автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Развитие методов активной тепловой дэфектоскопии элементов конструкций авиационной техники.

ЩЖНЛРОДНИЙ

УН1ВЕРСИТЕТ

ЦИВ1ЛБН01 АВ1АД1! На правах рукопиоу

Протасов Анатол1й Георг¡йович

РОЗВИТОК МЕТОДIВ ЛКТИВН01 ТЕШЮВ01 ДЕФЕКТОСКОП!I ЕЛЕМЕНТ1В КОНСТРУКЦ1Й АВ1АЦ1ЙН01 ТЕХШКИ

Спец1альност1: 05.22.14 - "Експлуатац1я пов!тряного . транспорту", 05Л 1.13- "Придали 1 методи контролю та захиету иавгсолишнього середовища, речовин, матер!ал1в та вироб1в"

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацн ка здобуття наукового ступени кандидата техШчних паук

Ки!в - 1995

РоСотою е рукопис

Роботу виконано на кафедр! Прилад1в та систеы но-руйн!вного контролю ¡Швського пол1техн1чного Шституту

Науковий кер1вник - доктор техн1чних наук, професор

Маевський С. М. Консультант - кандидат техн1чних наук, доцент Сине глазов В. М.

Оф1ц1йн1 олсненти - доктор техШчних наук, професор . Ветров Л. м. кандидат техи1чних наук, професор Чигринець А. Д.

Пров! дна орган!защя - АНТ К 1м. О. К Антонова

Эахист в!дбудеться 1995р.

о_год_хв. в конференц зал1, на зас1данн1 спец1ал1зовшю1

Ради Д01.35.04 при Кшвськаму м1мародному ушверситет! цнв!льно$ ав!ацП за адресов: 252058, Шпа~Б8,. пр. Космонавта Комарова, 1

3 дисертаЩею дажна ознайомитиоя в ОЮлЮтец! 1иституту Автореферат розЮланий ¿Р^аИ/^ 1095р.

Вчений секретар спец1ад1зовано1 Ради, доктор техн1чних наук ¡^/¿¿¿Ц. М. С. Кулик

1. АНОТЛЩЯ

В дисертац1йн!й робот! рсзглянуто питания' д1агностування активними . тепловими методами композит йнкх матер! ал ¡в (К),0, , як! використовуються у ав!ал!йн1й техн!ць

1.1. Ыета юботи

КЕТОЮ дисертаЩйно! роботи е п1двищ.ення ефективност1 метод!в та оасоб1в д1агностування ав!ац!йних ыатер1ал1в та елеметпв конструкций пов1тряних суден на основ! теоретичного та экспериментального досл1дження нетод1в активного теплового неруйн!вного контролю ( АТНК). '

1.2. Для досягнення поставлено! мети у дисератцШПй робот! поставлено так! ЗАЛАЧ1:

- доел^джекня гохливостей контактних метод!в АТНК на !м!тац1йн1й . кодел!, эдекватн!й реалъним сб'ектам контролю з дефектами та

експериментальне досл!днйння на цих об'ектах;

- розробка нових, б^дьи точних метод!в визначення параметр!в дефект!в;

- практична реал!зац1я отримаяих результата дссл!джень в аппаратур! АТНК;

- Епровад.тання у . вкробництво основних результат!в' наукових досл!джнь для д1агностування елемент!в конструкц1й аз!ац!йно! тех-н!ки, вироблени:: з композит йних матер!ал!в. ' •

1.3. На захист винссяться таш ОСНОВН1 ПОЛОЖЕНИЯ:

1. ¡¿етоди .визначення геометричних параметр!в дефект!в у КМ, засновал! на ,використанн1 двуступенево! процедури оптим!зад11 прй IX прямокутнЫ схематкзаци.

2. Методика'визначення геометр):чних лараметр!в дефегепв у КМ, эаснована на бзгатовп!лрн1й апроксимац11' при 1'х прямокутШй схема-тизацП.

3. Структурна схема дефектоскопу контактного типу з багатоеле-Ь'ентннм тепгоЕнм зондом, ко дозволяв п!двквдти ефэкиншсть та в!рог!дн1сть контролю, а тако.г. визначати параметра дефектов.

4. Програ).яе забезпечення,' реал!зуюче р!сеняя пряиих та зеорот-н!х задач, як1 дозволяоть опткмзувати дефектоскоп:;, що проектують-ся, а такок лроводкти досл!дження 1х експлуатац1йшгх властивсстей.

2. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЕРТАЦ1ЙН01 РОБОТИ - 2.1. АктуалыНсть роботи

Анал!з розвитку зз1ац!йко1 технпш показуе, що перспективи П удосконалення , пов'ззаа1 з ; Еикористанням нових конструкц1йних ма-

...../' ''

тер!ал!в, в тому пиел! композиц! йних. Замена традиЩйких матер1ал!в на KM в основких деталях га вузлах л1так1в приводить до зниженкя 1х маси на 20Х - 40Z, зб1лывенню ix ресурсу в 1.5 - 2 рази. Достоинством цих MaiepianiB, н;о визначае економ1чну ефективн!сть 1х використачня, е зюгеекня трудом!ctkocti вкготсвлення агрегатiв в результат! з.меншення к!лькост! комплекгуючих деталей.

Одна":, вироОи з КМ в процес! експлуатащ1 п^лягаоть комб!нова-ному впливу температуря та вологост! кавколишяього середовкда, ср пог!ршуе i'x несучу спромояя!сть. Шд вшивом термомехшпчяих наван-тачень В1дбуааетьоя стар1ння та деструкция пол1мерио1 матриц! КМ, цо веде до утворения р!зломая!тккх дефект1в. Деяк! з них носить кебез-печний характер, налркклад, тр1ц1ни базових элемент¡в планеру л!та-ка, TpintfHir на дисках турб1н аз!адвигун!в I т. 1.

Враховуючи, Ер конструкций! матер!али несуть извне силоне на- ■ вантаяення, на ix над!йн!еть та м!цн!сть накладакяься Шдвщзн! ви-моги. Тому актуальною задачею е пошук ефэктивних ыетод!в контролю 1'х якост!, кр дозволяють знайти .прихован! дефекта та оц!нити i'x пара-метри для визначення отменю небезпечност!.

Традиц!йн! методк неруйпвного контролю , часто не дахтгь за-дов!дьних результата для нових матер1ал!в. ,Одним з перспеетивних метод1в е АТНК (ГОСТ 4177 - 85).

Переваги ATHF. перед . 1ншши методами п1дтвердхзн1 великою к!льк!стк? проведения дэсл1джнь, це: !нформативн!сть, швздкЮгь, метод мае в!дносно просту "апаратну реал1зац1ю.

. В той хз час р!вень практично! реал!зацП потенЩйних досто'!нств АТНК в1дносно низький: ганузь його ааотосування на вироб-ництв! та в'.наукових досл!джзннях значко менша, и1зк у 1нших б!дьш в!домих метод!в. Акал1з причин ц!е! нев!дпов!диост1, проведений в дисертацП, показав необх1дн1сть б!лыл глибоких ' теоретичних та експеримеитальних досл1джень у uift гаяуз!, пов'язаних з подальииы розвитком АТНК.

2.2. Ызтоди досл1дкення

Шд час вир^ення поставлених у робот! теоретичних та практич-них задач використано методи чисельного моделювання, оптим1зацП та обчислювально! математики. Експериментальн! досл1дження прбводи-лися на сучаеному обладнанн!, вкиочаши теплов1зор ТБ-03.

Обробка результатов моделювання та експерименту проводклпь 'з використанняы метод!в математично! статистики.

2.3. Каукова новизна

1. Досл1длено ютнтактний метод АТШ композит йних мзтер)ал!в на запропонован1й н,Итац1йн1й модел 1, щэ враховуе 1'х осо6лиеост1.

2. Эапропсноваяо контактнкй метод контролю КМ, що дозволяв спростити операцш контролю, виклвчивши з не! використаяня -еталснних зразк1Е.

3. Запропоновано метод визначелня параметр!в дефект1в, цо засно-ванкй на використана алгоритм багатовжЛршл апроксимаШ1.

4. Розроблено та досл:дхено захиг;ений авторським св^доцтвом новяй способ зизначенкя параметр 1з дефект¡в, щр заснований на використажп двохступенево! процедур:: оптим!зацН.

5. Розробленз методика лГдвэдэяня точности оШковання параметр! в дефект1в,яка внкоркстовуе метод наймзнпих квадрат!в з регуляризацию

. в сполученн! з методом конф1гурац1й, та дозволяв вкзначати парамет-•ри дефект!в з похибкога, цо не перэвищуе 10% - 20%.

5. Розроблено дефектоскоп з багзтоелемектккм тепловнм зондом, я кий дозволяе шдекцити ефзкт:ш1сть контролю, та захищений авторським ев! доцтвсм.

2.4. Пракияка щшпсть результат!в роботи

У дисертац!йн1й робот: здобувачем отрима:п так! важна! прак-тичн! результат!!.

1. Розроблэний теплоЕий дефектоскоп, який забезпечуе пгдеиеэнпя доотов1рност1 виявлення у КМ дефект: в та обчиелеккя 1'х геометркчнпх розм!р!в.

2. Розроблен! нов! методик: оц1нки геометричних параметр! в де-фзкт1в,як1 дозволяють шдвищити ефективгисть контролю.

3. Розроблено пакет прикладных програм, як! дозволякпъ оптим1зу-вати теплов! дефектосгапп, цэ проектуиться, а такоя досл1д;5узати 1'х експлуатац1йн! властивост!.

2.5. Реал1зац1я результат 1в роботи

Результат:: , дисертаЩйно! работи впровад.-йш на:

завод! N 410 1г5ЦА - у вигляд! методики контроля процес!в в!днов-лення к1лець комяресор1в ав:ац!йних двигун!в;.

- Таганрогському АНГК !м. Г.Ц.Бер1ева- у вигляд! дефектоскопу ' для контролю якост1 вироб1в 1з КМ

Науков! положили та висновки роботи використовуються у:

- й:1'всь:юму пол!техн!чному 1нст:ггут1 в учбовому процес1;

- НД1 електромехан!кл - для розробки технологи з'еднання еле-мент1в з КМ.

2.6. Апробац1я роботи га пуйя1кздН

Матер1али дисертацШю! роботи допов1дались та оСговорювались на 5 всесоюзних та республ1каиських конференЩях., Результати роботи опубл!кован1 у 17 друкованих-роботах, у тому числ1 в монографП "Активная тепловая интроскопия", у журналу НАН Укра1ни "Техническая диагностик и неразрушающий контроль" та журналу АН Рос!Г "Дефектоскопия",-у сб]рнжах наукових яраць та б авторськ]х св1доцгвах.

2.7. Структура та розм1р роботи

Дисертац1йна робота складаеться з вступу, чотирьох розд1л1в, висновку, перел!ку лИератури та додатку. Осиовний И текст йикладе-цо на 186 машинописних стор1нках, ¡люстровано 40 ' иалюнками та 5 таблицами на 44 стор)нках. Список цитованоЗ л!тератури мЮтить 104 назви.

3. ОСНОВШ ЗМ1СТ РОБОТИ ,

У ЕступШй частин1 роботи обгрунтовуеться актуальнЮть теш, щр стала предметом досл!Д®знь, показана перевага КМ перед традиц!йниш ыатер]алами, наведен} приклади 1х виксристаш;я,в ав1ац1йн1й техн1Щ.

У першоыу' роздШ приводяться особливос?1 використшшя компо-зиц1йних матер1алШ у ав!ац1йн1й техн!ц1, показан1 причини виникнен-н,я дефект1в у конструкциях з - КМ в процес! ексялуатацП л^аяьних ш:арат1в.

В1дзначаеться особлива, роль метод!в неруйШвного контролю при оц1нц1 стану них конструкц1й.

Обгрунтовуеться перспективность . використання для ав1ац1йно! технпм ыетчд1в активного теплового неЬуйн!вного контролю, ЯК1 модуть бути використан1 такох для контролю якост1 уЩшззальних ыатер1ал1в.

У розд!л! зроблено огляд роб1т, як1 присвячеШ теоретичному та експериментальному досл!дгюнкю. иетод!в АТНК.

Анал1з розглянутих роб1т локаэуе, ¡цо ыехан!зм безконтактних ыо-тод1в вивчено досить глибоко, теоретичя1'' та експерикентальн1 досл!дження дозволять визначити його граничн1 кояливосИ. Проблемам контактних метод1в АТНК присвячена значло ыенша~к1льк1сть роб1т, в основному . вони носят експерименталышй характер. Недол1ком цих метод ¡в е низька продуктивн1сть..

Однак, пор!вняння цих двох груп датод1в контролю доэволяе зро-бити вис ювок, що для елемент1в л!талЬних апарат1в, вироблених з КМ, використання контатних метод1в мае перевагу.

Д1 методи е б1льи в!рог1дними, тому шр тут виключено вплив таких

4

фактор 1 в як нер!вном!рн!сть гаефЩ1енту випромпповання поверхн! об'окту, колизэння температуря назколиснього середовища, иаявн!сть зовн!сн!х джрел випромШовання та т.п.

В!дм1чаеться, цр у зал<мгност1 в!д поставлено! перед АТНК мети зир1Еапьп1 задач! шяуть бути клаеиф!кован! як прям1 та зворотн1. Р1Е81ШЯ прямо! задач! ЛТКК зкаходптьоя-у визначенн! температурного поля на псзерхн1 об'екту, винесешп як1стко! оцша його структури по прост!рночасовкм параметрам цього поля та прийняття вксновку про каявШсть або В1дсутн1сть дефекту. Р1кення зворотньо! 'задач! АТНК дозволяй дати к!лыс1сну оцш:у внявлепому дефекту - вкзпачити його параметр::.

1снуач1 зараз ¡;етоди визначення характеристик дефект 1 в не забезпечуять пстр!С:ю! точнсс?1, !х реал!зац1я доесть трудом! стка.

У другому роздШ влкяэден! теоретичШ та експерименталып результата доел!дань контатаяих метод! в д1агностузання КМ Теореткчн1 доел! доения проводились па заиропононаяШ автором 1м1тац1йн1й иоде л 1 процесу АТНК.

Процес п?-гр1йаш-:я теяловям зондом об'екту контроля . з ноод-норхдШстп ;,!о.т-е Оутн описаний двоШрннм нестаЩспарним р1вня1пгпп теп.чопрзв!кноот!:

■(V

Туг X , у - поточи координата; Су - об'емяа теплое;,спсть; ..Лу - таеф1ц1ект:5 тсллопров1дпсст1 у цапрямку осей X та у в1дпов!дно; Т - пуиана температура; Ь - час.

Теплообм1п пов-эрхп! снотеш! з ¡!?лкожп!м серздовгазрм списуетъся заколом Ныгспа (гра:шчя1 умовн 3-го роду).

В початкозкй комзнт часу (t - 0) тепловкй зонд мае температуру на 20- 40° С ви?у за об'ект контролю.

Тепловий пстзк, с,о надходкть в материал через коктаотну поверх-нга, кожо бути в!гзначениД за формулою:

■■ !(Ш-ут(Лу+уг-^-^). са ^

де Щ- коеФШЮнт температуропров1дкост!. Тод1, електр:гап!й сигнал, со вюаиканкй проходжнням теплового потоку' через чутливий елемент, пропори!йний !нтегрзльному значению пото!су по ус!Я поверх;:! контакту :

m = i-f\(t,y)dx + £(t). (3)

й

Тут Xt' та Х2 - мола поверхнi контакту по oci X ; К - коеф1ц!ент перетЕорення чутдивого елементу; Sit)- куци, цо викликан1 випадковими змшамк ьчтенсивкост! нагреву об'екту, нер1вком1рн!стю поверхн1 об'екту, випадковими зм1на!.м теплоф!зичккх характеристик (ТОХ) материалу об'екту i т. i.

Чисельна реал1зад1я запропоновано! математично! ).:одел! була зд1йснена методом ск!нчених елемент1в, який е одним з основнкх методов члсельного розв'язанкя р^внянь теплопроводное?! АТНК

Автором розробдена програма розрахунку на ЕОМ тешературнкх пол!е е дефектних структуре«, " яка призначена для розв'язання ДЕом1рш:х задач теплопров1Дноет1 в багатозв'язанкх областях складно! кснф!гургцп. При цьо.чу передбачена мотив 1сть роэв'язанпя стац!онарних .а кестаЩонарних задач в лпийн!й та нелШйн1й постанова!. Для розв'язшшя келШйних стаЩонарних задач викорнстанкй 1терац1йний алгоритм, неетащонарлкх - без!тераци"шкй.

Для проведения експернмэктальних досл1джнь буди використак!' зразки з вуглепластик!в типу КЫУ-1, К.\!У-2Д, . КЫУ-4 та бороалжмШю ВКА-1.

Автором був досл^джний "в1дносний" метод контроля, механ1зы акого полягае в вж.прювашп спочатку температурного в!дГуку на по-верхн! еталонного зразку, а пот in - на поверх;!! об'екту, ар контро-лхзеться Шнцевий результат д1агностуЕання отримують шшхом пор!в-няння двох попередн!х.

Був Д0?л1Джений вплив параштр!в дефектin та температур« теплового зонду ка чутливЗсть методу. Для вуглеплаетик!в мШмальяий дефект, цо може бути виявлений при температур! теплового зонду Т- 60 С мае розШри глкбина' залягання h - 0.5 ш, розкриття 8 - 0.5 мм, характерна довжина S - 3-4 мм. ,

Доел1дкено вплив нер!вном!рноет! теплового поля поверхШ зонду та флуктуацП ТФХ об'екту на результата контролю. В!дхилення значения коефщ!енту теплопров!дност1 матер1алу об'екту на 1~-20Х*викликае зменьшення електричного сигналу теплом!ра на 7-8 мВ, по може бути !нтерпретоЕане як дефект внут; .'шьо! структури (Рис.1).

Анад!з резудътат!в досд1до®нь показуе, ' що ефект№н1сть "BiÄKOci.orD" методу залежить в!д !дентичноет1 умов' контролю для ета-дону та xuipböy. При реадьних умзвах екеплуатац! 5 ав!ац!йно! техн!ки

б

додерхуватись цьсго духе складно. Е,М fir

Калртслад, змша ТФХ КМ, яка не е

55 50 .45 ад

35

———

-

г

/

V

tc

'1 2 рио.1 3 Г

Вллиз зм1ки ТфХ вуглепластмса К1£У--1 на розвиток сигналу теплом ipa.1 - Л - 0,52 Вг/мК; 2 - Л(-ю»-0'468 йг/мК; 3 - Л f-;5%)- 0,442 Вт/мК; 4 - Л(-го%)- Вг/мК.

дефектом Енутр1пньо1 структури, мота дссягати 30%. Ось чому вико-ркстання "выносного" методу обмзжно.

3 метоп тдвищення ефэктизкост! контактних мэтод)з Д1агнссту-ванна, автором запропсновано "абсожгнк;1:" метод, який зиключзз вим> ристания етадокпого зразка. Внсновки про каявшсть дефекту у цьому зипадку робляться Т1льш1 за результатами гжирювання температурного в1дгуку на позерхн! об* екту. Метод реая!зуеться за допомсгса ■багатсэ-лементного теплового зонду, ср склздаеться з даилькох, не зз'язгякх mi::: ссбоя чутливих елемент1в.

Оцшка EKocii д!лянкн в пробу, г,о контролзеться, виконуеться за величиною в1дноиення електричкого сигналу - го элементу до еталон-ного сигналу:

ЪСд Ра ZtllCulfiul

ЛдСэРд. + ^ ^ufiuiPui

(4)

деЛщ, CU(, flui ~ ТФХ д1лянки виробу, щэ зпаходэться в зон1 д11 i - го чутливого елементу; Лд; Сд, fig - ТФХ чутливих елемзнт1в.

Запропоповачий метод було досл1д*эно на 1м1тац1йн1й модел1 для двох- та трьохелементпого теплового зонду. Розглянуто вплив розм1р1в дефект 1 в на величину електр:иного сигналу кожного з чутливих еле-

шнт1в.

Показано, щэ дефект, розташований у зон1 д!5 одного з чутливих елемешв, не впливае на р1веш> елоктричяого сигналу сус!дньго елементу 1 цей сигнал могя бути прийнятий за еталонний.

Шдтверджна ефектизгпсть виявлен.чя дефект ¡в у км, пезалежно в!д ах розташування в!дносно чутливих елемент!в (рис.2).

Е,Мй 55 45 35 25 15

Рис. г

..........1. .............1...................

\

\ ч

\

20

35

50 мм

В1дноснэ розташувшшя дефекту у нуглея-растику КМУ-2Л

та 3-х елементного зонду (а) ) теоретичн! .залемюст! ЕРС еле!,!ект1в В1Д параметру 5 .

У третьому ройдШ приведен! методи визначення параметр!в дефектов у КМ, эаововая1 на р1шш! зворотньо! 'задач! тепхоп-ров1дност1.

Запропоновано р1кння зворотпьо! задач! (33) теплового веруй-Швного контролю з використанням алгоритму -багатовщ.прно! апрокси-мацП. 1

Об'ект контролю це пластина М, з пеод«ор1ди!сть» ¡.12, яка мае е!дм!нн! в!д основного матер!аду ТФХ (рис.3). Процес нагр1ваиня описуеться двокирням нестац1онарни;.1 р1енлнеям теплопров!дност! (1) веере дин! областей М, та М2.

На шках областей Ы та М мае Шсце умова теры!чного спряжп-"пя. На поверхню у - ¿/¿впливае дкерело нагреву. На поверхн! X - О,А' -- Х3, у - 0 мае шеце теплообм!н з навколиин!м середов..г;ем по закону Ньютона. У початковий момент часу температура пластини дор!внюе температур! навколишнього середох да.

Для розв'язання зворотньо! задач! введено функц!онал:

(и.д^еы,

1=1

(5)

де£/(£г, X , Уз ) - р1и9ння задач! (1) з характеристиками дефекту ф, 5, 5 ); ,/ - к1льк!сть вим1рюзаш>; I --номер вим!рюваши; IV -область гМиэтт Ь, 5 , 5; 7 -температура, що отркмана иляхом вим!ргаатшя на поверхн! у - у^ у момент часу t^.

Рно. 3

Перэр1з пластини з дефектом Розглядаетьсл задача отримзння аная!тичпого виразу таблично завдано! багатов1!м1рно! зале;-жост! температурного контрасту Г- /7 , 0, в ) (Л значень/?, 53 значень 0, /? значень 5, I)-КЯЯ значень Т) при завдан!й допустимей похкбц! апроксимацП. Сек1льки структура н!н1].1ально1 складность Лнгд!тичний вираз нед!п1йно1 залеглюст1 от-римуеться шгяхом визначешга частних регрееШ по шжя1Я зм1ип!й та пастушюю IX ко!.!лозиц!ею.

Як апроксимтзч! ОункцП розглядаяться-пол1номп Чебииева та сту-пекев! полПюма з в!д?ешини ступенями. Структура апроксимуючих Фушц1й вибнраеться пляхом перебору р!зних струетур виду

6 = (6) 1'ь 1

де отупев 1 змИшо! отринан! еляхом перебору ус!х мояливих сполучень по р з наступили 2р+1 завданих значень ступекю зн1нно! /7: -р,

-р+1,----р-1,0,1.....р-1, р .

Оскьчыси фут<ц1я температурного контрасту залекить в1д трьох параметр1вЬ ,5,в, то процес анроксимацП складаеться з трьох крок1в: 1. Ф1ксуючл значения зШнних 5 15, отримуемо одном1рних за-леиюстей, пр апроксимуоться одн1ею з С2р-н структур виду (6). Виби-раеться тага структура, яга при анроксимацП ус!х одном!рних залея-ностей дае максимальну сумарну похиб^у. Нехай р р

¡-1 1*0 9

Очевидно, що косф1ц1енти апроксиыац!! С-; , С; , £ -0,р е фушщ!ями 0, 5 тоОто С-С (3,5). Я: результат одержим Я Я значена для кожного С.; ,€1,1 -0~,р.

2. Ф!кеуючи значения зм1нно!5, знаходимо апроксимуючГ функцП для • набору значень южного коеф!ц!енту, , Сгсог ([-ОТр;ш-1,2;Г-1,/?) за зм1нноюб:

Р р

я

Шдставляючи вирази (8) в (7) отримуемо

3. Знаходимо апроксимуюч! функцП для набору значень когагого ко-еф!ц!енту , , 0,-_уг, £7уГ (Р-Оо за змпшсю5.

3 метою спрощення виразу (9) внзяачтнэ шзначпм! коеф1ц1енти, як! южна в1дкинути, якдо буде вкконуватпся вимога завдано! точности апроксимац!!.' ТочнЮть апрошшацП визначаетьоя у внгляд1

Л=\1^§Г 1 = ^зад'Ъроз Ьзад , ■ СЮ)

пе N - число точок, Т[3ад - еих!дн! значения функцП, 7}р03 - обчкс-люван1 значения, що отришн1 з р1вняння апроксимац^.. В рез>.я>'гат1, отримуемо спрощену модель, похиЗка апроксиыацН я ко! не перевииуе допустимо!. •

На основ! одержано! багатом!рно! функци формуеться критер!й (Б), оптим!зовать який можно методом прямого првдчсу екетремума, нап-риклад Хука - Дюшса.

Викладека методика використовувалась при 1дентиф1кац1! пара-метр!в дефектов прямокутно! форми у пластин1 з вуглепластика КМУ-4. Яэхибка визначення параметр!в дефект!в була у межах 12%.

1неим шляхом до р!сення 33 АТНК е'побудова на першому етап1 ыа-тематично! модел! температурного контрасту, факторами яга! е характеристики дефекту.

Запропонована методика визначення параметр!в дефект1в, засновала па знкористани! двоступенево! процедурн опгим1зац11. Уатематична модель залекност! температурного перепаду в!д Бе!етор1в параметр1в дефектьг1"Ф,8,5) ( Т - знак транспонування) у ф1ксован1й точд1 на поверхШ пластики (рис.3) мо.таа представити у еиглйд1: к

1 = 0

Передбачаеться, гчо випадкове збуреннл £ задоволыте вимоги тзсичиого регресШгого анализу.

Значения АТ(О при р1зних параметрах дефекту мо.чла отримзти або як результат члселыюго р!шэшш прямо! задач1,г5о, цо злачно вамне, скспоримгнтально. Сцпжи вектора булл одержан 1 методом наймэнших квадрат1 в (ИЗ!):

деАТ-(ДТ,,...,АТ„)Г. .....Д)Г. ГАМЛ'+Ш - м!рна матриця,

"-1" -знак перетворення матриц1. ЗШявючи параметр?! контроля побу-дуемо р моделей виду:

1-йр. (13)

На основ! попередньо отрпманнх зпачонь координат вектор1в £>(.] " 1 ,р) формуеться мгтриця В 1 п!сля цього АТНК моя© бути вшсо-ристаний для визначоння-параметр!в дефект!в у КМ. 3 ц!ею метою для елемента конструкцП, чробленого э того д К!,! визначаеться ЛТ при умовах аналог 1 тага побудов! моделей (13). Пот1м виконуеться оц1н»-вшшя вектору параметр1в Ц процесу

ЛТ^ВгМ+е, ■ Ш)

деДТ- (ЛТ],.. ■ ,ЛТр), 3 ~[Р'(К +1)]-м1рна матриця, элементами яко! е оц!нки коеф!ц1ент1в математично! модел! виду (13).

Тод! оц1ы<и вектора паракетр!в визначаються зг!дно виразу:

г'1=(вгв)"втлт..

пв

(15)

Модель (14) е нел1н1йною за координатами вектора параметра ase лИййною в1дносно вектору^(г^).

"И

Через складн!сть моделей виду (11) матриця Л -ВТВ могзэ мати доотатньо високу розм!рн1сть. Кр!м того, практично немокдиво вибрати параметр:: АТНК, як! б забезпечували л!н!йну ::езалежн!сть моделей (11)

Одним з шлях1 в подолання фактору велико! розм!рност1 !и£эр-мац1йно! матриц! е розбивка (сепараЩя) облает! та Ь* 2 нап^д-облает 1 Uj (] - 1,1). Для кожно! з котрих ма матична модель (11) л!н!йна та маг витляд:

Яге результат отримаемо I д1н1йних моделей.

Отриман! оц!нки нев!домпх параметра, отриман! за ШК, монуть бути нест1йк1 та дуде велик!. Для стаб1Л!зац!1 оц:нок, пуз отрпмують-ся доц!льно викориотовувати метод регуляр1зацП. Тод1 оцше:: впзка-чаються виразом:

^рв+пу'вьт, (1?)

де Г - параметрами регуляр!зацП.

У випадку, коли кнк1м!зуеыиЯ функцЮнал мае дек!лька локальних екстремум!в покращэшш оШнок параметр!в дефект!в мояна досягти за рахунок застосування прямих оптим!зац!йних метод 1 в, налриклад, Ху-иа-Дкивса (метод конф:гурац!й). Як початков! значения для цього методу використовують оц!нки МШ. або МНК з регуляризящею,

Запропопований п!дх!д був досл^дкениЛ на зразках з вуглеп-ластш:1в. Дефега мал виг ляд коростши прямокутно! Форш. Параметр:: дефекту зм1нювались в диапазон! О = 1-3 мм, 5 2-8 мл, И - 1-6 мм. Ггахибка визначення параметр1в була в м-эжах 1. ..202.

Досх1дяэния похибж проводи ;гсь методом чкеельного шдедовагшя з викорнстшшям модел! АТНК шляхом зам! ни експериментальних ре-ал!зац!й розрахунковимл з в1дотш параметрам.

Цэ обумовлено певними складнощами моделювань.. реальна, де-фегсИв з необх!дним Д1апазоном та дискретн!ст» змПганпя 1х параметров. Описаний п1дх!д опростив досл!дкенпя та окоротив час на !х проведения, не впливаючи при цьому ¡¡а загальШсгь результат!в.

Встановлено, що значения коеф!ц1енту реруляризацП у р1зн!й м!р! впливае на похибку визначення кожного з парамотр!в. 1снуе опти-мальне його значения, яке дозволяе максимально каблизити ус! три параметр:! до д!йсних значень (рис.4).

Досл'цяэно впл:т гдибини залягання дефекта, його розкриття та сп!вв!дношення сигнал/шум (рис.5) на величеиу похибгш визначення па-

ро!,гетр!з/¡.5,3. Показано, пр при сп1вв1диопенн1 &и/бш> 3 (¿11-електричний. сигнал, викликаний перепадом температур, (5Ш - параметр характеризуючий розпод!л електричного пуму) впливом шум!в мояна знэ-ватати.

Ав.йЭ.йЬ

1-лд 0-4/?

о,2 аз ол

Рио. 4

Залежи!сть похнбки визиачення параметра дефекту в1д коеф!д1енту регуляризац!5

йАг ~ .

Ю 0/3 0.6

/С ==—

7/ л(

-/-у /

о

г

1'г

Рис. 5

6 АЦ/6

Ош

Задела!сть похибки визпачення глибини залягання дефекту {Ь?/Ьа)в1д еп1вв1дносэиня еигкал/пум (Л£//бш): 1 - Н - 1 юл, 2-/7-3 мм, 3-/7-5 юл.

Запропонована методика дозволяе п1двивдти точл!сть визначення геометричних параметр!в дефект!в у КМ, вона достатньо ефективна та моке бути легко реал!зована у апаратур1.

' У четвертому розд!л! запропонована функциональна схема теплового дефектоскопу э багатоелементним тепловим зондом, яка реал1зуе розроблен1 мегоди виявлення у К),! дефект1в та визначення 1х параметр! в. .

Приведена методика мзтролоПчяоГ атестацИ дефектоскопу, 'яка полягала в сто-кратному контрол1 спец!альних тест-оО'ект1в з еталон-ними дефектами та наступи¡й статистичлМ обробш результат!в з метою

розрахунку в!рог1дност! виявлення дефект1в га похибки виэначення 1'х розы1р!в. Обробка результатов показала, щр дефекта виявляються з в1рог1дн!ст;о Р-0,95. Розм1ри-м1н1мального дефекту, да являе собой пов1тряну порожнину в ыатер!ал1, таки для вуглепластшив к - 0.38 мм, 5 - 2.2 мм, 8 - 0.44 мм; для бороалвыпИю И - 0.51 мм, 5-5.0 мм, б - 0.58 мм. Похибки виэначення параметр!з дефект!в так. к йЬ --9... 10. 5Л5 - 10... 11. 52; йб - 13... 15Г

Таким чином, п!дтверджвна южливЮть застосування розробленого теплового дефектоскопу для контролю елемент!в конструкций ав1ац1йно$ техн!ки, вироблених з КМ.

У розд1л* розглянуто використання запропонованого дефектоскопу для Д1агностування натурних вироб1в - ущлюзалышх киець кокпресора ав1адвигун1в при 1х в1дновлеши.

4. 0СН0ВН1 РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. На основ! анал1зу сучасного стану метод1 в та эаеоб!в АТНК показана необх!дн1сть 1х подальиого розвстку шляхом б!льи глибоких те-оретичних та експерименталыгих досл1дмгнь, розробки нових, 5!лыз ефективних методов виявлення дефекПв та оц1нки !х розм!р1в. Визна-чен! основы 1 п1дходи до р1шення поставлеких задач.

2. На основ! двом!рно5 ыатематичко! модел1 АТНК розроблена 1м!тац!йна модель, то враховуе особливоет1 КМ, проведен! теоретичн! та експериментальн! досл1дження конактных кетод!в контролю.

3. Розроблений новий спое!б виэначення геомотричних характеристик дефект1в, який основуеться на побудов! с!м'1 регрее!йних моделей при р!зних параметрах АТНК. Спос!б захищений авторським св1доцтвом на вииах!д.

4. Запропонована методика п1двие;зння точност! оц1ншання розм!р!в дефект!в, що використовуе для початкового наближення метод наймеп-ших квадратов- (МНК) ! МНК з регуляризац!ею, а для ьаступного ..окра-щення оЩнок - метод конф!гурац!й. ПЬхибка виэначення параметров де-фект1в не перевишуе 20% для температурного розр1знення 0,2К.

5. Розроблений тепловий дефектоскоп, що реал!зуе ¡сонтакгний метод за допомогор багатоелементного теплового зонду, Дефектоскоп захищэ-ний позитивним р!иенням по заявц! на винах1д.

6. Розроблений блок регулювання температури теплового зонду дефектоскопу, що включае пристр!й вим!рювання швидкост1 зм1ни температури та змИш П друго! пох1дноЗ. Пристро! захищеи! 4-ма ав-торськими св!доцтвами.

7. Розроблена методика метролог1чно1 атестацП теплового дефек-

.' 14 '•'

тоскопу, и,о основана на 1м1тацП реальних несуц1льностей з не-обхЗдною точн1ст» в дов1льному матер1ал1.

8. Розроблен1 засоби та методики теплового неруШИвного контролю вироб1в з КМ, а таком пауков 1 результата дисертацШго! роботи, вшсо-ристан! на виробництв1 та в науково - досл^дних роботах Шдприемств.

5 ОСКОЕН1 ПУБЛ1КАЦП

1. Синегдазов В. >1, Протасов А.Г., Кеткэвт А. А. 'Активная тепловая интроскопия. -Киев, "Техника", 1993. -167 с.

2. Синеглазов В. М., Протасов А. Г. Определение теплофизических характеристик в задачах активного теплового неразруиающего контроля. Техническая диагностика и неразругающий контроль.-1990. -N2. -С. 73-7?.

3. Протасов А. Г., Синеглазов В. ¡1 Определение геометрических параметров дефзктов тепловыми методами контроля. Техническая диагностика и неразрусаюлий контроль. -'1991, 112, с. 30-33.

4. Синеглазов В. И , Протасов А. Г. Повышение точности оценивания геометрических параметров дефектов тепловыми методами контроля. Техническая диагностика и яеразрукаювдй контроль. - 1992, N2, с. 3-7.

5. Сияеглазов В. Я, Протасов А. Г. Использование многомерной аппроксимации для определения параметров дефектов тепловыми метода;, и. Дефектостопия. -1993, N 10, с. 76-80.

6. Протаго. А, Г. Расчет полей температуры и термоупругих напря;«-ний при сушке уплотнительных колец. - Самолетостроение. Техника 5зоздупного гфлота. Випуск 56. - 1989, с. 73-78.

7. Протасов А. Г., Синеглазов В. М, Методика контроля качества уплотнительных колец при их восстаповлетга. Перспективные методы восстановления деталей и узлов авиационной технкют. Сб. на-учн.тр. - Киев.: КМГА. - 1989, с. 33-36.

8. Протасов А.Г.,' Синеглазок В. АI, Цедик В. И. Теплометрический дефектоскоп. Положит, ресение от 27.07.92 г. по заявке N5017519/25 от 15.07.91.; !ЯИ в 01 N25/72.

9. А. с. N1643954 СССР )Ш Б01 К7/00 Устройство для измерения скорости изменения тешературы / Протасов А. Г., Синеглазов В. 11, Цедик В. И //1991. - Бга. N15.

10. А. с, N 1774725 СССР МКИ в 01 N 25/72. Способ активного теплового контроля дефектов. Синеглазов Е М., Протасов А. Г., (Измет К У. 1992. . -

11. Протасов А. Г. система контроля температурного профиля уплотни-

15

тельних колец при ремонте авиадвигателеfi. Сб. Тезкой докладов Есесоюзиой научно-технической конференции "Состояние метрологического обеспечения разработки, испытаниями ремонта авиатехники".- Москва,- 1987.

АННОТАЦИЯ

Протасов Анатолий Георгиевич. Развитие ыгтодов. активной тепловой дефектоскопии здешктов конструкций авиационной техники.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальностям 05.22.14: "Эксплуатация Еоздусного ранспорта" и 05.11.13: "Приборы и методы контроля и защиты окружающей среды, веществ, материалов и изделий. :- КЫУГЛ. 1935. :

В работе рассмотрены вопросы диагностирования активными тепловыми методами композиционных материалов, используемых в авиационной технике. В результате проведенных исследований достигнуто повышение эффективности контроля элементов конструкций летательных аппаратов. Погрешность определения геометрических размеров дефектов составила 10... 202.

ANNOTAION

Protasov Anatolly Georgiovloh. Tte development of the rat tods of active tterirzd defectoscopy of tte aviation, equiprront construction eJôjœnts. Thesis for scientific degree of candidate of the technical sciences.-

Specialities 05.22.14: "Exploitation of air transport"; and 05 11.13: " Instruments end method of testing and protection of the environment, substanse, materials aid goods" KIÜCA, 1995.

This paper, describes questions of diagnosis of the conpositional materials,, which had boing used In tho aviational technique, by using an active thermal methods.

As result of scientific researches the increasing cf control efficiency of the construction elements of flying apparatus was achieved. T/ie error in determination of geonietrlcal measurements of defects make up 10... 20 Z

Ключевые слова: композиционные материалы, агатный тепловой • контроль, параметры дефектов. ' ■