демпфирования каждого i -го КЭ в ГСК;

7) построение глобаль ных матриц для ансамбля КЭ, аппроксимирующих топологию машины;

8) форми рование вектора действующих сил в правой части динамического уравнения равно весия всего ансамбля КЭ и узлов осуществляется на основе результатов теоретиче ских и экспериментальных исследований внешних и внутренних возмущающих воздействий гармонического, полигармонического, импульсного, ударного и слу чайного характеров в источниках виброакустической энергии при характерном ре жиме работы машины: 9) интегрирование матричного уравнения по времени вы полняется прямым пошаговым методом Ньюмарка. Решение системы алгебраиче ских уравнений осуществляется итерационным блочным методом Якоби. Для по вышения эффективности итерационного метода решений применяется процедура полиномиального ускорения по Чебышеву. В результате расчета по данному алго ритму получаем векторы звукового давления, виброскоростей, виброускорений, усилия в требуемых узлах расчетной схемы на заданном временном интервале;

10) проверка соответствия расчетных параметров уровня звукового давления в кабине, виброскоростей, виброускорений, динамических сил и других параметров в задан ных узлах расчетной схемы значениям нормируемым ГОСТами. В случае их несо ответствия в программу вводятся иные значения физико-геометрических характе ристик элементов конструкции машины согласно моделям воздействия в обратных связях операционной системы. Варианты расчета повторяются до тех пор, пока расчетные значения виброакустических параметров не будут соответствовать тре буемым.

Численные исследования звуковой вибрации на примере тяговых машин изло жены в [4, 5]. Исследования выполнялись для различных возмущающих сил, возни кающих в двигателе и трансмиссии. Результаты теоретических расчетов звуковой вибрации рамных и плоских конструкций сопоставлялись с экспериментальными данными. Расчетные виброскорости отличаются от экспериментальных на 11,5%.

Эксперимент проводился в реальных условиях работы тяговой машины. Запись Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, вибросигналов осуществлялась на магнитограф типа 7005 с последующей обработ кой на двухканальном анализаторе спектра типа 2034 "Брюль и Къер" (Дания) [1, 3, 5].

Заключение Основываясь на экспериментальных и численных исследованиях, отметим наи более важные результаты для использования их в практике создания малошумных машин различного назначения:

1. На основе системного анализа виброакустических процессов в сложных дина мических объектах разработана операционная система решения задач виброакусти ки, позволяющая на стадии проектирования выяснить пути распространения вибра ции и шума по структурным составляющим машины и определить модели воздей ствия на систему с целью уменьшения вибрации и шума в точках приема.

2. Используемые технологии прогнозирования позволили получить новые техни ческие решения эффективных устройств виброшумозащиты оператора и окружаю щей среды, подтвержденные авторскими свидетельствами СССР и патентами Рос сии.

3. Разработанные операционная система, алгоритм и программное обеспечение относятся к виду наукоемких технологий создания малошумных машин. Данные технологии позволяют на стадии проектирования решить задачи по снижению виб роакустических характеристик машин, не прибегая к дорогостоящим и трудоемким экспериментальным исследованиям на натурных образцах машин.

Предлагаемые технологии позволяют в несколько раз снизить материальные и трудовые затраты, а также сроки проектирования малошумных машин.

Литература 1. Устинов Ю.Ф. Снижение виброакустической активности землеройно транспортных машин // Изв. вузов. Строительство, 1994. - №12. - с.117.

2. Ustinov Yu.F. Estimation of vibration acoustical parameters of vehicles by means of FEM / Fourth International Congress on Sound and Vibration/ St-Petersburg: Russia, 1996. - p.2067.

3. Ustinov Yu. F. Numerical investigations Methodology of Vibroacoustic Dynamics of Transport and Traction Machines /6-th Intemational Congress Sound and Vibra tion. 5-8 July 1999, Copenhagen, Denmark. - р.1405.

4. Устинов Ю.Ф., Петранин. А.А., Петреня Е.Н. Системный анализ и метод ко нечных элементов в задачах прогнозирования и расчета виброакустических па раметров землеройно-транспортных машин //Изв. вузов. Строительство. 1997.- № 3. - с.95.

5. Устинов Ю.Ф., Петранин А.А., Петреня Е.Н. Основные концептуальные прин ципы компьютерных технологий создания малошумных машин //Изв. вузов.

Строительство. - 1998. - № 9.- с.86.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ С.Ю.Петров, С.Н.Пичков ГУП Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И Африкантова.

Хорошо известно, что если уже на ранних стадиях проектирования объектов учитывать акустические требования и предусмотреть выполнение комплексного направленного акустического проектирования, то значительный эффект снижения уровней вибрации и шума можно получить с существенно меньшими затратами.

Средства снижения вибрации и воздушного шума, применяемые после окончания общего проектирования объекта, во многих случаях лишь частично решают постав ленную задачу и требуют больших затрат. Так установка средств акустической за щиты на уже построенных судах обходится в 3,5 раза дороже по сравнению с пре дусмотренными в процессе проектирования [1].

Несмотря на очевидные преимущества примеров реализации методологии ком плексного акустического проектирования в полном объеме можно привести очень немного. Сначала мешали сложившиеся стереотипы и межотраслевые барьеры, за тем изменившаяся экономическая ситуация. Опыт получения оптимальных характе ристик вибрации и шума оборудования судовых ядерных энергетических установок (СЯЭУ) и сложившаяся в ОКБМ к началу 90-х гг. методология направленного аку стического проектирования являются, скорее, исключением, чем общим правилом.

Положительный результат был получен благодаря многолетнему творческому взаи модействию коллективов ОКБМ, отделения «Гидрофизика» ИПФ РАН и радио физического факультета НГУ.

Из известного выражения v P= F, (1) V где V’ – объемная скорость монопольного источника используемого для акустиче ского возбуждения, v’ - наведенная акустическая возбуждаемая скорость, следует, что минимальный уровень излучения механизма в акустическое поле P достигается при минимизации переменной силы F в источнике и выборе места крепления меха низма к конструкции с минимальным коэффициентом передачи v’/V’. Эксперимен тальное определение коэффициентов передачи позволяет получить однозначную оценку акустического качества конструкции по излучению переменных сил.

При создании современных и перспективных СЯЭУ среди задач акустического проектирования на первом месте проектант - ОКБМ, традиционно, ставил задачу снижения сил в источнике. Это позволило достигнуть предельно низких уровней собственной виброшумоактивности агрегатов паропроизводящих установок (ППУ).

Внедрение в практику акустического проектирования СЯЭУ метода взаимно сти и масштабных акустических моделей[2] дало проектанту инструмент надежно го определения коэффициентов передачи на ранних стадиях эскизных проектов, Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, проводить оптимизацию размещения наиболее виброактивного оборудования и способов закрепления агрегата. Совместные работы ИПФ РАН и ОКБМ, выполнен ные на мелкомасштабных акустических моделях и натурных объектах с использо ванием как внешнего акустического возбуждения, так и прямого возбуждения па рогенерирующего агрегата, показали, что массивный, жестко закрепленный на су довом фундаменте, агрегат ППУ оказывает влияние на уровни звукового давления, излучаемые корпусными конструкциями, и на направленность излучения объекта в целом. Среди неоднородностей, из которых состоит корпус: пластины и оболочки с ребрами жесткости, стрингеры и др., в значительной степени определяющих излу чательную способность корпуса, влияние агрегата наиболее существенно. Большая масса агрегата ППУ «замораживает» участок корпуса в месте установки, снижает коэффициенты передачи для участков корпуса непосредственно прилегающих к помещению, в котором расположен агрегат. Учет этого явления особенно важен, т.к. именно в соседних помещениях традиционно располагается наиболее виброак тивное оборудование. Проводя при акустическом проектировании ППУ оптимиза цию динамической системы «агрегат – фундамент – корпус», используя агрегат для размещения на нем наиболее виброактивного оборудования можно добиться дальнейших результатов на пути повышения акустических характеристик объекта.

Возможность обеспечения более равномерной диаграммы направленности шумоиз лучения открывает перспективу существенного снижения эффективности совре менных средств обнаружения, в том числе активных низкочастотных.

Составной частью акустического проектирования энергетического оборудова ния является экспериментальная отработка виброакустических характеристик (ВАХ) опытных образцов на стендах ОКБМ. Полученная при этом база данных до полняется результатами измерений серийных изделий на стендах изготовителя, а также в объектовых условиях в процессе эксплуатации.

Информация, полученная при оценке стабильности виброакустических харак теристик оборудования в процессе ресурсных (до отказа) испытаний электронасо сов, не только подтвердила устойчивую стабильность ВАХ, но и дала возможность использовать базу данных для оценки остаточного ресурса и показателей надежно сти оборудования, для решения задач контроля технического состояния. На сегодня в ОКБМ созданы предпосылки для дальнейшего совершенствования виброакусти ческой диагностики оборудования реакторных установок. Положительным приме ром могут служить результаты обследования вибросостояния насосов реакторной установки атомного ледокола «Арктика» выполненные в 1999-2000г.г. Измерения показали, что вибрационные характеристики электронасосов не имеют отклонений от величин характеризующих нормальную работоспособность, повысив тем самым степень обоснованности при принятии решений о продлении ресурса.

Простота, надежность и довольно большой накопленный практический опыт исследований ВАХ механизмов и оборудования, входящих в состав реакторных ус тановок, позволяют говорить о приоритетном выборе виброакустической диагно стики в качестве составной части методологической базы для экспериментальной оценки и подтверждения возможности продления ресурса и срока службы оборудо вания и реакторной установки в целом за пределы назначенных показателей.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, Опыт реализации методологии комплексного акустического проектирования подтверждает очевидную истину – изделия, имеющие оптимальное соотношение показателей энергетических, массогабаритных характеристик, эргономичности и т.д., имеют, как правило, низкие уровни вибрации и шума. Виброакустические ха рактеристики выступают в качестве комплексного показателя качества. Они, как зеркало, отражают степень культуры выполнения предприятием научно исследовательских и опытно-конструкторских работ. Этот показатель не абстрак тен, он может быть измерен и пронормирован.

Дальнейшие перспективы открывает возможность создания единой диагности ческой сети предприятия. Многоуровневый поэтапный контроль виброакустиче ских характеристик позволяет повысить управляемость качеством оборудования на всех стадиях его создания:

• проектирование (расчетно-экспериментальное обоснование требуемых вибро шумовых характеристик от технического предложения до рабочего проекта);

• изготовление (от входного контроля комплектующих доприемосдаточных ис пытаний);

• эксплуатация (от контрольных измерений после пусконаладочных испытаний до окончания срока обязательств по авторскому надзору).

Литература 1. Никифоров А.С. Акустическое проектирование судовых конструкций: Спра вочник. – Л.: Судостроение, 1990, с.200.

2. Коротин П.И. Методы диагностики сложных систем с использованием внеш него акустического возбуждения: Диссертация на соискание ученой степени кандидата фмн. –Горький.: инв.№ 2699 по учету ИПФ АН СССР, 1988, с.158.

АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ИДЕНТИФИКАЦИИ ОТРАЖАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ В УСЛОВИЯХ МНОГОЛУЧЕВОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ И НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ С.С.Наумов, М.Б.Зуев, М.В.Мартынюк Инженерный Центр Нижегородского Государственного Технического Университета При измерениях уровней жидкости методом Спектрометрии Временных За держек излучатель и приёмник ультразвука располагаются под поверхностью жид кости и направлены вверх (см. рис.1). Излучённый ЛЧМ сигнал, отразившись от поверхности, принимается приёмником, после чего его мгновенная частота сравни вается с излучаемой. РЧ – разностная частота определяет время задержки распространения, т.е. дистанции от антенны до поверхности. Спектр РЧ называется ЭВЗ (энерговременной зависимостью) и, будучи сходной по характеру с Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, (энерговременной зависимостью) и, будучи сходной по характеру с импульсной функцией тракта, имеет вид, по Поверхность казанный на рис.2.

Поскольку скорость звука в жидкости сильно зависит Репер от температуры и состава последней, необходимо посто янно её измерять. Для этого в системе предусмотрен спе циальный дополнительный отражатель (репер), монти руемый на известном расстоянии от антенны.

Метод СВЗ, обладая повышенной помехозащищён ностью, позволяет получить хорошие точностные харак теристики, но при этом система должна уметь автомати чески различать приходы от поверхности, от репера, а Изл. Пр. также нелинейные комбинационные составляющие и пе реотражения. На рис. 1 репер находится на 1м, Поверх Рис.1 ность – на 3.9 м. Пунктиром показана область возможного нахождения репера при разных скоростях звука. По го ризонтали – дистанция, м.

Рис.2.

При анализе сигнала РЧ производится поиск всех локальных максимумов (ЛМ). ЛМ выстраиваются в порядке убывания их амплитуды. Производится поиск границ прихода для каждого ЛМ. Отдельным приходом считается ЛМ границы ко торого не попадают в зону уже найденных, и соответственно имеющих большую амплитуду, приходов.

Приход ограничивается ближайшими к вершине локальными минимумами от вечающими одному из двух условий: минимум лежит ниже среднего уровня шумов или следующий за ним локальный максимум является отдельным пиком (т.е. отно шение энергии локального максимума (пика) к ближайшему локальному миниму му, превышает некую пороговую величину).

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, В результате анализ сигнала РЧ сводится к анализу формы локализованных приходов и их взаимного положения. При анализе найденных приходов учитывает ся тот факт, что спектральный максимум в сигнале РЧ может появиться либо в ре зультате наличия на приёмнике сигналов задержанных относительно излучаемого сигнала, либо в результате воздействия на сигнал РЧ нелинейных искажений. ЛМ энергия которых ниже среднего уровня шумов не рассматриваются.

В стационарных и передвижных резервуарах нефтепродуктов при использова нии данной системы существует несколько основных путей распространения зон дирующего сигнала (каждому из них соответствует приход в сигнале РЧ).

Первый приход определяется так называемым «прямым прониканием» - пря мым акустическим сигналом с излучателя на приёмник. Данный приход к рассмот рению не принимается т.к. соответствующая ему дистанция меньше минимальной рабочей дистанции системы.

Остальные приходы могут быть результатами отражений от находящегося на калиброванной дистанции отражателя – «репера», поверхности или дна и стенок ре зервуара.

В сигнале РЧ в результате нелинейных искажений могут появиться дополни тельные приходы не соответствующие отражениям от реальных объектов. В ре зультате ЭВЗ может принять довольно запутанный для автоматического анализа вид.

Задачей системы измерения уровней является корректная идентификация при ходов от поверхности и репера. При создании алгоритма нахождения уровня в ав томатическом режиме использовались следующие положения:

Если репер находится в жидкости, приходу от поверхности будет соответство вать большая, чем приходу от репера, частота (задержка). Если репер - над поверх ностью, то, естественно, он не даёт отражений.

Область возможных задержек отражений от репера (зону репера) можно опре делить исходя из известной дистанции и диапазона изменения скоростей звука в жидкости. Диапазон изменения скоростей звука определяется диапазоном измене ния температуры продукта в резервуаре, а также составом продукта.

Приходы являющиеся результатом нелинейных искажений имеют частоты кратные частоте искажённого гармонического сигнала. В системе используется ал горитм т.н. прореживания приходов – из всех приходов с кратными частотами для рассмотрения остаётся только первый приход. Считается, что приход имеет крат ную частоту, если кратная частота просто находится в области прихода.

Вследствие того, что дистанция до репера постоянна, форма соответствующего реперу прихода будет изменяться значительно медленнее отражения от поверхно сти. В системе используется алгоритм получения образа репера путём постоянного усреднения некоторого количества последних реализаций репера. Разностная энер гия между приходами из зоны репера и усредненным репером является основным критерием идентификации репера.

Если ни один приход не соответствует критерию разностной энергии, система анализирует приходы, находящиеся за зоной репера. Если за зоной репера обнару жен приход, который, скорее всего является поверхностью, то в этом случае репе Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, ром считается максимальный приход в зоне репера. На Рис.3 пунктиром показаны значения остаточной энергии после вычитания "модели" сигнала репера из его при хода и из прихода поверхности.

Рис. Данная система является системой реализующей решающий (в том смысле, что каждая новая реализация сигнала РЧ анализируется без учёта положения репера и поверхности, найденных на предыдущем шаге) и следящий алгоритмы (в том смыс ле, что решение о том, является ли приход репером, принимается на основании ус реднённого образа репера). Таким образом, система сочетает достоинства обеих методов. Использование априорной информации увеличивает вероятность принятия правильного решения, однако, при принятии неверного решения на одном из шагов система не обязательно будет принимать неверные решения в дальнейшем, что ха рактерно для систем следящего типа. Эксплуатация системы «СЛОЙ» показала вы сокую эффективность предлагаемых решений (точность распознавания 90% без фиксации ложных решений).

Литература 1. Бычков В.Б., Князева Н.И., Наумов С.С. // Всероссийская научно-техническая конференция "Метрологическое обеспечение учета энергетических ресурсов", 2. М.Б. Зуев, Н.И. Князева, С.С. Наумов // Сборник научных трудов "Физические технологии в машиностроении", Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, АКУСТИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ПОВРЕЖДЕННОСТИ МАТЕРИАЛА М.В.Гущин, Д.А.Захаров, А.Л.Углов1), С.Н.Пичков ОКБ Машиностроения, 1)АО НИЦ КД Госстандарта РФ Введение В настоящее время существенно расширился класс объектов, для которых за дачи управления ресурсом относятся к основным. В таких отраслях как атомная энергетика проблема определения индивидуального остаточного ресурса агрегатов, отдельных ответственных узлов или конструкционных элементов приобретает осо бое значение, поскольку их преждевременный выход из строя может привести к не допустимым экологическим последствиям и огромным материальным потерям.

Снятие с эксплуатации объектов, формально выработавших свой назначенный ре сурс, но не исчерпавших свою фактическую долговечность, приводит к неоправ данным дополнительным затратам.

К наиболее перспективным принципам управления ресурсом технических объ ектов относятся те из них, которые базируются на приемах максимального исполь зования результатов мониторинга технического состояния с применением ителлек туализированных средств неразрушающего контроля.

Среди неразрушающих физических методов контроля прочностного состояния материала к числу наиболее информативных следует отнести акустические методы, в основу которых положены в основном экспериментально установленные связи между акустическими параметрами и повреждаемостью материала.

В данной работе описаны результаты экспериментальной проверки возможно сти акустического метода контроля накопления повреждений в материале различ ных образцов, а также элементов трубопроводов атомных энергетических устано вок.

Теоретический анализ Параметры поврежденности материала и, как следствие, его прочностные па раметры находятся в функциональной или корреляционной связи с акустическими характеристиками распространяющихся в материале ультразвуковых волн. Анализ результатов проведенных экспериментов позволил в рамках феноменологической теории предложить следующее выражение для оценки степени поврежденности ма териала на базе акустических измерений:

= /*, (1) * * =(Т-Т0)/Т0, =(Т -Т0)/Т0, (2) где Т0 – величина задержки акустического импульса в материале в исходном со стоянии, Т – величина задержки акустического импульса в материале в текущем со стоянии, Т* - величина задержки акустического импульса в материале в “критиче Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, ском” состоянии, непосредственно предшествующем образованию макротрещины и разрушению.

Полученные экспериментальные результаты по определению степени повреж денности материала элементов трубопроводов сравнивались с расчетными данны ми. Расчетное определение повреждаемости проводилось путем численных иссле дований напряженно-деформированного состояния и циклической прочности рас сматриваемых трубопроводов с учетом всех нагружающих факторов с использова нием методики и программ, базирующихся как на уравнениях, описывающих ли нейную модель деформаций криволинейных стержней, в основе которой лежит ги потеза плоских сечений, так и на аналитических и численных методах механики деформируемых тел, а также уравнений малоцикловой усталости типа Коффина Мэнсона.

Эксперимент Пробные эксперименты с использованием акустической системы “Астрон” (производитель ООО “Интеллект”, г. Н. Новгород) [1,2] показали чувствительность измеряемых акустических характеристик к процессам накопления усталостных по вреждений в стали 12Х18Н9Т.

Использовались образцы круглого сечения с плоскими лысками на рабочей части для установки датчиков. Образцы испытывались на малоцикловое усталост ное нагружение при растягивающих нагрузках в диапазоне долговечностей 103 - циклов (жесткое нагружение).

На рисунке 1 приведена типичная кривая, описывающая поведение параметра T в зависимости от числа циклов N для образцов, нагружаемых с различной ампли тудой деформаций.

Кривая имеет три характерные T+3300 нс C стадии: D 1. непродолжительная стадия AB, по-видимому соответствующая пластическому деформированию материала на первых циклах на B гружения;

продолжительность этой стадии тем меньше, чем меньше амплитуда деформации образца;

2. основная по продолжительно сти стадия BC, соответствующая A накоплению усталостных повреж- дений;

0 400 800 1200 N 3. завершающая стадия CD, на Рис. которой возникает и развивается до разрушения образца макротрещина.

Анализ закономерностей распространения импульсов при работе с описанными релеевскими малобазными датчиками разных типоразмеров позволил сформулиро Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, вать упрощенный «акустический критерий разрушения» следующим образом: * 0.02, где * - максимальное относительное изменение задержки импульса релеев ских волн к моменту появления макротрещины в усталостно нагружаемом мате риале.

Испытывались на многоцикловое усталостное нагружение плоские образцы равнопрочного сечения из стали 12Х18Н9Т. Эксперимент проводился на вибро стенде типа ВЭДС-200. Образцы испытывались на консольный изгиб. Исследовался характер распределения параметра Т вдоль образца в зависимости от числа циклов нагружения.

Полученные результаты показали чувствительность замеряемой акустической характеристики к процессу накопления рассеянных усталостных повреждений.

Максимальные значения параметра Т, а, следовательно, и максимальная интенсив ность накопления усталостных повреждений наблюдалась в тех зонах образцов, в которых впоследствии и происходило образование макротрещин и разрушение.

Важно отметить, что выше сформулированное критериальное соотношение * 0.02 для момента, предшествующего образованию макротрещины, и в этих экспериментах приблизительно выполнялось.

Положительные результаты свидетельствуют об информативности предлагае мого метода в задаче оценки накопленной поврежденности при циклическом на гружении образцов.

Были проведены исследования по определению степени накопленной эксплуа тационной поврежденности материала на наружных поверхностях околошовных зон сварных соединений трубопроводов систем компенсации давления атомных па ропроизводящих установок атомного ледокола “Арктика” (срок службы порядка 142 тысяч часов). Получены значения степени поврежденности материала в диапа зоне от 0,1 до 0,6, что в целом достаточно хорошо коррелирует с расчетными дан ными. Результаты проведенных исследований будут использованы при принятии решения о продлении ресурса и срока службы атомных паропроизводящих устано вок ледокола на следующий временной интервал.

Литература 1. Митенков Ф.М., Углов А.Л., Пичков С.Н., Попцов В.М. О новом методе кон троля повреждаемости материала оборудования ЯЭУ и аппаратно - программ ных средствах для ее реализации. // Проблемы машиноведения и надежности машин, 1998, №3, С. 3-9.

2. Углов А.Л., Баталин О.Ю., Матвеев Ю.И., Городов Г.Ф., Панов В.А. Особен ности конструкции ультразвуковых релеевских пьезопреобразователей для контроля физико-механических характеристик деталей. // Сборка в машино строении, приборостроении, 2001, №8, С. 31-32.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, СПЕЦИФИКА ПРЕЦИЗИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ И СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА ИМПУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ Н.Е. Никитина Нижегородский филиал Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН Затухание и скорость распространения ультразвуковых волн являются важ нейшими информативными характеристиками неразрушающих методов контроля и диагностики конструкционных материалов. B настоящее время достигнута высокая точность измерения частотных (временных) интервалов, характеризующих частот ные (временные) сдвиги электрических сигналов. Однако далеко не такая высокая точность достигается при определении физических параметров колебаний и волн на основе этих измерений. Особенно это относится к использованию импульсного ме тода - наиболее распространенного в практике неразрушающего ультразвукового контроля материалов и изделий. На распространение акустического сигнала оказы вают влияние состояние поверхности, дифракционное расхождение ультразвуково го пучка, потери энергии в контактном слое и другие факторы. Характерным отли чием распространения акустических импульсов от распространения сигналов в электрических цепях или радиоволн является наличие не только дисперсии, но так же и частотно-зависимого затухания волн, причем физические механизмы его мо гут быть весьма различны в зависимости от структуры материала и длины волны.

Рассмотрим проблемы влияния внутренней структуры материала на точность изме рения скорости и затухания упругих волн, поскольку обсуждаемый вопрос явно об делен вниманием исследователей.

Что касается «велосиметрических» методов исследования, то здесь наиболее подходящей в качестве информативного параметра является фазовая скорость.

Строго говоря, она вообще не связана с перемещением по пространству какой-либо субстанции, если таковой не считать явно бестелесную величину под названием «фаза колебаний». Фазовая скорость ассоциируется с гармонической волной и срав нительно легко определяется в системах стоячей волны и в интерферометрах. Её физический смысл состоит в следующем: если в выбранной точке пространства фа за колебаний частоты f равна, то по прошествии времени nT=n/f или в этот же момент времени на расстоянии n она будет равна +2n. Отношение про странственного и временного периода колебаний среды, естественно, имеет раз мерность скорости. Но никакого материального движения она не определяет, более того, если фазу отсчитывать не против, как принято, а по часовой стрелке, то и эта величина поменяет свой знак. Поэтому никого не удивляет, что «скорость» распро странения электромагнитных волн по волноводу может превышать скорость света, ведь это «кажущееся» движение типа движения «огоньков» на елочной гирлянде или муаровых полос. Величина Vf =/T=f для данной частоты возбуждаемых в среде колебаний определяется исключительно свойствами среды. Резонансные ме тоды измерения фазовой скорости основаны на использовании этого определения и фиксировании частоты той волны, длина которой и длина резонатора относятся как Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, n=2L. Однако для поддержания резонансных колебаний твердой среды требуются большие затраты энергии, кроме того, колебания изделий сложной формы требуют довольно громоздкого математического описания.

Наиболее простым и экономичным способом возбуждения упругих волн в твердой среде является ударное возбуждение. В этом случае в среде распространя ется цуг волн, то есть нечто уже на самом деле перемещается по пространству. Ско рость перемещения максимума огибающей квазигармонической волны в среде без диссипации совпадает с групповой скоростью основной частоты, отвечающей мак симуму амплитудного спектра. Если в среде отсутствует не только диссипация, но и дисперсия, фазовая скорость совпадает с групповой, обретая таким опосредо ванным образом некий физический смысл. При этом любая точка волнового цуга, соответствующая определенной фазе колебаний, «движется» с этой скоростью.

В диспергирующей среде каждой гармонике соответствует своя фазовая ско рость, поэтому, привязавшись к определенной фазе колебаний в волновом цуге, не так-то просто предсказать, через какое время и в какой точке пространства мы сно ва увидим эту фазу. Для узкополосного частотного пакета гауссовой формы (R(t)exp(i0t-t2/2t02)) в среде со слабой дисперсией, полностью характеризуемой дисперсионным параметром D=d2q/d2 (q- постоянная распространения) в полосе частот, занимаемой импульсом, можно показать, что это только две точки, равноот стоящие от “амплитудного центра” (R’(t)=0) импульса, определяемые уравнением [1]:

(t t 0 ) 2 = 2 0 ( Dx) 1 (1 + 0 4 D 2 x 2 )arctg[0,5 0 2 Dx].

(1) Здесь 20T0 - эффективная длительность волнового цуга. При малой величи не параметра 0-2Dx это точки: t t0±0 (здесь огибающая импульса имеет наиболь шую производную). Назовем их “фазовыми центрами” импульса (в обзоре [2] это «частотные центры», но здесь это название будет далее «занято»). Их расположение симметрично относительно частотного центра (=0=2f0), совпадающего в среде без диссипации с амплитудным центром. По аналогии можно предположить, что для импульса с огибающей типа “меандра” так называемая “скорость распростра нения фронта импульса” будет наиболее близка к фазовой скорости основной час тоты, если “линией фронта” считать точку перегиба огибающей (R’’(t)=0). В приня том приближении длинного импульса расположение фазовых центров определяется только функцией его огибающей.

При наличии в материале и дисперсии, и частотно-зависимого затухания «ба ланс» гармоник нарушается. В области релеевского рассеяния, где затухание про порционально четвертой степени частоты, высокочастотная часть спектра импульса затухает существенно быстрее низкочастотной. При распространении импульса ам плитудно-частотный центр расщепляется на амплитудный (R’(t)=0) и частотный (f=f0). Однако и в этом случае для достаточно длинного цуга волн можно найти «реперные» точки, перемещающиеся так, как если бы принадлежали гармониче ской волне частоты f0 [1]. Поскольку расположение их относительно амплитудного Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, центра несимметричное, то одна из них при распространении импульса выйдет за его пределы раньше другой, что также важно для построения методики измерений.

Несколько более изучен вопрос о погрешностях измерения коэффициента зату хания ультразвука, определяемых формой импульсов и характером затухания волн в материале. Для импульса колоколообразной (гауссовой) формы, прошедшего путь x в среде с коэффициентом затухания =0(/0)4, из приближенных выражений Меркуловой [3] следует, что величина коэффициента затухания, измеренного по максимуму амплитуды в импульсе, равна:

( x) = 0 [1 + 6( 0 0 ) 1 8( 0 0 ) 1 0 x].

22 (2) Формула справедлива для импульсов с безразмерной эффективной длительно стью 2-20 периодов T0 основной частоты. Она показывает влияние двух конкури рующих эффектов на измеряемую величину коэффициента затухания: увеличение его за счет расплывания импульса и уменьшение за счет уменьшения основной час тоты. Для самого короткого импульса при уменьшении его амплитуды в e5 раз (0x=5) относительная ошибка измерения коэффициента затухания из-за не учета этих факторов достигнет 70 % [3]. При этом измеренное затухание будет меньше действительного, так как величина 0x, при которой измеренный коэффициент за тухания совпадает с действительным, равна 0,75. Таким образом, для повышения точности измерений следует выбирать именно такой диапазон сравнения ампли туд, хотя это не всегда возможно при сильном затухании сигнала или больших раз мерах исследуемых образцов. Для стали в мегагерцовом диапазоне частот 3м-1, и соответствующее расстояние 15-25 см. В то же время для чугуна затухание может быть в 10-20 раз больше, и это расстояние составит 1-2 см.

Итак, в среде с мелкомасштабной неоднородностью (D0), характерной для металлов и сплавов в мегагерцовом диапазоне частот, для определения фазовой скорости предпочтительнее использовать «реперную» точку, расположенную в об ласти перегиба огибающей в первой половине импульса, так как в этом случае ам плитудный центр импульса перемещается быстрее фазового. Динамический диапа зон при измерении коэффициента затухания следует выбирать так, чтобы амплиту да сигнала уменьшалась примерно в два раза, если же по условиям эксперимента это осуществить невозможно, то оценивать истинную величину частотно зависимого затухания в материале с помощью формулы (2).

Литература 1. Никитина Н.Е.//Дефектоскопия, 1989, N 8, c. 23.

2. Вайнштейн Л.А.//Успехи физических наук, 1976, т. 118, вып. 2, с. 339.

3. Меркулова В.М.//Акустический журнал, 1966, т. 12, вып. 4, с. 474.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, К ВОПРОСУ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО КОНТРОЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ А.М. Ширяев, А.Н. Гречухин ФГУП «Научно-исследовательская лаборатория испытания материалов»

Введение Одной из проблем, возникающих при проведении акустико-эмиссионного (АЭ) контроля линейных участков (труб) магистральных газопроводов (МГ), является высокое затухание акустических колебаний. Так, из экспериментальных данных из вестно, для основных мод пластинчатых волн Лэмба ao и so полное эффективное удельное затухание превышает 1,1 дБ/м. При этом максимальное расстояние меж ду соседними преобразователями акустической эмиссии (ПАЭ) обычно ограничено 30-50 м. Это затрудняет проведение АЭ-контроля протяженных участков МГ, на пример переходов трубопровода через реки, дороги и т. д.

При проведении АЭ-контроля участков МГ Ду 1400 при расстоянии между со седними ПАЭ, приблизительно равном 50 м, зарегистрирована мода нормальных колебаний, распространяющаяся со скоростью около 150 м/с, эффективное затуха ние которой существенно меньше указанных выше волн Лэмба, что предположи тельно соответствует распространению длинноволновых цилиндрических волн. По результатам калибровки величина полного удельного эффективного затухания дан ных волн не превышает 0,8 дБ/м, что позволяет увеличить расстояния между со седними ПАЭ и протяженность контролируемых участков МГ.

Теоретический анализ В [1] в рамках линейной теории упругости получено и исследовано характери стическое уравнение для собственных мод, распространяющихся в полом круговом цилиндре бесконечной длины и представляющее собой матричное уравнение 6x6 вида:

|cij|=0, (1) где i и j=1...6, а cij зависят от Рис. параметров =h/L и =/s, где h- толщина стенки цилиндра, L - длина волны рассматриваемой моды, s- частота сдвиговой волны в бесконечной пластине толщиной h.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, Задаваясь фиксированным значением определитель (1) становится функцией единственного параметра. Следовательно, частотный спектр (зависимость /s от h/L) можно получить одним из численных методов (например, методом “деления отрезка пополам”).

В работе [2] приведена классификация «цилиндри ческих» мод, по трем основ ным группам: продольные (L), сдвиговые (F) и торсионные (T) моды. Для их обозначения используются: L(0,m), F(n,m) и T(n,m), соответственно, где n и m круговой и радиальный параметры моды.

На рис. 1 приведена схематическая иллюстрация основных типов мод колебаний цилиндрической оболочки, а на рис. 2 - дисперсионные кривые для групповой скорости основных мод, полученные для алюминиевой трубы с Рис. толщиной стенки 1мм и диаметром 5мм [2].

Зарегистрированная при АЭ-контроле на МГ мода, распространяющаяся со скоростью ~150 м/с, предположительно соответствует основной сдвиговой волне F(1, 1).

Следует отметить, что применение длинноволновых цилиндрических волн для задач традиционного АЭ-контроля затруднено из-за низких скоростей их распро странения и связано с увеличением разности времен прихода. При этом возрастает возможность регистрации некоррелированных импульсов от «ложных» источников АЭ и снижается достоверность контроля. Однако использование мультипроцессор ных технологий АЭ-контроля с использованием средств корреляционного анализа сигналов позволит использовать преимущества практического применения цилин дрических волн для АЭ-контроля МГ.

Литература 1. Gazis D. C. // The Journal of the Acoustical Society of America, 1959, v.31, №5, p.568.

2. Nishino H., Uchida F., Takashina S., Takemoto M., Ono K. // Journal of Acoustic Emission, 2000, v.18, p.102.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, МЕТОДИКА АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ЛИНЕЙНЫХ УЧАСТКОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ПРОВЕДЕНИЯ АТТЕСТАЦИИ ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ А.М.Ширяев, С.И.Смирнов, Н.Ф.Хохлов1), Научно-исследовательская лаборатория испытания материалов, 1) ОАО "Верхневолжскнефтепровод" Введение Представлен проект руководящего документа (РД) по акустико-эмиссионной дефектоскопии (АЭД) линейных участков (труб) магистральных нефтепроводов (МН), выполняемой для оценки работоспособности и проведения аттестации экс плуатирующихся нефтепроводов. РД определяет порядок организации, подготовки и проведения работ, обработки, анализа и оформления результатов, а также грани цы ответственности за выполнение отдельных этапов указанных работ.

АЭД нефтепроводов проводят с целью выявления и локализации (определение координат) источников акустической эмиссии (АЭ), связанных с наличием разви вающихся дефектов в сварных соединениях и в основном металле, которые снижа ют надежность безопасной эксплуатации нефтепроводов. Понятие «развивающийся дефект» характеризует способность дефекта к увеличению степени опасности от времени и (или) с ростом нагрузки (давления). После выявления и локализации ис точников АЭ, указывающих на наличие развивающихся дефектов, для контроля по следних проводят дополнительный дефектоскопический контроль (ДДК) на базе традиционных методов неразрушающего контроля (НК).

Несмотря на достижения АЭД нефтепроводов, сегодня на передний план выхо дит проблема повышения достоверности и надежности контроля. В связи с этим, в РД особое внимание уделяется вопросам повышения достоверности и надежности АЭД.

Отмечается, что АЭД проводится при гидравлическом нагружении (испытаниях) нефтепровода водой или рабочей средой (нефтью) по следующим схемам примене ния:

- для оценки работоспособности и аттестации действующих нефтепроводов на участках со спиральношовными трубами, на которых невозможно в полном объеме комплексное дефектоскопическое обследование внутритрубными де фектоскопами 3-х типов;

- для уточнения местоположения источника АЭ;

- для уточнения необходимости применения и объема ДДК.

- для решения вопроса о допустимости дефектов, найденных традиционным НК;

- для мониторинга за развитием дефекта, найденного традиционным НК.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, Работы по АЭД проводятся по Программе, которая разрабатывается и утвер ждается Исполнителем и согласовывается с Заказчиком работы. Программа работ разрабатывается индивидуально на каждый обследуемый участок трубопровода и регламентирует все этапы проведения АЭД, критерии оценки качества, способы анализа результатов. Отмечается, что условия проведения АЭД нефтепроводов должны соответствовать требованиям промышленной безопасности.

Требованиям к разработке Программы посвящен отдельный раздел РД.

При определении числа каналов и ПАЭ нужно помнить о необходимости обес печения контроля, как правило, всей поверхности объекта. Схема расстановки ПАЭ и количество антенных групп определяется конфигурацией объекта, алгоритмом локации и максимально допустимым разнесением ПАЭ, связанным с затуханием сигнала и погрешностью определения координат. При этом при разработке такой схемы нужно использовать значения затухания полученные в аналогичных объек тах, а также учитывать дополнительное затухание в сварных швах, на отводах, пу зырях воздуха, на участках, где имеет место изменение толщины стенки объекта и т.д.

С учетом специфики объекта РД определяет требования к используемой для дефектоскопии аппаратуре. Для АЭД линейной части нефтепроводов следует ис пользовать многоканальные АЭ-системы на базе персональных ЭВМ, позволяющие определять координаты источников и характеристики АЭ с одновременной регист рацией параметров нагружения (давления и др.). При этом указано, что технические характеристики используемой аппаратуры должны обеспечивать необходимую вы сокую надежность и достоверность при проведении АЭД, соответствующую требо ваниям действующей НТД.

Критерии активности источников направлены на определение признаков (пря мых или расчетных), косвенно характеризующих показатели опасности соответст вующих дефектов. Выявленные источники АЭ рекомендуется разделять на четыре класса: источник I класса (пассивный), II класса (активный), III класса (критиче ский активный), IV класса (катастрофический активный). Выбор критериев класси фикации источников АЭ и соответствующих уровней отбраковки рекомендуется осуществлять каждый раз при разработке Программы работ.

Рекомендуется использовать следующие критерии активности источников:

- локационный – регистрация источника АЭ, т.е. не менее 2 импульсов из зоны, эквивалентной погрешности определения координат;

- амплитудный – регистрация в источнике, по меньшей мере, 2 импульсов с ам плитудой, удовлетворяющей условию затухания при распространении сигнала от источника;

- кинетический (локально-динамический) – ускоренный рост числа импульсов, суммарного счета, либо другого суммарного параметра АЭ в источнике, либо по ближайшему к нему датчику (каналу) относительно параметра нагружения (давление, время и др.);

- по признакам развивающихся усталостных трещин – регистрация на первом цикле нагрузки выбросов (значительного мгновенного приращения) АЭ, вос Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, производящихся при той же нагрузке на следующем цикле повторно статического нагружения.

Допускается использование других обоснованных критериев активности ис точников. Рекомендуется комплексное использование разных критериев активно сти, при этом для окончательных выводов рекомендуется руководствоваться тем из них, для которого получена наибольшая активность источника.

Акустико - эмиссионная дефектоскопия участка нефтепровода проводится в режиме базового контроля с линейной локацией источников АЭ, т.е. при определе нии одной линейной (по трубе) координаты зоны акустической активности. По ре зультатам базового контроля определяется необходимость, объем и место проведе ния прецизионной (более точной) АЭД и ДДК.

Результатом АЭД дефектоскопии является идентификация и классификация источников АЭ, указывающих на возможность наличия опасных развивающихся дефектов. В РД приведены критерии, используемые для оценки результатов на мес те.

Дефектоскопию участка проводят при одном-двух циклах изменения давления от исходного эксплуатационного Ро до максимального испытательного давления Рисп, при ступенчатом нагружении с несколькими ступенями выдержки на заданных уровнях давления. Рекомендуется выбирать ступени выдержки Ро0,5Рраб, 1,0Рраб и Рисп, где Рраб - рабочее давление (максимальная допускаемая эксплуатационная на грузка). Испытательное давление должно удовлетворять условию: РиспРраб.

Первичная экспресс обработка результатов проводится в ходе проведения и по окончании дефектоскопии участка трубопровода с использованием всех средств, имеющихся в распоряжении бригады специалистов. Задачей первичной обработки и анализа результатов является определение необходимости повторения АЭД объ екта в целом, либо его фрагмента, по прецизионной (более точной) схеме, а также анализ возможности наличия дефектов, представляющих угрозу безопасной экс плуатации нефтепровода на момент проведения дефектоскопии.

Окончательная обработка, анализ результатов и разработка заключения прово дится специалистами Исполнителя работы после проведения натурной составляю щей АЭД.

Заключение по результатам дефектоскопии имеет право выдавать специалист, имеющий II или III уровень квалификации. Для обеспечения высокого качества вы полнения работ и повышения оперативности допускается проведение дефектоско пии одним специалистом, а обработка результатов и разработка заключения – дру гим.

Разработчики руководящего документа выражают уверенность в его актуаль ности и полезности для специалистов в области технической диагностики магист ральных нефтепроводов и приглашают их принять участие в его обсуждении.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕЧЕИСКАНИЯ В МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Р.Ц. Гулиянц, Л.Д.Войтасик, Н.С. Каришнев, В.В. Усов, Л.Е. Шейнман ФГУП ЦНИИ «Морфизприбор», Санкт-Петербург При скоростях движения газа в трубопроводах меньших скорости звука можно при решении гидромеханических задач использовать гидромеханическое уравнение Бернулли. Анализ работ показывает, что для определения скорости истечения газа через отверстие V2 можно использовать формулу Сен-Венана, которую для нашего случая запишем в виде k, (1) P k 2qk P1 1 1 2 2 + V V2 = P1 k где k = c P - отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении к удель cV ной теплоемкости при постоянном объеме;

q – ускорение силы тяжести;

P1, P2 – со ответственно статические давления в трубопроводе и в окружающей среде;

1, - удельный вес газа в трубопроводе и в окружающей среде соответственно;

V1 – скорость движения газа в трубопроводе.

Основной особенностью звукоизлучения звука холодными сверхзвуковыми струями является наличие дискретной составляющей в частотном спектре этих струй.

При истечении газовых струй в открытое пространство наблюдается излучение звука высокой интенсивности. Это явление характерно как для дозвуковых так и для сверхзвуковых струй. Причиной шума струи является неустойчивость танген циального скачка скорости, т. е. неустойчивость границы между струей и окру жающей средой, которая проявляется в усилении малых возмущений, возникающих у основания струи, по мере их распространения вдоль струи. Это приводит к обра зованию пограничного слоя, постепенно развивающегося в турбулентную область, которая в конце концов, поглощает струю. В сверхзвуковой струе шумит как доз вуковая ее часть, так и сверхзвуковое ядро. Первый механизм обуславливает появ ление дискретной составляющей, а также второй, третьей и четвертой гармоники.

Зависимость частоты основного тока от давления в трубе приведена на рис. 1.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, Рис. 1 Зависимость частоты основного тона от давления в трубе Зависимость интенсивности дискретного звука в зависимости от давления в трубе на расстоянии 4,5 см от отверстия приведена на рис. 2 (в дБ относительно 2 105 Па).

Рис. 2 Интенсивность дискретного звука в зависимости от давления в трубе При этом, явления, наблюдаемые при истечении струи из большого и малого отверстия полностью подобны с коэффициентом k = L1, где L1 и L2 – размеры L большого и малого отверстия. С уменьшением размеров отверстия во столько же раз увеличивается частота. Дискретный тон создает концентрические сферические волны.

Звуковые волны второго типа образуются при наличии развитого сверхзвуко вого ядра при давлениях. Они излучаются под углом к оси струи c, = arccos (2) V где c – скорость звука в окружающей струе;

V – скорость распространения возму щения, близкая к скорости самой струи около ее границы.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, Максимум первой моды соответствует числам Струхаля 0,2 0,3, где число Струхаля определяется соотношением 2 D f c1, St = (3) V2 c здесь D – размер отверстия;

f – частота;

V2 – скорость истечения струи;

c1, c0 – скорости звука соответственно в окружающей струе и в газе в трубе.

Частота дискретной составляющей падает с ростом скорости и хорошо описывается формулой [6] 1 V2 c fn = n, (4) D V2 + c где n – номер гармоники.

Можно принять, что скорость возмущения вдоль струи определяется выраже нием kV, (5) V = V1 Re где V – скорость движения возмущения вдоль струи.

Для примера приведены данные в таблице № 1.

Таблица № М 1,2 1,6 2,0 2, S1 0,48 0,2 0,12 0, Определение расстояния до течи определяется по времени задержки 1 J m [G12 ( f 1 )], где J [G ], R [G ] - мнимая и действительная части вза t зад = e m 2 f 1 Re [G12 ( f 1 )] имного спектра на частоте основного тона.

Выделения основного тона f1 и его узкополосной фильтрации позволяют с од ной стороны повысить помехоустойчивость течеискателя, отфильтровав этот тон от помех. Кроме того, появляется возможность определить диаметр повреждения, так 1 V2 c0, скорость струи V может быть рассчи как, согласно формулы (4) D = f1 V2 + c тана по формуле (1). Кроме того, учитывая, что максимум первой моды лежит при St 0,25 можно найти размер повреждения D из решения уравнений.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА И РАЗМЕРОВ ТЕЧИ В ПОДВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ И В ДЮКЕРАХ Р.Ц. Гулиянц, Л.Д.Войтасик, Н.С. Каришнев, В.В. Усов, Л.Е. Шейнман ФГУП ЦНИИ «Морфизприбор», Санкт-Петербург Непрерывное наращивание трубопроводных систем, в том числе и подводных, требует совершенствования контроля этих систем для своевременного обнаруже ния места течи. Причем, это особенно необходимо в труднодоступных или недос тупных техническому надзору районах прокладки напорных трубопроводов, в ча стности, в подводных трубопроводах и в дюкерах. При этом основным неконтакт ным методом обнаружения места течи является акустический метод. Газоискатели различных видов непригодны для подводных трубопроводов.

Акустические методы в своей основе предусматривают установку двух прием ных акустических датчиков располагаемых на возможно большем расстоянии друг от друга вдоль трассы трубопровода. Обнаружение и локализация течи осуществ ляется по акустическому шуму течи тем или иным способом.

Помехоустойчивость приема шума течи может быть существенно повышена за счет оптимальной фильтрации.

Зависимость определяющая число Струхаля имеет вид:

fD, (1) Sh = Uc где f – частота, Гц;

D – диаметр отверстия;

Uс – скорость истечения струи на срезе стенки трубопровода.

Скорость истечения струи определяется как 2 F1 2F, (2) + V12 Uc = 1 где F1, 1, V – соответственно давление, плотность жидкости и скорость ее движе ния в трубопроводе;

F2, 2 - соответственно давление и плотность жидкости в ок ружающей среде.

Таким образом, исходя из формулы (1), нижнюю частоту полосового фильтра целесообразно выбрать ShmaxU c U = 0,275 c, (3) fн = Do D а верхнюю частоту полосового фильтра целесообразно выбрать Sh U U. (4) max c c fв = = 0, Do D При этом, D0 – минимальный диаметр повреждения, которое нужно обнаружить;

, - коэффициенты, выбираемые на уровне – 8 дБ кривой спектральной плотно Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, сти на рис. 1. Максимальное значение спектральной плотности наблюдается при Shmax 0,275.

dW dSh 2, 1, 0 0,5 1,0 1,5 2,0 Sh Рис. 1. График безразмерной спектральной плотности мощности излучения затоп ленной дозвуковой струи в функции от числа Струхаля.

Вторым мероприятием для повышения помехоустойчивости может явиться ис пользование взаимно-спектрального анализа. В случае объемного шума энергети ческий спектр помех sin kd, Gп ( ) = Gш ( ) (5) kd где k = - волновое число в среде со скоростью звука “c”.

c На частотах, например, выше 100 Гц и при расстоянии между точками приема d 500 м значение sin kd 5 10 3 и, следовательно, уровень помех может быть kd существенно снижен. При взаимно-спектральном анализе Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, Go ( )[cos t3 i sin t3 ] + Gn ( ), G12 ( ) = (6) r1r где r1, r2 – расстояние между повреждением в трубопроводе и первым и вторым, датчиками, причем r1 + r2 = d ;

Go ( ) - энергетический спектр шума струи, выте кающей из трубопровода в месте повреждения;

t = r2 r1 - задержка в приеме c шума струи в среде со скоростью звука “c”.

Расстояние до места течи путем определения времени задержки из соотноше ния J [G ( )], 1 (7) t зад = arctq m Re [G12 ( )] где J m [] и Re [] - символы мнимой и действительной частей взаимного спектра.

Далее, расстояние r1 и r2 от приемников до места течи находится из решения систе мы уравнений r1 + r2 = d. (8) r2 r1 = t зад c Время задержки определится как i, i = 1, 2, K (9) t зад = i Предлагаемый подход позволяет не только определить расстояние до течи, но и оценить размер повреждения. Для этого учитывается, что спектральная плотность излучения шума дозвуковой струей имеет максимум при числе Струхаля Shmax 0,275. (10) Следовательно, можно определить частоту 0, при которой G0 ( ) = r1r2 G12 ( ) име ет максимум. Тогда размер повреждения 2 Shmax U c, (11) D= где Uc – скорость истечения струи на срезе стенки трубопровода, определяемая формулой (2).

Расстояние d между приемниками определяется из соотношения Pc 1 2, (12) d= Pn G ( )d где P 2 = - квадрат акустического давления, обусловленного шумом c струи, вызывающейся из трубопровода, приведенное к расстоянию 1 м;

- уровень акустических помех;

- коэффициент помехоустойчи Pn2 = Gn ( )d Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, вости приемника;

- коэффициент распознавания, т. е. отношение сигнала к по мехе на входе тракта обработки, обеспечивающее регистрацию шума от вырываю щейся из трубопровода струи с заданными значениями вероятности правильного Wпр WЛ.Т..

обнаружения и вероятности ложных тревог Таким образом, описанные выше мероприятия позволяют повысить эффектив ность определения места течи. Кроме того, позволяют оценивать размеры повреж дения в трубопроводе.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНО РАССЕЯННОГО СИГНАЛА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТА П.Н.Вьюгин, И.Н.Диденкулов1), Л.М.Кустов, А.И.Мартьянов, Н.В.Прончатов Рубцов Нижегородский государственный университет, 1) Институт прикладной физики РАН Методы построения и визуализации акустических изображений разрабатыва ются достаточно давно и, при различных физико-технических решениях, они бази руются либо на методе апертурного синтеза, либо на использовании звуковых фо кусирующих линз. Как в том, так и в другом случае обрабатывается линейно рассе янный на исследуемом объекте или группе объектов сигнал. В настоящей работе экспериментально реализуется построение акустического изображения рассеивате лей с использованием комбинационно рассеянного сигнала. Эксперименты прове дены в гидроакустическом бассейне на автоматизированном измерительном ком плексе. В качестве наблюдаемых объектов использовались стальные цилиндры. По строение акустического изображения осуществлялось построчно-угловым сканиро ванием эхолокатора со сферическим зеркалом. Озвучивание цилиндров проводи лось двумя неколлинеарными ультразвуковыми пучками. Поверхность цилиндров была специально “окрашена” газовыми электролизными микропузырьками. Сфери ческое зеркало диаметром 35 см с фокусным расстоянием 27,5 см было изготовлено из пенопласта. Сканирование по углу осуществлялось c помощью сельсин-пары.

Сфокусированные зеркалом сигналы после детектирования считываются АЦП и поступают в компьютер, на экран монитора которого выводится изображение рас сеивателей в яркостном виде.

Геометрия описываемого эксперимента изображена на рисунке 1, где 1,2 - ци линдры, 3, 4 - излучатели (f1=195кГц, f2=130кГц), 5-приемный гидрофон, 6 сферическое зеркало, 7 - блок электронно-компьютерной обработки. Расстояние между зеркалом и цилиндрами равнялась 2м.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, Рис. 1.

На рис. 2 представлено синтезированное изображение, полученное на разност ной частоте равной 65 кГц.

Наблюдаемыми объектами были два вертикально расположенных цилиндра диаметром 40 мм и длиной 300 мм, находящиеся на расстоянии 20 см друг от друга.

На рис.3 представлена в амплитудном виде одна горизонтальная строка изображе ния, полученная в линейном режиме на высокой частоте при Рис. одновременном облучении цилиндров двумя акустическими пучками. На рис. 4 приведена горизонтальная строка изображения на разностной частоте 65 кГц. На вертикальных осях указаны нормированные на единицу значения амплитуд.

1.

1.

1 0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

0.

00 70 см 70см 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 Рис.3 Рис. Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, Таким образом, в данной работе продемонстрированы возможности получения изображений нелинейно-рассеивающих объектов в акустических полях на разност ной частоте. Показано, что использование волн разностной частоты для получения акустического изображения может оказаться эффективным приемом при исследо вании различных подводных объектов, которые весьма часто покрыты микроорга низмами и газовыми микропузырьками с высоким коэффициентом акустической нелинейности. Проведенный лабораторный эксперимент продемонстрировал, что пространственное разрешение и четкость изображения, полученного на волнах раз ностной частоты, выше, чем при использовании линейно рассеянного сигнала.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ (01-02-16938, 01-02-17653).

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПРИВАРКИ ПРОВОДА ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКЕ В.В.Казаков Институт прикладной физики РАН Ультразвуковая приварка контактов в микросхемах осуществляется двумя спо собами: с предварительным созданием шарика в капилляре или путем непосредст венной «притирки» провода. Большое количество контактов и дороговизна конеч ного продукта привели к необходимости контроля качества приварки непосредст венно в процессе сварки. Это возможно сделать различными методами: путем кон троля колебаний концентратора или наконечника сварочного аппарата в нескольких плоскостях, измерением импеданса системы «концентратор-наконечник» и др. [1 4]. Однако контроля самого процесса сварки оказывается недостаточным, посколь ку качество приварки в значительной степени зависит от подготовки подложки. По этому представляется важным не только контролировать процесс сварки, но и про водить контроль качества соединения уже приваренной проволоки.

Суть предлагаемого метода заключается в контроле места соединения путем исследования параметров изгибных ультразвуковых волн распространяющихся по проволоке. Изменение качества приварки контакта приводит к изменению гранич ных условий для распространяющейся ультразвуковой волны. Цель работы заклю чалась в исследовании принципиальной возможности контроля качества приварки провода таким методом. Для приваривания алюминиевой проволоки толщиной 0, мм использовался сварочный аппарат Orthodyne Model 20. Возбуждение и прием ультразвуковых волн осуществлялся с помощью пьезокерамических дисков диа метром 8,5 мм и толщиной 4 мм. Через фторопластовое переходное устройство провод поджимался к торцу пьезопреобразователя, возбуждаемого на радиальных модах колебаний в диапазоне частот 0,1-1 МГц. Для проведения исследований ис пользовались различные комбинации принимающих и возбуждающего преобразо вателей (с использованием канала для нормирования амплитуды возбуждаемой Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, волны и без него), при различной длительности возбуждаемой волны, мощности и времени приварки, диаметре провода и др. Типичные схемы проведения экспери ментов для локации на просвет (а) и отражение (б) приведены на рис.1.

Концентратор Концентратор а) б) Пружина Пружина Проволока Наконечник Изгибная волна Возбуждающий Принимающий Принимающий Возбуждающий преобразователь преобразователь преобразователь преобразователь Рис. Алюминиевая проволока приваривалась к дюралюминиевой подложке и полу ченный одиночный контакт подвергался исследованию на качество приварки. Мо делирование «хороших» и «плохих» контактов осуществлялось или путем измене ния качества подготовки подложки или изменением параметров сварки - мощности или времени. После проведения измерений амплитуды принятой ультразвуковой волны, осуществлялся контроль качества приварки. Для этого с помощью датчика силы проводился сдвиг приваренного провода до его отрыва от подложки. Макси мальная сила, которая была необходима для его отрыва, соответствовала качеству приварки.

На рис.2 приведены осциллограммы, полученные при локации на просвет и со ответствующие следующим условиям: а – перед сваркой (первый импульс соответ ствует отражению от контакта), б – отражение от «хорошего» контакта и в – от «плохого». Частота ультразвуковой волны – 238 кГц.

0.6 0.06 0. а) б) в) 0.4 0.04 0. Амплитуда, В Амплитуда, В Амплитуда, В 0.2 0.02 0. 0.0 0.00 0. -0.2 -0.02 -0. -0.4 -0.04 -0. -0.6 -0.06 -0. 0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 Время, µs Время, µs Время, µs Рис. Из рис.2 хорошо видно, что «хороший» контакт характеризуется тем, что ульт развуковая волна через него не проходит. На рис.3 приведены данные для нормиро ванного значения амплитуды прошедшей ультразвуковой волны при различных частотах возбуждения. Области соответствующие различным качествам контакта условно показаны на рис.3,в. Сплошной линией показана среднеквадратическая ап проксимация данных. Из рис.3 хорошо видно, что существует частотная зависи мость в проявлении контактом своих акустических характеристик.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, Н ор м и ро ван н ая ам п ли ту да 111 кГц 650 кГц 2.0 2.0 2. 238 кГц а) б) в) «П лохой»

1.5 1.5 1.5 контакт «Х орош ий»

1.0 1.0 1. контакт 0.5 0.5 0. 0.0 0.0 0. 0 2 4 6 0 2 4 6 8 0 2 4 6 С ила, N С ила, N С ила, N Рис. На рис.4 приведены данные, полученные при локации на отражение. Если пре дыдущие данные, полученные при локации на просвет, демонстрировали принци пиальную возможность контроля качества приварки, то данные на рис.4, получен ные при локации на отражение, более приближены к практическим условиям свар ки и показывают возможность контроля уже в технологическом процессе. Следует отметить, что изменение амплитуды принятого сигнала, полученные при локации на отражение, существенно меньше чем при локации на просвет.

Таким образом, в результате выполнения работы была показана принципиаль ная возможность контроля качества привар ки провода с помощью измерения парамет- 0. «Плохой» 650 кГц ров изгибных ультразвуковых волн. «Хоро- контакт 0. Амплитуда, В ший» и «плохой» контакт отличаются по «Хороший»

0. амплитуде отраженной (прошедшей) ульт- контакт развуковой волны. Было определено, что в 0. ряде случаев изменение огибающей ультра- 0. звукового импульса, может характеризовать 0. положение провода в наконечнике непо- 0 2 4 6 Сила, N средственно перед процессом приваривания.

Рис. Показано, что контроль приваривания воз можен и путем проведения импедансных измерений. Качество приварки влияет не только на параметры распространяющей ся ультразвуковой волны, но и на условия ее возбуждения, которые также могут быть измерены. Чувствительность используемого метода диагностики является частотно зависимой и может быть оптимизирована для конкретного диаметра про вода и площади контакта.

Литература 1. Tsujino J., Ueoka T., Kashino T., Sugahara F. // Ultrasonics, 2000, Vol.38, pp.67-71.

2. Tsujino J., Yoshihara H., Sano T., Ihara S. // Ultrasonics, 2000, Vol.38, pp.77-80.

3. Tsujino J., Yoshihara H., Kamimoto K., Osada Y. // Ultrasonics,1998,Vol.36, pp.59 65.

4. Tsujino J., Ueoka T., Hasegawa K. // Ultrasonics, 1996, Vol.34, pp.177-185.

Труды Нижегородской акустической научной сессии, ННГУ, ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТАКТА РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ НЕЛИНЕЙНОГО АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА В.В.Казаков, А.М.Сутин, Н.В.Прончатов-Рубцов1) Институт прикладной физики РАН, 1) Нижегородский госуниверситет Известно, что с использованием нелинейного акустического метода можно легко отличить дефект в виде трещины от полости [1-5]. Модуляция параметров трещины изгибными колебаниями объекта приводит к изменению ее акустических характеристик и, как следствие, к модуляции, распространяющейся в объекте ульт развуковой волны. Резьбовое соединение также можно рассматривать как сложный набор микротрещин, и, в связи с этим, представляется интересным использовать нелинейный акустический метод для исследования акустических характеристик та кого дефекта. Очевидно, что модуляция ультразвуковой волны будет минимальна для двух крайних случаев: когда соединение «очень хорошее» (контакт не меняется под действием изгибных колебаний) и когда «очень плохое» (болт свободно входит в отверстие и площадь изменяемого контакта минимальна).

В качестве объекта исследования использовалась металлическая пластина раз мером 50х305х6 мм3. Один торец пластины жестко прикреплялся к металлической плите. Другой ее конец соединялся с платформой вибростенда. При возбуждении вибростенда с частотой 10 Гц пластина изгибалась. В закрепленный конец вдоль оси пластины излучался ультразвуковой импульс частоты 3 МГц. Принятый сигнал, соответствующий различным фазам изгиба, записывался через плату АЦП в ком пьютер. На каждой дальности локации определялась модуляция принятого сигнала, после чего строилась зависимость «дальность локации - амплитуда модуляции».

Пластина имела два дефекта, расположенных на расстоянии 101,5 мм от тор цов. С одной стороны это была искусственно созданная трещина. С другой сторо ны, ближней к ультразвуковому датчику, по центру пластины было просверлено сквозное отверстие, в котором была нарезана резьба М4. После проведения всех экспериментов с резьбой М4, была нарезана резьба М6 и эксперименты повторены.

На рис.1, а-г приведены характерные осциллограммы принятого сигнала (а, в) и его модуляции (б, г) для различных резьб: М4 (а, б) и М6 (в, г). Время 110 µc со ответствует отражению от противоположного конца пластины. Из представленных рисунков хорошо видно, что при линейной локации видны оба дефекта - резьбовое соединение и трещина. Отражение от соединения существенно больше, чем от тре щины. Модуляция сигналов показывает, что трещина изменяет свои акустические характеристики гораздо сильнее, чем резьбовое соединение. В то же время, увели чение размера резьбы приводит к повышению уровня модуляции.

Для измерения зависимости амплитуды модуляции от амплитуды изгиба, ам плитуда колебаний пластины изменялась в пределах от 0 до 1 мм с шагом 0,04 мм.

После проведения одной серии измерений болт был повернут на пол-оборота, что бы изменить существующий контакт и иметь возможность оценить разброс воз можных уровней модуляции.



Pages:   || 2 |
 














 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.