автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Неразрушающие резонансные испытания строительных изделий и образцов с использованием оптоэлектронных измерительных преобразователей

АКАДЕМИЯ ПАЖ БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи

СЖСАРЕВ Геннадий Васильевич

УДК 620.179.163:691

КЕРАЗРУШАЮЩИЕ РЕЗОНАНСНЫЕ ИСШТАНШ СТРОИТЕЛЬНЫ! ИЗДЕЛИЙ И ОБРАЗЦОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОЛТО ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Специальность 05.II.13 - приборы и методы контроля природной

среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 1992

Работа выполнена в Ставропольскам политехническом институте

- доктор технических наук В.И.Кршгавич -

- доктор технических наук, профессор В.И.Коробко

- доктор технических наук, профессор О.В.Лужин;

кандидат технических наук Ф.Г.Дрик

- Белорусский научно-исследовательский институт по строительству (БелНШС), г. Минск

Защита диссертации состоится " " uvav^^ 1992 г. в 4M часов на заседании специализированного совета К 006.13.01 в Институте прикладной физики АНБ по адресу: 220072, т. Минск, ул. Скорины, 16.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке Института прикладной физики АНБ (г. Минск).

Автореферат разослан " KcxSt 1992 г.

Научный руководитель

Научный консультант

оппоненты

Ведущая организация

Ученый секретарь специализированного совета кандидат фаз.-мат. наук

М.А.Князев

.....ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

- — -!

- -"-Актуальность теми. В настоящее время резко сократился объем ин-вестилей в строительстве, что привело к повышению требований к качеству строительных изделий, и в первую очередь, предварительно напряденных железобетонных конструкций. Существующие современные методы контроля качества изделий на предприятиях строительной индустрии не обладают достаточной достоверностью и надежностью.

Из известных методов контроля качества наиболее прогрессивным представляется резонансный метод неразрушающих испытаний с использованием свободных затухающих колебаний, который единственно позволяет проводить натурные испытания готовых железобетонных изделий и осуществлять интегральную опенку их качества и надежности по основным контролируемым физико-механическим характеристикам: прочность, жесткость и трещиностойкость. Однако несовершенство методик резонансных испытаний, сложность обработки экспериментальны* данных для получения контролируемых характеристик, отсутствие рекомендаций по повышению точности определения динамических параметров (логарифмических декрементов и частот колебаний), недостаточно высокие чувствительность, измерительный диапазон, помехозащищенность стандартных средств первичного преобразования и сложность их градуировки, отсу\ ствие простых средств обработки информации, слабый учет влияния посторонних факторов на динамические параметры не позволяют широко и эффективно использовать этот метод для осуществления поточного контроля качества серийно выпускаемых изделий в заводских условиях строительного производства.

Кроме того, при проведении лабораторных неразрушающих испытаний моделей изделий и образцов строительных материалов резонансным методом требуется значительное время на подготовку первичных преобразователей к работе при контактном способе их установки; необходим

учет влияния массы преобразователя на массу и жесткость контролируемых объектов.

Поэтому разработка способов и средств неразрушавдего контроля, позволяющих устранить большинство из перечисленных Еыше недостатков резонансного метода испытаний, является весьма актуальной проблемой.

Лель работы. Целью работы является разработка новых способов и средств неразрушающего контроля строительных изделий и образцов на основе резонансного метода испытаний, обеспечивающих повышение точно сти и достоверности результатов этих испытаний. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

разработать способы, позволяющие повысить информативность нераз рушающего контроля и оценки качества изделий при резонансных испытаниях;

разработать и исследовать оптоэлектронные преобразователи для бесконтактной регистрации параметров колебаний объектов контроля в заданных амплитудном и частотном диапазонах;

разработать средства для обработки информации, получаемой при резонансных испытаниях;

провести экспериментальные испытания строительных изделий с щи менением разработанных способов и средств контроля и на основе их анализа выработать рекомендации по совершенствованию известных методик неразрушающих испытаний и их практическому использованию.

Научная новизна работы. Новыми результатами диссертации и положениями, выносимыми на защиту, являются:

способ регистрации сложных колебаний и разделения их на изгибы и крутильные компоненты, позволяющий повысить точность и информативность резонансных испытаний строительных изделий;

доказательство необходимости соблюдения равноэнергетических условий возбуждения колебаний в изделиях и способ контроля, обеспечивающий выполнение идентичности резонансных испытаний контроли-

руемых объектов и повышение достоверности в определении логарифми-?еского декремента колебаний;

способ.интегральной опенки качества строительных изделий) позволяющий с помощью предложенных расчетных формул осуществлять эценку прочности, жесткости и трещиностойкости объектов контроля ю основной частоте их колебаний, определяемой в процессе резонансна испытаний;

конструкции первичных измерительных преобразователей перемеще-1Ий (виброперемещений) на основе диодных оптопар и результаты ис-зледования их характеристик с учетом свойств, режимов работы элементов, входящих е состав .преобразователей, и проведенной оптимиза-зии этих режимов, результаты которой позволяют задавать (выбирать) з широких пределах чувствительность и оптимальный динамический диапазон измерений;

рекомендации по совершенствованию известных методик неразруша-эщих резонансных испытаний строительных изделий и их практическому 1рименению с использованием разработанных автором способов и зредств контроля.

Практическая значимость, реализация результатов в народном созяйстве. Исследования, представленные в диссертационной работе, 1Роеодились при выполнении научно-исследовательских хоздоговорных забот (йЯ гос. регистрации 0184.0072648, 0187.0023868, 0188.0048334, )191.0009461) в Ставропольском политехническом институте с Комби-гатом производственных предприятий (КПП) треста "Ставропольпром-:трой" Главставропольстроя. Заказчику переданы методики проведения юпытаний изделий, средства первичного оптоэлектронного преобразо-зания и обработки информации. В заводских условиях КПП смонтирован эпытно-промышленный стенд и проведены неразрушающие резонансные. юпытания натурных изделий по усовершенствованной и отработанной яетодике с использованием созданных автором способов и средств

контроля.

Отказ от разрушающих испытаний строительных изделий по ГОСТ 8829-85 к оценка их прочности, жесткости и трещиностойкости по динамическим параметрам .пяте экономический эффект от внедрения в суше 27,6 тис.руб. в год на одном предприятии.

Разработанные способы неразрушающего контроля и оценки качества изделий позволили обеспечить достаточную точность и достоверность • результатов резонансных испытаний, а также упростить и удешевить их проведение.

Средства, созданные для резонансных испытаний, позволили повысить чувствительность, разрешающую способность, помехозащищенность и динамический диапазон измерений перемещений (виброперемещений), авто матизировать процесс регистрации виброграмм колебаний и расчеты дина мических параметров и физико-механических характеристик контролируемы? изделий.

Результаты исследований использованы в учебном процессе СтавПИ при организации лабораторного практикума по курсу "Испытания конструкций и сооружений".

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докла дывались и обсуждались:

на краевом научно-техническом семинаре "Разработка и внедрение неразрушапцих методов контроля качества строительных материалов, изделий и конструкций", Ставрополь, 1982;

на 14, 16, 17, 18 и 19 научно-технических конференциях по итога НИР СтавПИ (1984, 1986, 1987, 1988, 1989 гг.);

на заседании секции неразрушающих методов контроля качества строительных материалов, изделий и конструкций Краевого отделения НТ Стройиндустрии СССР, Ставрополь (1982, 1985 гг.).

По теме диссертации опубликовано II печатных работ, получено 3 авторских свидетельства на изобретения и I положительное решение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 275 страницах, включает 41 иллюстрацию, 8 таблиц и 62 страницы приложений. Библиография включает 132 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, дана общая характеристика работы, сформулированы цель, задачи исследований и приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится обзор литературы по известным методам неразрушагацих испытаний, используемых в строительстве. Анализ рассмотренных методов показывает, что большинство из них позволяет лишь определять прочность бетона в отдельных точках строительных изделий. Ограниченность применения этих методов состоит в том, что они, за исключением резонансного метода, не пригодны для опенки прочности, жесткости и трещиностойкости в целом (интегрально) и в большинстве своем вообще не применимы для значительной группы сборных железобетонных изделий.

В практике натурных испытаний изделий из сборного железобетона наиболее реализуемым является резонансный метод в режиме свободных колебаний. Существуют две разновидности методического подхода к его использованию для оценки качества предварительно напряженных железобетонных изделий. Первая основана на определении начальной жесткости изделий по периодам их свободных колебаний (ЛенЗНИИЭП и Оргтех-строй Главзапстроя). Согласно второй - общая оценка трех предельных состояний готоеых серийно выпускаемых изделий, а также определение фактической величины предварительного напряжения арматуры в них могут быть осуществлены сравнением динамических параметров контролируемых и "эталонных" изделий такого же типа, для которых характе-

ристшси прочности, жесткости, трещиностойкости и величина предварительного напряжения арматуры заранее известны и соответствуют проекту или действующему стандарту (ТбилЗНИИЭП ГССР).

При использовании первой методики суждение о качестве по начальной жесткости не мовят гарантирогать надежность их в эксплуатации. Тем не менее эта методика широко применяется в промышленном производстве изделий из сборного железобетона.

. Резонансные испытания изделий по второй методике, дополнительно предусматривающей определение такого информативного параметра, как логарифмический декремент колебаний, не отличаются высокой точностью и достоверностью из-за несовершенства самой методики и средств контроля для ее реализации.

■ Используемые в разработанных Оргтехстроем Главзапстроя пропиленных стендах первичные преобразователи имеют ограниченный диапазон измерения амплитуд (до 1,0 мм), недостаточную чувствительность и помехозащищенность (за счет присутствия в регистрируемой информации нецелевых видов колебаний), требуют жесткий непосредственный контакт с изделием, а также допускают проведение только динамических градуировок во Есем измерительном диапазоне. Бее эти факторы принципиально не позволяет дополнительно использовать логарифмический декремент колебаний для оценки качества натурных изделий.

Данных о конкретных типах и характеристиках первичных преобразователей, применяемых в специальном стенде, реализующем второй вариант методики, в научной и справочной литературе не приводится.

Общими существенными недостатками, присущими этим стендам, являются использование возбудителей изгибных колебаний -с неконтролируемой энергией удара (толчка), отсутствие средств обработки информации.

Резонансный метод в режиме вынужденных колебаний в основном применяют в практике лабораторных испытаний для определения упругих и вязкопластических свойств образцов строительных материалов и моделей

изделий и крайне редко при проведении натурных испытаний. Модулемеры, применяемые в указанном методе, обладают общим недостатком - внесением значительных искажений в результаты резонансных испытаний за счет влияния собственной массы контактных измерительных преобразователей.

На основе анализа литературы, отражающей экспериментальную сторону резонансного метода, определены верхние границы частотного диапазона, которые, для строительных натурных изделий я образцов ограничены частотой изгибных колебаний соответственно 50 и 2С00 Ги. Амплитудный не диапазон для натурных объектов составляет 2-12 мм, а для образцов - 10-100' мкм.

Таким образом, дальнейшее развитие известных методик резонансных испытаний за счет разработки новых способов и средств неразрушающего контроля может обеспечить гарантированную оценку качества и надежности контролируемых изделий в целом, а также физико-механических свойств лабораторных образцов и моделей изделий.

Во второй главе на основе проведенного анализа существующих оп-тоэлектроннкх изделий дается обоснование необходимости создания измерительных преобразователей перемещений (виброперемещений) с использованием диодных оптопар инфракрасного (Ж) диапазона. Исходя из этого, автором разработаны конструкции сптоэле'ктронных преобразователей . (см.рис.1), общий конструктивный призчак которых состоит в исполнении их с одним подвижным модулирующим элементом в виде источника (приемника) излучения оптопары (ППОПЭ), просвечиваемой или отражающей фотоосновы (ППОМФ), а также их сочетания (комбинированная конструкция).

Принцип действия ППОПЭ состоит, е том, что при встречно-соосном перемещении подвижного излучающего элемента I относительно неподвижного фотоприемного 2 (или-наоборот) вдоль общей оптической оси происходит модуляция светового потока 3 посредством изменения телесного угла, попадающего на приемник излучения.

конструкций оптоалектронных преобразователей

Перемещение _

Ягх

Перемещение в

а - ППОПЭ; б - ППОМФ на просЬет; в - ППОМФ на отражение;

г - комбинированная

Рис Л

Модуляция светового потока 3 в 1(К производится за счет перемещения просвечиваемой или отражающей фотоосновы 4, закрепленной на контролируемой объекте, относительно неподвижных элементов I и 2 оптопарв.

В комбинированной конструкции преобразователя световой поток 3 от излучателя I, отраженный основой 5, модулируется фотоосновой 4, расположенной непосредственно на фотоокне приемника излучения 2.

Каждая из рассмотренных конструкций обладает определенными достоинствами и недостатками, анализ которых позволил дать рекомендации по их практическому применению.

Важнейшими характеристиками оптоэлектронных преобразователей являются коэффициент преобразования (Кцр- отношение величины фототока в мкА к величине перемещения в косм) и линейный измерительный диапазон (L). Для повышения КПр и расширения L предложены различные способы, наиболее существенный из которых заключается в применения импульсных (форсированных) режимов работы элементов оптопар. Так, при исследовании характеристик ППСПЭ, состоящего из излучающего диода (ИД) А1107Б и фотодиода ФД-24к, .в диапазоне токовой накачки издучателя ( 1Н ) - 0,1-2,5 А, значениях длительности импульсов ССц)" 10 мкс, частоты их следования (5С) - 50 Гц и обратного напряжения

- 28-160 В, прикладываемого к фотоприемнику (ФП) , удалось получить изменение КПр в пределах от 0,5-1,0 до 12-15 мкА/мкм и расширить L примерно с 6 до 18 мм. Полученные диапазоны изменения этих характеристик полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к резонансным испытаниям натурных изделий, моделей и образцов.

Применение импульсных режимов питания элементов оптопар показало на необходимость учета тепловыделения и изменения температурного режима ИД. Это обусловило потребность проведения исследований этих режимов при следующих значениях рабочих параметров оптопары: 1Н = 0,1-2,5 А; 10-1000 мкс; 51 = 50-2000 Гц; "1^=1006;

L = COftst . По результатам этих исследований с использованием промежуточных графических зависимостей 1фц (^и)» ^пр (^и) (где 1<рп - ток <Ш; ТГпр - прямое падение напряжения на ИД) и предложенной автором методики были построены изотермы fc = ¥ (^и ) (см.рис.2) для принятого верхнего значения температуры ИД +40°С, при которой чувствительность оптопары снижается на 3% относительно температуры +25°С.

Полученные изотермы дают возможность оптимизировать импульсные режимы работы элементов ППОПЭ относительно конкретного температурного режима работы излучателя и позволяют выработать рекомендации, каса-

0,3 А (1,71 Б)

0,2 Л (1,57 В)

0,1 А (1,39 В)

200 400 600 800 1000 ^и.мкс

Рис.2 Зависимость частоты следования импульсов от длительности их накачки при фиксированных значениях тока накачки излучателя ЛЛ107Б и прямого падения напряжения на нем

ющиеся правильного выбора его рабочих параметров. Это обеспечивает возможность существенного повышения чувствительности и расширения ди- • намического диапазона измерения перемещений разработанных в диссертации оптоэлектрокных преобразователей при сохранении стабильности их характеристик.

Для нахождения оптимальных условий и режимов работы ППОМФ иссле-доЕаны свойства фотоматериалов, даны рекомендации по их применению в качестве светомодулируацих элементов типа оптический клин. Необходимость таких исследований обусловливалась тем, что выполнение требований, касающихся одноосности и линейности измерений, простоты градуировки и др., обеспечгхавтся главным образом конструктивными особенностями и свойствами модулирующих элементов ППОМФ. Установлено, что наибольшей прозрачностью (91,3$) и динамическим диапазоном изменения модуляционного показателя (89,6%) в ИК области спектра обладает фотопленка типа "Микрат-300". При этом Еысокая линейность преобразования ФП (фотодиода ФД-24к) в диапазоне ослабления светового потока 0-160 раз и устранение влияния темнового тока ( 1у) на точность измерения фототока 1фр подтверждают достоверность результатов оценок свойств фотоматериалов.

В ходе проведения оценки метрологических характеристик ППОПЭ (ППОМФ) установлено, что систематическая и случайная погрешности соответственно не превышают 0,55/2'(1,0$) и 0,3% (0,3%). Определены конкретные значения точности 82,5 (81,3), разрешающей способности 189,8 (187,1) и нестабильности (не более 0,1% за 10 мин) этих преобразователей.

В третьей главе приводится описание различных способов совер-•шекствования существующих методик неразрушающих резонансных испытаний (ЛенЗНЕИЭП и Оргтехстроя Главзапстроя, ТбилЗНИИЭП ГССР) с применением разработанных.средств первичного преобразования: способ регистрации сложных колебаний и разделения их на компоненты; способ

равноэнергетического возбуждения изгибных колебаний в контролируемых изделиях, а также ноеых средств для обработки регистрируемой информации. Новый способ регистрации колебаний и разделения их на изгабные и крутильные компоненты состоит в выполнении следующих операций: устанавливают измерительныэ преобразователи в двух контрольных точках испытываемого изделия, лежащие на противоположных его сторонах в плоскости крутильных колебаний; производят возбуждение колебаний в изделии и регистрируют перемещения У^ и Уг (см.рис.З) в обеих контрольных точках; определяют положение оси крутильных колебаний (Л о ), из соотношения Л0 = У</( + У}); определяют амплитуду изгибных колебаний (I ), из соотношения В = у4Д у, * уг); определяют величины Уз и у^ , соответствующие отклонениям за счет влияния крутильных колебаний, из соотношений Уз = У<-(Уг- У()ЛУ<+ Уг); У<,= Уг'С «г-У|)/С- Уг )•

Этот способ дает возможность повысить точность опре-

Диагракыа распределения регистрируемых величин

деления динамических параметров, поеысить информативность о действительном напряженно-деформированном состоянии контролируемого изделия.

Необходимость разработки способа равнознергетяческого возбуждения колебаний Еызвана Рис.З недостатком применяемых до на-

стоящего Бремени методик испытаний, в основу которых положено равенство начальных отклонений (прогибов) в изделии или усилий, передаваемых ему. Такой подход приводит к неправильному учету степени диссипации колебательной энергии в бракованном и "эталонном" изделиях, что значительно влияет на расхождение их динамических параметров и, в первую очередь, логарифмического декремента колебаний. Как показал анализ многочислен-

иве экспериментов, этот параметр при несоблюдения условий равноэнергетического возбуждения не лежит в зоне стабильных величин.

Сущность способа равноэнергетического возбуждения колебаний замотается в необходимости соблюдения условия равенства колебательной энергии, передаваемой контролируемым изделиям одного типа. Выполнение этого условия достигается одновременным определением как предварительного прогиба, так .и усилия, необходимого для создания этого прогиба. При этом следует учитывать требования критериально-деформаци-знных границ для изделий конкретного типа: минимально допустимая энергия определяется величиной напряжений в изделии, которые должны 5ыть не менее 5% от расчетных; максимально допустимая энергия не юлжна приводить к трещиноообразованию.

Применение способа равноэнергетического возбуждения колебаний значительно повышает точность оценок контролируемых характеристик ка-зестЕа изделия за счет повышения достоверности в определении логарифмического декремента колебаний.

Существующий метод интегральной оценки качества и надежности 1редварительно напряженных железобетонных изделий очень трудоемок в звязи с необходимостью графического представления зависимостей (физико-механическая характеристика - динамический параметр) для данного типа изделий.

Анализ многочисленных экспериментальных испытаний показал, что основная частота изгибных колебаний изделия является наиболее информативным параметром его напряженно-деформированного состояния. В результате этого анализа удалось установить аналитические зависимости зсноеных контролируемых характеристик качества от частоты колебаний:

Н^-адз^тЖ-т.); (2)

(Ртр)с-(Ртр)з^-М5гз-тэ); (з)

Мс = Мэ52э-тэ/($с-тс). (4)

Здесь индекс "э" относится к физико-механическим характеристикам "эталонного" изделия, а "с" - серийного; Рф - предельная разрушающая нагрузка; \а/0 - максимальный прогиб; Р-ф - нагрузка, соответствующая определенной степени трещиностойкости; 21т - величина раскрытия трещины; 5 - частота колебаний; Ю - масса изделия.

Наличие этих зависимостей дало возможность разработать новый модифицированный метод контроля качества, позволяющий получать интегральные экспресс-оценки характеристик качества контролируемых изделий и автоматизировать процесс контроля путем использования нового микропроцессорного прибора. Это открывает возможности для осуществления сплошного контроля качества серийно выпускаемой продукции из сборного железобетона.

Функциональная схема прибора для интегральной оценки качества в составе комплекса вспомогательных устройств приведена на рис.4.

Как видно из рисунка, прибор работает следующим образом. По команде оператора с блока клавиатуры 4, сигнал, формируемый центральным процессором (ПП) 5, подается в блок аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2 и далее, после усиления, на устройство возбуждения колебаний 6, посредством которого в контролиру-• емом изделии возникают изгибные колебания. Механические колебания изделия преобразуются измерительным преобразователем 3 в эквивалентный электрический сигнал, посту-

Еис.4

пающий в блок АЦП для дальнейшего усиления и представления в цифровую форму. Полученная информация считывается процессором и заносится в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) блока Щ 5. В зависимости от режима работы прибора процессором производится программная обработка хранящейся в ОЗУ цифровой информации, ее анализ, расчет динамических параметров и контролируемых характеристик применительно к конкретному типу изделия и отображение виброграмм и результатов контроля Н2 экране видеомонитора 7. В случае использования принтера 8 осуществляется распечатка протокола резонансных испытаний. Питание всех блоков и преобразователя 3 производится от блока питания I.

Для обработки регистрируемой информации, поступающей с первичных преобразователей, и повышения точности определения динамических параметров автором разработаны: электронные схемы синхронных детекторов и конструкции специализированных модулирующих элементов ППС:.';£. Детектирующие средства осуществляют дЕухполупериодное выпрямление колебательного процесса, внося малые нелинейные искажения, и за счет этого позволяют произвести усреднение записи огибающей виброграмм колебаний, увеличить их масштаб, расширить динамический диапазон измерений, повысив их точность и разрешающую способность, снизить инерционные погрешности, вносимые сглаживающими элементами,.

Характерной особенностью синхронных детекторов является их исполнение на основе двойных оппозитных ключей (четырехканального цифрового и аналогового коммутатора); электронные схемы детекторов частотно независимы во всем диапазоне резонансных испытаний.

Детектирующие плоские модулирующие элементы на просвечиваемой (рис.5,а) или отражающей (рис.5,б) основе выполняют в Еиде оптических клиньев I, имеющих в нейтральной зоне 2 максимум Ш: минимум модуляционного показателя, монотонно изменяющегося е противоположные стороны от нейтрала.

Цилиндрические модулирующие элементы изготавливают с применением

Детектирующие модулирующие элементы ППОМФ

Рис. 5

оптических клиньев на гибкой основе, путем сворачивания ее в цилиндр Применение специализированных модулирующих элементов ШШФ дает возможность осуществить оптическое детектирование и измерение угловых перемещений непосредственно на стадии первичного преобразования, упростить и удешевить электронные устройства обработки информации.

В четвертой главе рассмотрены вопросы практической реализации резонансного метода неразрушающих испытаний предварительно напряженных железобетонных панелей перекрытий с использованием известной методики (ТбилЗНИИЭП ГССР) и предложенного в диссертации модифицированного метода получения экспресс-оценок качества изделий с использованием разработанных способов и средств контроля.

Сопоставление результатов испытаний показало, что оба метода удовлетворительно согласуются между собой. Однако за счет разделения регистрируемых колебаний на изгибные и крутильные компоненты, выполнения условий равноэнергетического возбуждения колебаний, использования способа дополнительного пригружения, результаты, полученные с помощью модифицированного метода е большей степени соответствовали действительным физико-механическим характеристикам качества контролируемых изделий, полученных путем проведения разрушающих испытаний этих же изделий по ГОСТ 8829-85. Отклонения контролируемых характеристик прочности, жесткости и трещиностойкости от действительных

значений не превышали

В процессе экспериментов были выработаны методические рекомендации по реализации способа раЕНОэнергетического возбуждения колебаний применительно к случаю ударного воздействия, который заключается в необходимости определения для каждого типа изделий коэффициента передачи энергии от ударника к объекту контроля. Внедрение этого способа позволило получать более стабильные значения логарифмического декремента колебаний и поэтому дало возможность осуществлять оценку характеристик трех предельных состояний изделий дополнительно по этому динамическому параметру.

Для панелей, имеющих дефекты неплоскостности нижней грани , с целью уменьшения влияния крутильных колебаний предложен и апробирован ноеый способ дополнительного пригружения контролируемых изделий равномерно распределенной нагрузкой, не вызывающей пластических деформаций и трещинообразования в их сечениях. При этом пересчет основной частоты колебаний ( 5КИ) изделия для условия ненагруженного состояния производят по формуле

ут^р/Р; , (5)

где - частота изделия с учетом действия дополнительного груза Р ;

Ро - собственный Еес испытываемого изделия.

Этот способ целесообразно использовать даже для изделий, не имеющих явно выраженных дефектов для уточнения их частоты колебаний без нагрузки..

При проведении неразрушающих резонансных испытаний выявлены особенности применения импульсных форсированных режимов работы первичных эптоэлектронных преобразователей применительно к случаям возбуждения свободных и вынужденных колебаний в объектах контроля. Эти особенности состоят в том, что при регистрации колебаний натурных изделий'исг пользуют низкую частоту следования (до 50 Гц) и высокую скважность импульсов токоеой накачки излучателя. При испытании же образцов и мо-

делей, наоборот, используют высокую частоту следования (до 2000 Гц) и малую скважность этих импульсов.

Для применения импульсных режимов работы преобразователей рекомендованы технические средства реализации режимов свободных и вынужденных колебаний резонансных испытаний и характерных случаев осуществления синхронизации импульсов накачки ИД к экстремумам регистрируемых колебаний.

В приложениях приведены: результаты экспериментальных исследований зависимости ЯГ^ ССЙ ), линейности преобразования фотодиода ФД-24к и измерения I х ; методика построения изотерм 5с ; перечень элементов к широкополосному измерителю перемещений; программа, обеспечивающая работу микропроцессорного прибора; справки о внедрении результатов работы в производство и в учебный процесс; расчет годового экономического эффекта; рассмотрены вопросы метрологического обеспечении оптоэлектронных преобразователей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

В диссертации приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований методов и средств контроля, комплексное применение которых позволяет повысить точность и достоверность неразрушающих резонансных испытаний строительных изделий и образцов. Обобщая эти результаты, можно сделать следующие еыводы:

1. Разработан способ регистрации сложных колебаний и разделения их на компоненты, позволяющий при проведении неразрушающих резонансных испытаний за счет раздельной регистрации изгибных и крутильных колебаний поеысить точность определения динамических параметров и информативность о действительном напрякенно-деформироЕглном состоянии контролируемого изделия.

2. Проведены теоретические исследования по учету влияния энергетических условий возбуждения колебаний в контролируемых изделиях и

образцах на величину логарифмического декремента колебаний. Разработан способ неразрушающего контроля качества, позволяющий осуществить учет степени диссипации колебательной энергии, вводимой в однотипные объекты контроля и обеспечивающий выполнение условий идентичности их резонансных испытаний, что гарантирует точность и стабильность получения энергосвязанного параметра.

3. Разработаны оптоэлектронные измерительные преобразователи перемещений (виброперемещений), отвечающие требованиям неразрушающих резонансных испытаний строительных изделий и -образце«, и на примере конструкций ППОПЭ и ППОМФ исследованы их характеристики. Перспективным является использование.импульсных форсированных релип.хв работы элементов диодных оптопар п результатов оптимизации этих режимов, позволяющих существенно поеысить чувствительность и расширить динамический диапазон измерения перемещений (до величин, определяемых конкретными конструкциями преобразователей, составом и рабочими режимами их элементов) и тем самым осуществить регистрацию fio всем диапазоне амплитуд свободных (2-12 мл) и вынужденных (10-100 мкм) колебаний объектов контроля.

4. Предложены практические рекомендации по получению и применению модулирующих элементов 1Ш0Ж, обеспечивающих универсальность использования такой конструкции возможностью выполнения фотооснов с требуемыми диапазоном (определяемым реальными значениями амплитуд колебаний объектов контроля) и законом изменения модуляционного показателя.

5. Разработан способ интегральцой оценки качества предварительно напряженных железобетонных изделий, позволяющий в отличие от известных оценивать с использованием предложенных расчетных формул характеристики прочности, жесткости и трещиностойкости по основной частоте колебаний, определяемой для каждого испытываемого изделия. Для реализации этого способа создан микропроцессорный прибор, пред-

назначенный для осуществления сплошного автоматизированного неразру-шавдего контроля качества серийно выпускаемых изделий.

6. Разработаны и созданы средства для обработки информации о параметрах колебаний контролируемых объектов. Предложенные средства для детектирования и записи колебаний позволяют контрастировать наличие асимметричных режимов колебаний, осуществлять усреднение записи сгибающей виброграмм колебаний при производстве экспресс-оценок качества изделий, вдвое расширить динамический диапазон измерений, повысив их точность и разрешающую способность.

7. Проведены экспериментальные резонансные испытания панелей перекрытий с использованием разработанных методов и средств неразру-шающего контроля. Анализ результатов динамических испытаний дает хорошее согласование с результата™ статических испытаний по ГОСТ 8829-85. Отклонения контролируемых характеристик, полученных с поморью нового способа интегральной оценки качества, от действительных значений не превышали &%.

8. Для повышения точности оценки и стабильности получения значе ний частот колебаний контролируемых объектов целесообразно осуществлять догружение последних равномерно распределенной нагрузкой, не вызывающей пластических деформаций и трещинообразования е их сечения

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Слюсарев Г.Б. Некоторые особенности использования оптоэлект-ронной пары Ж диапазона для измерения перемещений. - Ставрополь, 1985. - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 27.03.86, & 2Ю4-В86.

2. Слюсарев Г.В. К вопросу измерения перемещений диодными опто-парами при различных режимах работы излучающего и фотоприемного элементов. - Ставрополь, 1986. - 32 с. - Деп. в ЦНИИТЭИприборостроения 30.06.86, № 3369-пр.

3. Слюсарев Г.В., Дерябин В.А. Снижение рабочей температуры из-

лучателя измерительного датчика фотоэлектрического устройства. -Ставрополь, 1984. - 10 с. - Деп. в ПШИТЭИприборостроекия 25.06.85, № 266Э-пр.

4. Коробко В.И., Крылович В.И., Слюсарев Г.В. Исследование свойств элементов оптспары, оптигазация режимов работы последних и устройства формирования импульсов тока накачки на предмет существенного повышения чувствительности и расширения динамического диапазона измерений. '- Ставрополь, 1986. - 61 с. - Деп. в ЦНИИТЭИприборо-зтроения 29.12.86, J6 3615-пр.

5. Коробко В.И., Слюсарев Г.В. Фотоматериалы как основа для получения оптических клиньев - элементов пергичных преобразователей черемещений (виброперемещений) и рекомендации по применению. - Ставрополь, 1986. - 25 е.- Деп. в ЦНИИТЭИприборостроения 20.ГО.87,

« 3959-пр. .

6. Разработка методики неразрутающего динамического экспресс-контроля качества панелей перекрытий: Отчет о HliP /ВНТИпентр; Руководитель В.И.Коробко. - С-52/2; № ГР 0188. 0048334;

'нв. й 0289.0054260. - М. , 1989. - 59 с.'

7. A.c. JS I5IC800 СССР, !.i. Кл? G 01 Н 17/00. Способ регистрации колебаний и разделения их на компоненты /В Л.Коробко, Г.В.Слюсарев; Зпубл. 23.10.89, Бюл. 1% 39. - 5 с.

£. Коробко В.И., КрылоЕич В.И. , Слюсарев Г.В. Широкополосный измеритель перемещений. - Ставрополь, 1986. - 27 с. - Деп. е ШИТЭИприборостроения 20.10.86, .'г 3531-пр.

9. Внедрение опытно-промышленного стенда и методики по опреде-тению несущей способности и трещиностойкости сборных изгибаемых железобетонных конструкций на основе данных комплексного неразрушаю-iero контроля: Отчет о НИР / ВНТИцентр; Руководитель В.И.Коробко. -1-75/3; JS Г? 0187.0023868; Инв. 11 С288.0039723. - М., 1988. - 32 с.

10. Слюсарев Г.В. Синхронный детектор. - Ставрополь, 1988. -

13 с. - Деп. в ЦШИТЭИприборостроения Г7.06.88, № 4227-пр.

11. A.c. & I6I3902 СССР, М. Кл.4 G 01 М 7/00. Способ определения собственных частот изгибных колебаний элементов конструкций на стенде / В.И.Коробко, Н.Д.Идрисов, Г^В.Слюсарев; Опубл. 15.12.90,

Бш. № 46. - 2 с.

12. A.c. № 1640595 СССР, М. Кл? G 01N3/32. Способ контроля жесткости на изгиб железобетонных элементов / В.И.Коробко, Н.Д.Ид-рисов, Г.В.Слшсарев, А.Н.Хусточкин; Опубл. 07.04.91, Бюл. И 13. - Зс.

13. Положительное решение по заявке tö 4697048/28 от 29.11.89; СССР М.Кл^ G 01N3/32. Способ контроля несущей способности при изгибе железобетонного элемента /В.И.-Коробко, Н.Д.Идрисов, Г.В.Слюсарев, А.Н.Хусточкин; Заяв. 24.05.89.

14. Коробко В.И., Идрисов Н.Д., Слюсарев Г.В. Интегральная оценка качества предварительно напряженных плит перекрытий вибрационным методом // Изв. вузов. Строительство и архитектура, 1990. -

№ 6. - С.104-107.

15. Разработка и изготовление прибора для экспресс-контроля качества предварительно напряженных железобетонных плит перекрытий: Отчет о НИР /ВНТИцентр; Руководитель В.И.Коробко. - С-52/3;

№ ГР 0191.0009461; Инв. ii 0291.0014952. - М., 1991. - 46 с.