авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< 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:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

«14 Секция 4 Неразрушающие методы контроля ...»

-- [ Страница 3 ] --

92 Секция Неразрушающие методы контроля 16 U, Если кВ предположить, что пробивные расстояния связаны с растеканием напряжения по поверхности f=1000 Гц изоляции, то формула Теплера хорошо Пост. ток описывает данные, приведенные на f=50 Гц рисунках 1 и 2. Из приведенных кривых видно, что вклад 50 r, 50 40 30 20 0 10 20 30 частоты в растекание а Рис. 1. Растекание испытательного напряжения по поверхности небольшой, испытуемого кабеля ПРСН 22,5 при Uисп= 15 кВ основное влияние оказывает его амплитуда. Напрямую формулу Теплера можно использовать при проектировании испытательного оборудования. Рассчитать теоретически все пробивные расстояния для конструкции оборудования невозможно, так как изначально неизвестен коэффициент, зависящий от конкретных условий. Однако полезно знать зависимости пробивных расстояний от ряда факторов. Например, при увеличении частоты контролирующего напряжения в 10 раз изоляционные расстояния по поверхности оборудования должны быть увеличены не менее чем в 1,8 раз.

На растекание напряжения влияет и особенности технологического процесса производства кабельных изделий. Прежде всего, это увлажненность поверхности изоляции. Для резиновой изоляции это и наличие талька. Существенное влияние на растекание оказывает увлажненность поверхности изоляции. Вода имеет низкое значение удельного объемного сопротивления (около 103 Омм) [1]. Действующие стандарты, регламентирующие данный вид контроля, требуют обязательного съема воды на экструзионных линиях. Съем воды производится механически с помощью мягких щеток и обдувом технологическим воздухом. Однако встречаются технологические линии на содержащие устройства съема воды. Их доля составляет менее 10 % от общего числа. Капли воды и их наборы составляют участки с равным потенциалом на поверхности испытуемой изоляции. Тем самым значительно увеличивается расстояние растекания высокого напряжения, что требует большей электрической мощности от испытателя.

93 Секция Неразрушающие методы контроля Сиз, пФ/м f=1 кГц f=50 Гц f=500 Гц 0 1 1 2 5 E, кВ/мм Рис. 3. Зависимости погонной емкости ПВХ изоляции сухого кабеля от напряженности электрического поля на различных частотах Исследование зависимости погонных электрической емкости и потерь в изоляции при повышенных напряжениях является важной задачей в связи с тем, что контроль осуществляется при напряжениях многократно превышающих рабочее для изоляции.

Соотношение контролирующего и рабочего напряжения может достигать трех порядков. Например, для автотракторного провода марки ПГВА с поливинилхлоридной изоляцией и медной жилой сечением 95 мм2 и толщиной изоляции 3,5 мм рабочее напряжение составляет 48 В, а контролирующее напряжение на технологической линии должно быть не менее 40 кВ амплитудного значения в соответствии с [2].На рисунке 3 приведены зависимости погонной емкости изоляции кабеля от напряженности электрического поля на различных частотах. Точками на кривых указаны уровни напряженностей при испытаниях в соответствии с действующими стандартами. Из графиков видно, что с ростом напряженности погонная емкость существенно возрастает. Для линейных диэлектриков, используемых главным образом в качестве электрической изоляции кабельных изделий, диэлектрическая проницаемость в большинстве случаев может считаться практически не зависящей от напряжения, приложенного к диэлектрику [3]. А рост погонной емкости обуславливается двумя факторами, улучшением качества контакта электродов испытателя и поверхности изоляции и увеличением расстояния растекания высокого испытательного напряжения. При расчете погонной 94 Секция Неразрушающие методы контроля электрической емкости измеренная емкость приводилась к длине электродного узла испытателя.

На рисунке 4 приведены зависимости погонного сопротивления изоляции кабеля от напряженности электрического поля на различных частотах. Точками на кривых указаны уровни напряженностей при испытаниях. Под погонным сопротивлением Rиз понимается эквивалент суммарных потерь при испытаниях, приведенных к длине электродного узла. Потери складываются из диэлектрических потерь и потерь Rиз, МОм/м f=50 Гц f=500 Гц f=1 кГц 20 Rиз =3 МОм/м 0 5 10 15 20 25 E, кВ/мм Рис. 4. Зависимости удельного сопротивления ПВХ изоляции сухого кабеля от напряженности электрического поля на различных частотах на коронные разряды.

Из графиков видно, что с ростом напряженности погонное сопротивление существенно снижается. Происходит это по трем причинам. С ростом напряжения улучшается качество контакта электродов испытателя с поверхностью изоляции и увеличивается расстояние, на которое распределяется испытательное напряжение, а также происходит рост диэлектрических потерь в самой изоляции.

Результаты исследований кабельных изделий с резиновой изоляции имели такой же характер поведения, что и для изоляции из ПВХ.

Полученные результаты позволяют производить анализ влияния параметров изоляции и технологического процесса на требуемую электрическую мощность испытательного оборудования. В будущем планируется создание рабочей методики расчета требуемой мощности.

95 Секция Неразрушающие методы контроля Список литературы 1. Техника высоких напряжений : учебное пособие / Под ред. Д. В. Разевига. - 2-е изд., перераб. и доп. -М. : Энергия, 1976.

2. ГОСТ 23286-78. КАБЕЛИ, ПРОВОДА И ШНУРЫ. Нормы толщин изоляции, оболочек и испытаний напряжением.

3. Сканави, Г. И. Физика диэлектриков / Г. И. Сканави. - М. ;

Л. : Гостехиздат, 1949.

МОНИТОРИНГ ОСОБО ОТВЕТСВЕННЫХ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ ТЯЖЕЛОНАГРУЖАЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ АКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Семухин Б.С.

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН bss@ispms.tsc.ru Большой проблемой при эксплуатации особо ответственных узлов и деталей является возможность оперативно и быстро определить показатели прочности и надежности металлов именно в процессе работы. У большинства потребителей не развиты методы по анализу состояния металлов и металлических конструкций с помощью измерения Рэлеевских волн методом автоциркулляции. Эту проблему предлагаем решить с помощью разработанной нами методики измерения скорости ультразвука, которая является новым способом неразрушающего контроля состояния материалов и изделий из них. Принципиальная возможность методики основана на корреляции между скоростью ультразвука и такими характеристиками материала, как структура, предел прочности, предел текучести, ударная вязкость и другие. В мире такие задачи решают методами измерения акустических сигналов, но не Рэлеевских волн и не методом автоциркулляции. Кроме того, измерения проводят не «in situ» и нет экспериментальных данных по связи скорости ультразвука и структурных характеристик металлов в процессе деформации. Наиболее известны в мире методы измерения структурных характеристик: рентгеновские, оптико телевизионные, лазерная спеклинтерферометрии, акустикоэмиссионые. Все вышеперечисленные методы позволяют анализировать состояние материала через измерение ряда физических величин. Наша методика позволяет, не измеряя и не вычисляя физических величин, дать заключение по состоянию металла конструкции или детали, ее ресурсе работы.

Предварительные исследования, проведенные в лабораторных условиях, позволили установить наличие такой корреляции, ее природу и количественные характеристики. Относительное изменение скорости ультразвука составляет обычно 0,1...1% и может быть измерено с помощью специально разработанных приборов.

Проверка применимости ультразвуковой методики к анализу состояния материалов и изделий из них проведена на ряде объектов, причем во всех исследованных случаях были подтверждены возможность и перспективность этой 96 Секция Неразрушающие методы контроля методики, в том числе и для испытаний непосредственно на работающем оборудовании Усталостные испытания Установлено, что изменение скорости ультразвука в процессе усталостных испытаний позволяет обнаружить наступление опасной стадии, когда в структуре металла уже накапливаются микротрещины, способные вызвать катастрофическое разрушение. Этому моменту отвечает хорошо заметный быстрый спад величины скорости ультразвука. Очевидно, что в этот момент соответствующая деталь подлежит немедленной замене во избежание ее поломки.

Пластическая деформация Если образец или деталь работает в области пластических деформаций, то с помощью измерения скорости ультразвука можно обнаружить приближение стадии разрушения. Этому моменту соответствует начало быстрого роста скорости ультразвука. При этом наблюдения за состоянием поверхности металла в этот момент еще не дают никаких указаний на приближение катастрофической стадии Определение прочностных характеристик Измерения скорости ультразвука в металлах и сплавах позволяет определять их механические характеристики без изготовления специальных образцов.

Установлены корреляционные зависимости, связывающие скорость ультразвука с твердостью НВ, пределом прочности и пределом пропорциональности,2, а также ударной вязкостью. По таким корреляционным зависимостям механические характеристики могут быть измерены непосредственно на эксплуатируемых деталях и конструкциях.

Определение структурных характеристик Методика измерения скорости ультразвука позволяет контролировать структурное состояние сталей и сплавов. Например, при возникновении так называемой «отпускной хрупкости» скорость ультразвука выше, чем в том случае, когда охрупчивание не возникает. Обычно различие между этими двумя состояниями невозможно выявить без специальных ударных испытаний при низких температурах. Возможно также определение содержания остаточного аустенита после закалки стали. Традиционно эта фаза определяется магнитным методом на специально изготавливаемых образцах.

Акустический метод определения остаточных напряжений возникающих при сварке При сварке металлов и сплавов происходят сложные физико-химические процессы, приводящие к возникновению остаточных напряжений имеющих сложный характер и распределение вблизи и вдали от сварных швов.

В настоящее время для определения остаточных напряжений возникающих при сварке используют как расчетные (теоретические), так и экспериментальные методы.

Экспериментальные методы можно условно разделить на две группы - разрушающие и неразрушающие. Первые основаны на известном факте - переходе при разрушении изделия из одного равновесного состояния в другое с дополнительно возникающими упругими деформациями. Именно измеряя эти возникающие деформации и пересчитывают их в напряжения вблизи или вдали от шва.. На эксплуатирующихся в 97 Секция Неразрушающие методы контроля настоящее время металлических сварных конструкциях зачастую нет возможности вырезки части конструкции и, следовательно, нельзя использовать разрушающие методы. Из неразрушающих методов широко развиты магнитные, рентгеновские, акустичеcкие.

Первые два метода имеют свои ограничения как по сложности так и по достаточно дорогой аппаратурной части, и, кроме того, по точности.

В случае измерения напряжений акустическими методами все эти ограничения снимаются. При использовании метода измерения скорости ультразвука его точность достигает 10-5,стоимость переносного портативного аппарата невелика, а измерения просты. Наиболее привлекательной чертой данного метода следует считать возможность определения кинетики изменения остаточных напряжений, возникающих при сварке прямо на работающем оборудовании в процессе действия дополнительных внешних нагрузок Химический состав и скорость ультразвука Установлена однозначная связь между изменением скорости ультразвука и легирующими элементами в алюминиевых сплавах (типа Al9, 1420, 1450, B95, AK4 1). Для легирующих элементов Si, Mn, Mg, Cu, Zn определены корреляционные зависимости. Имеется возможность качественной отбраковки по составу элементов готовых изделий и исходного сырья.

Практическое применение методики При испытании стальных и сталежелезобетонных мостов возникает проблема определения напряжений от собственного веса конструкции и напряжений от полезной нагрузки, а также необходимость оценки степени усталостного износа металла и влияния остаточных напряжений, возникающих при сварке металлических конструкций. Напряжения в элементах конструкций от полезной нагрузки обычно определяют методом тензометрии, что связано с трудоемкой операцией наклейки тензодатчиков и настройки измерительной системы. Остаточные напряжения в металле реальных крупногабаритных конструкций на сегодняшний день точно измерить практически невозможно. Поэтому решение данной проблемы весьма актуально для строящихся мостов, на которых необходимо отслеживать полные напряжения, в том числе от собственного веса, возникающие при надвижке для контроля напряженного состояния элементов пролетного строения и аванбека.

Применение передвижного акустического комплекса для контроля напряженно деформированного состояния металлических конструкций, прогноза возможности их дальнейшей эксплуатации на автомобильных дорогах было продемонстрировано в Сибири на реках Обь, Томь, на автомобильной дороге Кузбасс-Алтай. В качестве основного преимущества акустического метода следует отметить возможность его использования непосредственно в процессе эксплуатации конструкций.

Серьезной проблемой при оценке напряженно-деформированного состояния несущих конструкций являются остаточные напряжения в них, возникающие, например, вследствие сварки. Нами рассмотрены возможности акустического определения остаточных напряжений, возникающих при электросварке в мостовых конструкциях, в сварных швах стали 12Х1МФ, сварных швах тавровых соединений из стали 12Х18Н10Т, сварных швах стали Ст.3. Для более детального 98 Секция Неразрушающие методы контроля прогнозирования были проведены эксперименты по определению остаточных и действующих напряжений вблизи сварных швов в тавровых соединениях.

При приложении нагрузки происходит изменение напряжений, что естественно приводит к изменению рабочих характеристик таврового соединения. Проведены эксперименты по нагружению тавровых соединений и измерению напряжений в них процессе нагружения. Испытания проводили путем измерения скорости ультразвука при различных нагрузках. Установлено, что при приложении достаточно больших нагрузок происходит релаксация упругих напряжений.

Успешное применение метод измерения скорости ультразвука нашел при диагностике тяжело нагруженного оборудования на железнодорожном транспорте.

Он был модифицирован и использован для разбраковки изготавливаемых из стали 55Г пружин центрального подвешивания типа 3806Н для вагонных тележек КВЗ ЦНИИ, Тип 1 пассажирских вагонов. Ранее контроль пружин осуществляли измерением их габаритных размеров, сравнением их с заданными ГОСТом и отбраковкой при недопустимой разнице размеров. Нагружение пружин проводили в полуавтоматическом режиме на специальном стенде, сравнение размеров производили автоматически с помощью персонального компьютера. Такой способ отбраковки позволяет контролировать габариты пружин, но не дает информации о состоянии стали пружины после многочисленных циклов нагружения. В то же время в ранее проведенных исследованиях обнаружено уменьшение скорости ультразвука при накоплении усталостных повреждений и приближении числа циклов к предельному значению. На основе этой работы был предложен ультразвуковой способ разбраковки пружин, заключающийся в измерении скорости ультразвука VS при сжатии пружины на специальном стенде нагрузкой Р. Оказалось, что зависимость VS(P) может быть как растущей, так и падающей. Сравнение с результатами принятых отбраковочных испытаний показало, что первый случай соответствует нормальному состоянию пружины, а второй свидетельствует о накоплении в металле усталостных повреждений. Такое поведение позволило ввести следующий критерий отбраковки пружин: если при нагружении на стенде dVS/dP 0, то ресурс работы соответствует нормам МПС и пружина годна к эксплуатации.

Если же dVS/dP 0, необходимо вывести пружину из эксплуатации, как исчерпавшую к моменту испытаний ресурс.

Особо следует отметить разработку критерия отбраковки металла рам тележек локомотивов и внедрение прибора ASTR во все локомотивные депо РФ, Интегральной характеристикой скорости процесса, ведущего к разрыву тела, является долговечность.- время между моментом приложения нагрузки и моментом разрыва тела. Это время обратно пропорционально средней скорости процесса разрушения. Значения долговечности для различных тел лежат в широком диапазоне;

экспериментально регистрировались долговечности от 103 до 107 c. Это означает, что средняя скорость процесса разрушения (если, например, измерять скорость разрушения скоростью уменьшения несущего сечения тела) существенно меньше (на порядки) скорости распространения акустических волн в твердых телах.

Для металлов (как и для других твердых тел) была установлена резкая, экспоненциальная зависимость долговечности от напряжения () и температуры (Т) 99 Секция Неразрушающие методы контроля.Из вида зависимостей (,Т) в широкой области, но не при слишком низких и слишком высоких значениях и Т, последовало их описание.

= 0 exp ((U0-)/ kT) (1) где k. постоянная Больцмана. Важной особенностью выражения (1) является общее для всех твердых тел значение предэкспоненты 0 = 10-13, близкое к среднему периоду колебаний атомов в твердых телах (или периоду колебаний максимальной частоты в дебаевском спектре). В теории разрушения используется трактовка долговечности (,Т) как среднего времени ожидания элементарных актов разрушения.

Нами проведены расчеты долговечности рис.1. по формуле (1) для диапазона напряжений, лежащих ниже 200 МПа. Пользуясь этой зависимостью можно установить какова долговечность металла тележки, используя значение напряжений, определенное по измерению скорости ультразвука прибором ASTR.

Ресурс работы Наша методика позволяет:

определять наступление критической стадии накопления усталостных повреждений на индивидуальных изделиях без проведения серийных испытаний по изменениям скорости распространения ультразвука на частоте ~2 МГц с помощью приборов, генерирующих сигналы акустических волн Релея и измеряющих скорость их распространения с точностью не хуже 104, оценивать количество циклов нагружения, которое способно выдержать изделие до разрушения с учетом срока эксплуатации, Рис.1. Зависимость напряжений и изменение частоты автоциркулляции в сталях рам тележек подвижного состава от концентрации Mn и Si 100 Секция Неразрушающие методы контроля Способ осуществления Уровень поврежденности материала деталей или изделий определяется по резкому снижению скорости распространения ультразвука при достижении опасного состояния и по изменению знака специального критерия, введенного разработчиками. Количественные данные об уровне снижения, соответствующем критической стадии процесса, определен в предварительных исследованиях, выполненных на сталях ферритного, перлитного и аустенитного классов при разных режимах нагружения Обычный способ оценки остаточного ресурса при усталости состоит в использовании статистической кривой Велера (зависимость числа циклов нагружения до разрушения от амплитуды цикла), предварительно построение которой требует больших временных и стоимостных затрат. При таком подходе конкретный анализ состояния детали невозможен, а может быть дана только вероятностная оценка возможности разрушения.

Нами в ходе измерений скорости ультразвука на внутренней поверхности канавки качения колец буксовых подшипников от времени наработки была получена зависимость V/V рис.4. Время наработки измерялось с 1980 по 2001 годы.

Пользуясь критерием Зуева Л.Б., можно с достаточной точностью определять ресурс работы колец..

Практическое использование предложенного признака (1), основанного на измерении скорости распространения ультразвука, возможно при ремонте или техническом обслуживании и не требует предварительного измерения скорости ультразвука в ненагруженном изделии. Критическая стадия процесса может быть выявлена по знаку производной 2 ( N ) п р и небольшом числе дополнительных циклов нагружения.

Приборное обеспечение Акустический прибор ASTR для определения действующих и остаточных напряжений Назначение прибора. Контроль напряженно-деформированного состояния и надежности узлов, деталей и металлоконструкций производственных объектов в процессе эксплуатации, при изготовлении и проведении ремонтных работ.

Модификация прибора с контактным датчиком (ASTR ТУ 4276-001-20687795 2003).Принцип действия прибора. Прецизионные измерения изменений скорости ультразвука методом автоциркуляции с последующей компьютерной обработкой результатов и получения необходимых параметров (временное сопротивление, ударная вязкость) материалов и изделий.Возможности прибора. Прибор позволяет проводить без остановки производства следующие операции:

определение усталостных характеристик;

определение прочностных характеристик;

определение структурных характеристик;

определения остаточных напряжений, возникающих при сварке;

качественный химический анализ состава металла.

Достоинства прибора.

1. Прибор значительно проще и дешевле имеющихся.

101 Секция Неразрушающие методы контроля 2. Прибор позволяет, не измеряя и не вычисляя физических величин, дать заключение по состоянию металла конструкции или детали, о ее ресурсе работы.

3. Высокая точность определяемых величин.

4. Прибор аттестован в Госстандарте РФ (сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.33.007.A № 16397 от 15.12.2003 г., зарегистрированный в Государственном реестре средств измерений под № 25958-03 и допущенный к применению в Российской Федерации).

Использование прибора в настоящее время. В 50 предприятиях ОАО «РЖД»

прибор ASTR применяется для измерений механических напряжений рам локомотивных тележек в технологических процессах ремонта (МВИ - методика выполнения измерений ультразвуковым методом НАПРЯЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАМ ТЕЛЕЖЕК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА № 002/2004).

Имеется опыт использования данной модификации прибора на ОАО «Чепецкий механический завод» для контроля уровня остаточных внутренних напряжений в твэльных трубах после холодной прокатки. Предложена методика таких измерений.

ДИСБАЛАНС ЭНЕРГИЙ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В БЕТАТРОНЕ Москалев В.А., Окулов Б.В. Сергеев Г.И.

Томский политехнический университет giserg@tpu.ru Дисбаланс энергий, т.е. несоответствие между энергией, которую пучок получает от ускоряющего поля бетатрона, и энергией, необходимой пучку для устойчивого движения, равносилен нарушению бетатронного соотношения 2:1, и является одной из основных причин неустойчивости пучка и значительных потерь ускоряемого заряда. Потери электронов за счет дисбаланса энергий пропорциональны квадрату числа частиц в пучке, с ростом ускоряемого заряда потери быстро растут. Потери частиц обратно пропорциональны радиусу равновесной орбиты R0. Но увеличение радиуса R0 приводит к увеличению массы ускорителя ~ R0. Устранить причину вынужденных потерь электронов за счет дисбаланса энергий можно путем введения в бетатрон источника дополнительной энергии, который должен компенсировать затраты энергии на создание электромагнитного поля. Для этого необходимо создавать дополнительную вихревую ЭДС/ Ускоряемый в бетатроне электронный пучок является одновременно и витком, и нагрузкой для электромагнита бетатрона. Полная энергия, запасаемая в пучке EП, состоит из кинетической энергии EК и энергии электрического и магнитного полей пучка EЕН. Электрическое поле и пучка сосредоточенно в объеме, ограниченном стенками вакуумной камеры. Магнитная составляющая энергии пучка определяется плотностью заряда и скоростью его движения.

102 Секция Неразрушающие методы контроля Полная энергия пучка складывается из энергии инжектированных электронов Ei и энергии EУСК, получаемой электронами от ускоряющего поля бетатрона. Так как электронный пучок во время ускорения теряет часть своей энергии на нагрев остаточного газа и стенок вакуумной камеры, на генерацию высокочастотного радиоизлучения и т.п., то очевидно, что полная энергия пучка в любой момент времени меньше суммы энергий инжектированных электронов Ei и энергии EУСК полученной пучком к данному моменту времени от вихревого ускоряющего поля бетатрона, т.е.

EП = ЕК + ЕЕН Еi + ЕУСК (1) Кинетическая энергия ускоряемого пучка равна EК = N c 2 (m m0 ) = N E0 ( 1) (2) где N - число циркулирующих электронов, с – скорость света, m0 и m – масса покоя и релятивистская масса электрона, E0 – энергия покоя электрона, – релятивистский фактор.

Энергия электромагнитного поля пучка определяется как 1 0 E dV + 2 0 H dV E EH = 2 2V (3) V где Е и Н – напряженность электрического и магнитного полей пучка, dV – элемент объема.

При условии, что плотность электронов по всему объему пучка одинакова и в приближении R 0 r0 ( R 0 – радиус равновесной орбиты, r0 - радиус поперечного сечения тороидального пучка), можно показать, что энергия электромагнитного поля пучка равна e2 N f (rC, rП, ), = E EH (4) 8 2 0 R где f (rc,rп,) – функция, учитывающая магнитные характеристики материaла магнитопровода, радиус проводящего покрытия ускорительной камеры rC и расстояние от медианной плоскости до полюса rп.

f (rc, rП,) = 0,25 + ln (rC r0 ) + 2 [0,25 + ln(rC r0 ) + f ()] Энергию инжектированных в камеру электронов можно записать в виде Ei = e U i N i = (Ei E0 )N i, (5) где U i – напряжение инжекции;

N i – число инжектированных электронов;

Ei = mi c 2 – энергия инжектированных электронов;

E 0 – энергия покоя электрона.

Значение энергии, получаемой электронами от ускоряющего поля за интервал времени t t i, равна EУСК = N (m mi ) c 2. (6) Перепишем неравенство (3.1) с учетом (3.2) и (3.4-3.6) 103 Секция Неразрушающие методы контроля e2 N N c 2 (m m0 ) + f (rС, rП, ) (Ei E 0 ) N i + N c 2 (m mi ) (7) 8 0 R После несложных преобразований неравенство (3.7) примет вид e2 N ( N i N ) (E i E 0 ) f (rС, rП, ) = E EH (8) 8 0 R Е ЕН Из выражения (3.8) видно, что энергия электромагнитного поля циркулирующего в бетатроне электронного пучка получается при e2 N f (rС, rП, ) Ni N (9) 8 2 0 R0 (Ei E 0 ) за счет гибели соответствующего количества ускоряемых электронов.

Таким образом, выражение (3.9) можно интерпретировать как потери электронов, обусловленные дисбалансом энергий. Эти потери электронов растут пропорционально квадрату числа ускоряемых частиц и приводят к ограничению значения ускоренного заряда. Данный вывод имеет принципиальное значение при сооружении бетатронов на килоамперные токи.

Наглядное представление о дисбалансе энергий пучка дает отношение электромагнитной энергии пучка к его кинетической энергии. Зависимость дисбаланса энергий от времени ускорения t можно получить в предположении, что радиус поперечного сечения пучка изменяется по закону r0 = ri (1 sin t ) (10) где ri – радиус пучка в момент инжекции.

Значения коэффициента в любой момент времени ускорения определяются по известной скорости e V= R0 B0M sin t. (11) m ( ), то Так как = 1 / 2 = (V c ) = (eR0 B0 M cm0 ) (1 2 ) sin 2 t.

2 Обозначив cm0 eR0 B 0M = C, получаем sin 2 t = (12) C + sin 2 t С учетом (3.10) и (3.12) выражение (3.4) принимает вид sin 2 t rr rr e2 N 2 + ln C i + f ( ) (13) E EH = + ln C i + 1 sin t C + sin 2 t 8 2 0 R0 4 1 sin t а выражение (3.2) записывается как 104 Секция Неразрушающие методы контроля 1.

EK = N Е0 (14) 1 ( sin 2 t ) ( C + sin 2 t ) Характер отношения E EH E K при различных значениях f ( ) и N представлен на рис. 3.1. С учетом множителя E EH E K видно, что чем больше ускоряемый в циклическом ускорителе заряд, тем острее становится проблема дисбаланса между энергией, необходимой циркулирующему пучку для устойчивого движения по равновесной орбите, и энергией, получаемой пучком от ускоряющего поля бетатрона.

Верхнюю границу возможного значения N ( t ) можно определить путем решения уравнения (3.9), заменяя неравенство равенством.

Результаты расчетов изменения во времени количества циркулирующих электронов с учетом влияния члена f ( ) представлены на рис.3.2. Расчеты оценочны, так как в действительности функция f ( ) является также и функцией времени, что не учтено в расчете, а закон изменения размеров электронного пучка в поперечном сечении может отличаться от принятого r0 = ri (1 sin t ). Однако характер зависимости потерь частиц от времени ускорения (быстрый спад в начале цикла, затем медленный и увеличивающийся в конце цикла ускорения) сохранится.

Из рисунков видно, что даже минимальные потери электронов в бетатронах на большие токи за счет дисбаланса энергий имеют внушительное значение и ими нельзя пренебрегать.

Дисбаланс энергий, т.е. несоответствие между энергией, которую пучок получает от ускоряющего поля бетатрона, и энергией, необходимой пучку для устойчивого движения, равносилен нарушению бетатронного соотношения 2:1, и является одной из основных причин неустойчивости пучка и значительных потерь ускоряемого заряда. Потери электронов за счет дисбаланса энергий пропорциональны квадрату числа частиц в пучке, с ростом ускоряемого заряда потери быстро растут. Потери частиц обратно пропорциональны радиусу равновесной орбиты R0. Но увеличение радиуса R0 приводит к увеличению массы ускорителя ~ R0.

105 Секция Неразрушающие методы контроля Рис. 3.2. Изменение числа циркулирующих электронов при разных значениях f().

Из рис. 3.2 следует, что с точки зрения минимальных потерь предпочтительной является безжелезная конструкция ускорителя f ( ) = 0.

Рис.3.1. Отношение энергии электромагнитного поля ЕЕН к кинетической энергии пучка ЕК Стремление подавить часть известных неустойчивостей пучка в циклических ускорителях привело к созданию различных систем коррекции магнитных полей и систем компенсации токов отображения. Эти системы сложны технически, они не компенсируют затраты энергии на создание электромагнитного поля, а лишь незначительно уменьшают значение дисбаланса энергий.

Устранить причину вынужденных потерь электронов за счет дисбаланса энергий можно путем введения в бетатрон источника дополнительной энергии, который 106 Секция Неразрушающие методы контроля должен компенсировать затраты энергии на создание электромагнитного поля (3.9).

Для этого необходимо создавать дополнительную вихревую ЭДС e N = f (r0,rП, ).

доп (15) 8 2 0 R КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ АСФАЛЬТОБЕТОНА.

Воробьев В.А., Суворов Д.Н.

Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет) app@madi.ru Дорожная сеть России не развита, а существующие дороги имеют недостаточную пропускную способность. Качество покрытия автомобильных дорог неудовлетворительное. Из-за этого большие затраты идут не на строительство новых дорог и реконструкцию существующих, а на практически непрерывный ремонт имеющихся дорог. Начиная с 2000 года, объемы финансирования региональной сети сократились практически в два раза. В результате в 2000 году строилось 7,5 тыс. км дорог, сейчас около 2 тыс., обслуживалось 45 тыс. км, в настоящее время - 15 тыс.

км. Объем инвестиций в строительство новых и содержание существующих дорог в России составляет менее 2% ВВП при среднем уровне этого показателя в развитых странах 3–5%. В результате доля транспортных издержек в себестоимости промышленной продукции в России значительно превышает показатели США и стран Западной Европы. Потребление моторных топлив автомобилями в России больше на 40–50% по сравнению со странами Западной Европы, стоимость обслуживания автомобилей выше в 2–2,5 раза, срок службы автопокрышек меньше в 1,5 раза, срок службы автомобилей меньше на 30%.

В настоящее время состояние российских автомобильных дорог можно расценить как кризисное, так как в течение 1990-2005 гг. автомобильный парк в России вырос более чем в 2,5 раза, в то время как протяженность автомобильных дорог общего пользования - только на 30%. В дальнейшем разрыв между темпами роста автомобильного парка и протяженности автомобильных дорог будет возрастать. Важность проблемы подчеркивает «Национальная программа модернизации и развития автомобильных дорог Российской Федерации до года».

Важнейшее значение для долговечности покрытия дороги имеет качество асфальтобетонной смеси и асфальтобетона. Срок службы асфальтобетонных покрытий в нашей стране существенно ниже аналогичных показателей промышленно развитых стран. Низкий срок службы асфальтобетонных покрытий 107 Секция Неразрушающие методы контроля связан с высокой вариацией качества асфальтобетона. Это происходит из-за нестабильности характеристик компонентов, неконтролируемых изменений свойств смеси при ее транспортировке, нестабильности параметров ее укладки и уплотнения.

Особо остро эта проблема встает при использовании местных материалов. В условиях асфальтобетонного завода (АБЗ) реальным направлением решения данной проблемы является создание систем управления, компенсирующих нестабильность характеристик и повышающих качество готовой асфальтобетонной смеси.

Одним из наиболее эффективных методов повышения и стабилизации качества асфальтобетонной смеси является автоматизация технологического процесса. К настоящему времени накоплен определенный опыт в разработке и эксплуатации систем управления производством асфальтобетонной смеси, которые охватывают различные уровни управления:

Управление технологическим оборудованием.

Эти системы обеспечивают функционирование технологического оборудования, соблюдение заданной рецептуры смеси и режимов технологического процесса.

Различные варианты таких систем управления отличаются элементной базой, набором реализуемых функций, гибкостью в настройке и в управлении процессом, точностью. Без таких систем управления сейчас не работает ни одно предприятие.

Однако только системы этого класса не могут обеспечить эффективную стабилизацию качества асфальтобетонной смеси.

Управление качеством готовой продукции.

Изменение свойств компонентов асфальтобетонной смеси, условий окружающей среды и режимов технологического процесса вызывают значительную вариацию свойств готовой асфальтобетонной смеси на выходе АБЗ. Снизить эту вариацию – задача систем управления качеством готовой продукции.

К сожалению, до настоящего времени технология асфальтобетона не имеет ни одной зависимости пригодной для решения задач управления качеством асфальтобетонной смеси.

На качество готового асфальтобетонного покрытия влияет множество факторов.

Вся технологическая цепочка и любое ее звено влияют на конечное качество асфальтобетонного покрытия. Рис. 1 показывает формирование свойств асфальтобетонной смеси и асфальтобетона. Дефекты покрытия связанные с качеством проектирования и качеством основания автомобильной дороги в рамках данной работы не рассматриваются.

При этом можно выделить отдельные составляющие технологической цепочки, значимо влияющие на качество готового покрытия:

• Производство асфальтобетонной смеси o Качество компонентов смеси o Точность проектирования рецептуры смеси o Точность соблюдения технологических параметров o Точность контроля параметров o Эффективность системы управления производством и качеством продукции o Условия и сроки хранения готовой смеси на АБЗ • Транспорт смеси от АБЗ до места укладки o Время доставки 108 Секция Неразрушающие методы контроля o Условия окружающей среды o Ритмичность поставок • Укладка и уплотнение асфальтобетонной смеси o Точность соблюдения технологических параметров o Эффективность системы управления o Точность контроля параметров o Условия окружающей среды o Ритмичность поставок Рис. 1. Формирование свойств асфальтобетонной смеси и асфальтобетона Система управления производством асфальтобетонной смеси состоит из большого числа отдельных подсистем, которые в тесном взаимодействии обеспечивают решение задачи стабилизации свойств готового асфальтобетонного покрытия. В данном докладе будут рассмотрены некоторые элементы общей системы управления:

• Оптимизация информационного обеспечения системы управления асфальтобетонным заводом. Решение этой задачи позволит определить, какие параметры, с какой точностью и как часто необходимо контролировать для эффективного управления процессом.

• Комплексная автоматизация производства асфальтобетонной смеси с учетом влияния факторов её транспортировки, укладки и уплотнения.

Для исследования взаимодействия технологического процесса производства асфальтобетонной смеси, системы управления им и оптимизации информационного обеспечения процесса управления необходимо проведение экспериментальных исследований. Постановка реального эксперимента не представляется возможной.

Поэтому эффективным средством исследований является имитационное моделирование. Структура имитационной модели определяется задачами 109 Секция Неразрушающие методы контроля моделирования (Рис. 2). Моделирование проводилось с использованием пакетов MATLAB, MATHCAD и STATISTICA.

Моделирование позволило определить оптимальный набор контролируемых параметров как для компонентов асфальтобетонной смеси, так и для показателей технологического процесса и качества готовой асфальтобетонной смеси. Для этих параметров определены влияние точности и частоты контроля на эффективность управления. Модель так же позволила определить оптимальные методы идентификации динамических характеристик случайных процессов с использованием моделей авторегрессии и скользящего среднего.

Рис. 2. Структура имитационной модели При разработке системы управления качеством асфальтобетонной смеси необходимо учитывать, что асфальтобетонная смесь используется не непосредственно на выходе АБЗ, а для покрытия участка автомобильной дороги, который находится на удалении от АБЗ, поэтому необходимо учитывать процесс 110 Секция Неразрушающие методы контроля транспортировки смеси от АБЗ до места ее укладки в полотно дороги, собственно процессы укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси.

В результате мы получаем развитую многоуровневую систему управления, которая обеспечивает требуемое качество асфальтобетонной смеси не на выходе АБЗ, а готового асфальтобетонного покрытия в полотне автомобильной дороги. Для этого необходимо расширить границы объекта управления, включив в него АБЗ, транспортировку смеси от АБЗ до объекта, технологические процессы ее укладки и уплотнения (Рис. 3).

Производство, поставка и применение асфальтобетонной смеси Поставщики АБЗ Потребители Объекты Транспорти- Укладка и ТП Материалы ровка уплотнение иерархии уровень Нижний Локальные Лаборатория САУ Комплексная управления система Комплексная система управления Удаленные Система системы данных Система сбора сбора связи данных Удаленные Система системы данных Система сбора сбора связи данных Ручная передача данных Измерения/данные Управление Передача данных по линии связи Рис. 3. Обмен данными и управляющими воздействими в комплексной системе управления Проведенные исследования создали необходимые предпосылки для разработки комплексной системы управления производством асфальтобетонной смеси. Анализ накопленного опыта и результатов выполненных исследований и моделирования позволяет сформулировать основные задачи для САУ, рассмотреть необходимое информационное обеспечение для решения задач управления, обоснованно выбрать 111 Секция Неразрушающие методы контроля необходимые технические и программные средства, разработать базу данных и алгоритмы САУ.

Новым в разработке является:

• Расширение границ объекта управления за пределы АБЗ и включение в контур управления процессов транспортировки асфальтобетонной смеси, процессов укладки и уплотнения смеси (с разработкой необходимого технического и алгоритмического обеспечения). Это позволяет решить задачу стабилизации свойств готового асфальтобетонного покрытия.

• Моделирование свойств компонентов асфальтобетонной смеси, параметров технологического процесса, свойств готовой асфальтобетонной смеси, информационной системы САУ, процессов транспортировки, укладки и уплотнения смеси и системы управления процессом. Это позволяет оптимизировать методическое, информационное и алгоритмическое обеспечение САУ.

• Исследования динамики свойств компонентов асфальтобетонной смеси, параметров технологического процесса и возмущений, действующих на технологический процесс, качества готовой асфальтобетонной смеси и синтез эффективных методов и алгоритмов прогнозирования показателей.

Внедрение в повседневную практику строительства, ремонта и реконструкции автомобильных дорог системы «КОМПЛЕКСНАЯ САУ АБЗ» обеспечит следующие результаты:

Технологические результаты Стабилизация качества асфальтобетонной смеси не на выходе АБЗ, а непосредственно на месте проведения работ по укладке и уплотнению смеси.

Снижение температурной сегрегации асфальтобетонной смеси при ее укладке и уплотнении Постоянный мониторинг режимов ТП и анализ связи режимов ТП с качеством готового покрытия позволит обоснованно их оптимизировать.

Постоянный мониторинг качества компонентов асфальтобетонной смеси и анализ связи качества компонентов с качеством готового покрытия позволит стабилизировать качество компонентов.

Экономические результаты Повышение качества покрытия автомобильных дорог Повышение срока службы покрытия автомобильных дорог Оптимизация транспортных операций Оптимизация плана работ по укладке и уплотнению смеси Постоянный мониторинг положения в пространстве и контроль выполняемых операций для транспортных средств, асфальтоукладчиков и катков позволит исключить их простои.

Постоянный мониторинг исключит возможности хищения материалов.

Повышение привлекательности работы в отрасли 112 Секция Неразрушающие методы контроля Организационные результаты Заинтересованность в общих информационных услугах и ресурсах будет способствовать самоорганизации законченных технологических комплексов вне зависимости от форм собственности и ведомственной принадлежности.

Эффективный и взаимовыгодный обмен информацией будет способствовать информационной открытости предприятий Контролирующие организации получат доступ к текущей оперативной информации, а не только к отчетным материалам.

Научные результаты Концентрация упорядоченной (по времени, компонентам, участкам готового покрытия) информации позволит идентифицировать эффективные модели связи качества компонентов, режимов ТП АБЗ, транспортировки, укладки и уплотнения с показателями качества готового покрытия.

Контроль температуры смеси в процессе ее транспортировки, укладки и уплотнения позволит уточнить модели теплообмена асфальтобетонной смеси для этих технологических процессов.

Необходимо отметить, что представленный подход к комплексной автоматизации технологического процесса производства асфальтобетонной смеси может быть успешно использован при решении аналогичных задач в производстве других строительных материалов. У авторов имеется положительный опыт автоматизации производства сборного железобетона.

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭМИССИИ ПРИ ОТВЕРЖДЕНИИ ЭПОКСИДНОЙ СМОЛЫ Суржиков В.П.

Томский политехнический университет iva1954@mail.ru В работах [1,2] показано, что наличие в материалах морфологически неустойчивой активной фазовой границы расплав – твердое тело и её неравномерное движение может вызывать электромагнитную эмиссию. Изменение проводимости смолы в процессе отверждения на четыре порядка [3] также позволяет предполагать очевидность сопровождения процесса отверждения электромагнитной эмиссией (ЭМЭ), результаты измерения параметров которой представлены в данном сообщении.

При проведении экспериментов применялась следующая методика измерений. В медный поддон размером 18*12*1см заливалась приготовленная смола ЭДП-2.

Плоскость поддона выполняла роль емкостного датчика, сигнал с которого через дифференциальный усилитель регистрировался осциллографической приставкой VELEMAN PCS500. Максимальная чувствительность измерительной системы 113 Секция Неразрушающие методы контроля составляла 7мкВ, нелинейность амплитудно-частотной характеристики в диапазоне частот (2 – 500) кГц не более 2,6дБ. С целью контроля окончания процесса отверждения одновременно с регистрацией ЭМЭ измерялась проводимость смолы при постоянном напряжении 1 вольт. Расстояние между электродами составляло 0,5см. Согласно [3], процесс отверждения, в основном, считался закончившимся в момент времени, когда значение проводимости перестает изменяться.

0, 0, 0, а п и у а т.е.

м л т д,о н д 0, 0, 0, 0, 0 500000 1000000 1500000 частота,Гц Рис.1. Спектр ЭМЭ эпоксидной смолы на начальной стадии отверждения 0,0 0 0,0 0 0,0 0 амплитуда,отн.ед.

0,0 0 0,0 0 0,0 0 0,0 0 0 500000 1000000 1500000 частота, Г ц Рис.2. Спектр ЭМЭ эпоксидной смолы на заключительной стадии отверждения В эксперименте измерялись импульсы ЭМЭ и с помощью быстрого преобразования Фурье рассчитывались спектры. Характерный вид полученных спектров представлены на рисунке1 и рисунке 2. Типичный вид импульсов ЭМЭ, наблюдаемых в экспериментах, представлен на рисунке 4(заключительная стадия) и рисунке 3( начальная стадия).

114 Секция Неразрушающие методы контроля 0,0 2 0,0 1 0,0 1 амплитуда,отн.ед 0,0 0 0,0 0 -0,0 0 -0,0 1 -0,0 1 -0,0 2 -0,0 2 0,0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 1 0,0 0 0 0 2 0,0 0 0 0 3 0,0 0 0 0 в р е м я,с е к Рис.3.Импульс ЭМЭ, начальная стадия отверждения 0,0 0,0 амплитуда,отн.ед.

0,0 0,0 0,0 0,0 - 0,0 0,0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 1 0,0 0 0 0 2 0,0 0 0 0 3 0,0 0 0 0 в р е м я,с е к Рис.4. импульс ЭМЭ, заключительная стадия отверждения Из приведенных рисунков видно, что процесс отверждения эпоксидной смолы сопровождается ЭМЭ. Причем, для начальной стадии отверждения характерны высокочастотные составляющие в спектре. На заключительной стадии отверждения превалируют более низкочастотные составляющие.

Список литературы 1. Арефьев К.П., Завёрткин С.Д., Сальников В.Н. Термостимулированные электромагнитные явления в кристаллах и гетерогенных материалах. – Томск,2001.- 399с.

2. Берри Б.Л., Григорьев Н.О., Качурин Л.Г. и д р. Электромагнитные процессы при кристаллизации воды и разрушении льда // Пробл. техн. гляциологии.

Новосибирск.1986.с.24-32.

3. Новиков Г.Ф., Чернов И.А., Дебердеев Т.Р.. Изменение проводимости и спектра времен диэлектрической релаксации в процессе отверждения эпоксиаминной системы.// Журнал физической химии.-2004г.-т.78-№6-с.1138-1141.

115 Секция Неразрушающие методы контроля О ВЫБОРЕ ПАРАМЕТРОВ МНОГОКАНАЛЬНЫХ НЕПРЕРЫВНО – СКАНИРУЮЩИХ СИСТЕМ ЦИФРОВОЙ РЕНТГЕНОГРАФИИ М.Б. Лебедев, 2О.А. Сидуленко, 3В.А. Удод МИРЭА (Технический университет) Томский политехнический университет Томский государственный университет info@x-ray.ru osidulenko@mail.ru udod@ef.tsu.ru Для непрерывно – сканирующих систем цифровой рентгенографии, содержащих линейку детекторов, решена задача оптимального выбора длины и ширины апертуры отдельного детектора из линейки, времени регистрации излучения и импульсного отклика цифрового фильтра. Критерием оптимальности служил максимум пространственной разрешающей способности системы в «наихудшем случае» для заданной производительности контроля.

В настоящее время под термином «цифровая рентгенография» понимают совокупность методов неразрушающего радиационного контроля и диагностики, при которых радиационное изображение (РИ) просвечиваемого объекта контроля (ОК) преобразуется на определенном этапе в цифровой сигнал [1-5]. В дальнейшем этот цифровой сигнал заносится в память компьютера и перераспределяется там в двумерный массив измерительных данных (первичное цифровое изображение), который может подвергаться различным видам цифровой обработки (контрастирование, масштабирование, препарирование, сглаживание и т.п.) и, наконец, воспроизводится на экране графического дисплея или ТВ-монитора в виде полутонового изображения (ПИ) непосредственно воспринимаемого оператором.

Среди различных типов систем цифровой рентгенографии (на основе оцифровки традиционных рентгенограмм, на основе усилителей радиационных изображений, на основе запоминающих люминофоров и т.д.[1-9]) одними из наиболее перспективных являются сканирующие системы цифровой рентгенографии (ССЦР) на основе линейки детекторов, что обусловлено целым рядом существенных преимуществ данных систем перед остальными [1-3]: отсечка рассеянного излучения;

малая дозовая нагрузка на исследуемый объект;

большой динамический диапазон;

высокая эффективность регистрации излучения;

возможность контроля крупногабаритных объектов;

высокая восприимчивость к автоматизации.

Принцип действия ССЦР на основе линейки детекторов, согласно [4,6,10], состоит в следующем. Узкий (за счет щелевой коллимации источника) веерный пучок рентгеновского (фотонного) излучения, проходя через ОК, облучает коллимированную линейку детекторов, сигналы каждого из которых усиливаются и предварительно обрабатываются (интегрируются либо пересчитываются и т.п.), а затем поступают через аналого – цифровые преобразователи в компьютер, где они нормализуются и хранятся, формируя тем самым соответствующую строку отсчетов РИ просвечиваемого ОК. Затем эти отсчеты визуализируются на экране дисплея, образуя строку ПИ. Полное ПИ формируется путем однократного сканирования ОК 116 Секция Неразрушающие методы контроля горизонтальным веерным пучком по вертикали (либо вертикальным пучком по горизонтали).

При проектировании вновь создаваемых ССЦР неизбежно возникает задача выбора их основных параметров и характеристик (размеры и форма фокусного пятна источника излучения, размера и формы апертур детекторов, фокусное расстояние, время измерения сигналов РИ и т.д.). При этом совершенно очевидно, что по возможности указанный выбор должен быть осуществлен в том или ином смысле оптимальным образом. Это позволит получить точную теоретическую оценку потенциальных возможностей ССЦР и тем самым сформировать обоснованные технические требования на их создание.


Общеизвестно, что пространственная разрешающая способность (РС) является одним из важнейших показателей качества изображающих систем различного типа, в том числе и систем неразрушающего контроля с визуальным отображением дефектоскопической информации. Вследствие этого вполне закономерной становится задача оптимизации параметров рассматриваемой ССЦР из условия максимума ее РС.

Для формализации и решения вышеуказанной оптимизационной задачи предположим:

распределение квантового выхода источника излучения по направлениям вылета квантов (угловое распределение источника) азимутально-симметрично и носит плавный характер;

распределение квантового выхода источника излучения по поверхности его фокусного пятна не зависит от углового распределения источника;

ОК однородный и постоянной толщины;

ОК содержит неоднородность с малым радиационным контрастом;

ОК перемещается вдоль оси Ox непрерывно с постоянной скоростью, а система источник-линейка детекторов неподвижна;

толщина ОК намного меньше фокусного расстояния, а сам ОК располагается в непосредственной близости от линейки детекторов;

детекторы излучения идентичны;

поверхности приема излучения (апертуры) всех детекторов плоские и наведены на источник;

детекторы имеют прямоугольную апертуру и однородную пространственную чувствительность;

линейные размеры апертур детекторов и фокусного пятна источника малы по сравнению с фокусным расстоянием (расстоянием от источника до линейки детекторов вдоль оси Oz );

линейка детекторов ориентирована вдоль оси Oy симметрично относительно оси Oz (оси пучка излучения);

линейка детекторов плотно упакована;

применяется аналоговый режим регистрации излучения;

вклад рассеянного в ОК излучения в результаты регистрации считается пренебрежимо малым (вследствие коллимирования источника и линейки детекторов);

117 Секция Неразрушающие методы контроля в качестве временных интеграторов применяются идеальные интеграторы со сбросом;

шаг квантования отсчетов выходных процессов с временных интеграторов аналого-цифровыми преобразователями мал по сравнению со среднеквадратическими значениями отсчетов;

в компьютере осуществляется нормализация первичного цифрового изображения и его последующая цифровая фильтрация;

импульсный отклик цифрового фильтра содержит лишь конечное число ненулевых отсчетов (КИХ-фильтр);

амплитудная характеристика ССЦР линейна.

С учетом принятых предположений и результатов, представленных в [11–14], нами было получено следующее выражение для РС ССЦР «в наихудшем случае» (т.

е. выражение для РС, учитывающее все принципиально возможные направления ориентации разрешаемых элементов в диапазоне [0, 2 ] ):

vy sin g sin vxb cos sin vxT R = sup v v 0, inf vx + v 2 v vxb vxT v yg y cos v v cos ( vxT ) cos y g rect ( vxT ) rect y g cos cos M 1 g M c ( m, k ) cos 2 vx mT + v y k + cos m= ( M 1) k = ( M 1) (1) g M 1 M + 1) c ( m, k ) sin 2 vx mT + vy k cos m = ( M 1) k = ( M M 1 M 1 M 1 M c 2 ( m, k ) c 2 ( m, k ) L1 L m = ( M 1) k = ( M 1) m = ( M 1) k = ( M 1) 0 1;

, если bgT bgT 118 Секция Неразрушающие методы контроля M 1 M c 2 ( m, k ) L m = ( M 1) k = ( M 1) R = 0, 1.

если bgT Здесь v ( v 0 ) - пространственная частота;

vx, v y - пространственные частоты вдоль соответствующих координатных осей;

b и g соответственно длина и ширина апертуры отдельного детектора из линейки;

- угол между осью Оz и направлением от источника на крайний (любой из крайних) детектор линейки (фактически угол совпадает с половинным углом раствора рабочего пучка излучения);

-скорость сканирования (перемещения) ОК;

Т – время регистрации { } излучения (постоянная времени каждого из временных интеграторов);

c ( m, k ) – импульсный отклик цифрового фильтра;

M некоторое натуральное число;

( 2M 1) – площадь апертуры (окна) цифрового фильтра;

1, z, rect ( z ) = 0, z 1 ;

M пор L1 = ( Eэфф ) H F (cos 2 ) ( ) 0 P kr exp cos – обобщенный параметр ССЦР;

M пор - пороговое отношение сигнал/шум;

коэффициент амплитудного разброса электрических импульсов с выхода отдельного детектора линейки;

kr – радиационный контраст;

- линейный коэффициент ослабления излучения для материала ОК;

Eэфф - эффективная энергия излучения за ( ) - функция, описывающая ОК;

Н – толщина ОК;

F – фокусное расстояние;

угловое распределение источника излучения, которая считается нормированной на ( ) = квант в телесный угол 4 cp (для изотропного источника );

эффективность регистрации излучения отдельным детектором из линейки в пределах его апертуры;

P - суммарный квантовый выход источника в единицу времени во всё пространство;

119 Секция Неразрушающие методы контроля Нами была решена (численно) задача оптимального выбора параметров b, g, Т { } импульсного отклика c ( m, k ) цифрового фильтра из условия максимума РС и R. Результаты решения представлены ниже в виде табл. 1 и 2.

Таблица 1. Оптимальные значения отсчетов c ( m, k ) импульсного отклика цифрового фильтра при M = k m -1 0 -1 0,0877 0,1249 0, 0 0,1212 0,1582 0, 1 0,0875 0,1248 0, Таблица 2. Зависимости максимума РС и оптимальных значений параметров b, g и T от параметра M M g opt 1 2 2 ( cos ) ( cos ) L1 3 3 3 bopt Rmax Topt ( cos ) L 1 3 ( cos ) L1 L1 1 0,612 2,245 1,531 1, 2 0,906 1,529 0,650 0, В приведенных таблицах параметр M изменятся в диапазоне от 1 до 2. Это объясняется тем, что максимум РС возрастает незначительно (на 7,9%) при изменении данного параметра от 2 до 10.

Полученные результаты (табл. 1, 2) могут быть взяты за основу при проектировании многоканальных непрерывно-сканирующих систем цифровой рентгенографии.

Список литературы 1. Клюев В.В., Соснин Ф.Р. Современные радиационные системы неразрушающего контроля. – Дефектоскопия, 1993, № 1, с. 65–71.

2. Клюев В.В., Соснин Ф.Р. Современное состояние цифровой рентгенотехники.– Дефектоскопия, 1999, № 4, с. 56 - 66.

3. Соснин Ф.Р. Современные методы и средства цифровой рентгенографии (обзор).– Заводская лаборатория, 1994, т. 60, № 6, с. 28-34.

4. Бару С.Е. Безопасная рентгенография.– Наука в России, 1997, № 4, с. 12-16.

120 Секция Неразрушающие методы контроля 5. Белова И.Б., Китаев В.М. Цифровые технологии получения рентгеновского изображения: принцип формирования и типы (обзор литературы).– Медицинская визуализация, 2000, № 1, с. 33-40.

6. Недавний О.И., Удод В.А. Современное состояние систем цифровой рентгенографии (обзор).– Дефектоскопия, 2001, № 8, с. 62-82.

7. Halmshaw R. An analysis of the performance of X – ray television – fluoroscopie equipment in weld inspection.– Mater. Eval, 1987, v. 45, № 11, p. 1289 – 1302.

8. Бердяков Г.И., Ртищева Г.М., Кокуев А.Н. Особенности построения и применения цифровых рентгеновских аппаратов для исследования легких.– Медицинская техника, 1998, № 5, с. 33 – 40.

9. Yaffe M.J., Rowlands J.A. X-ray detectors for digital radiography.– Review. Phys. Med.

and Biol, 1997, v. 42, № 1, p. 1-39.

10. 1Гусев Е.А., Фирстов В.Г., Петушков А.А. и др. Сканирующий рентгеновский интроскоп с одномерным матричным преобразователем на основе кремниевых детекторов излучения.– Дефектоскопия, 1989, № 7, с. 38-42.

11. 1Лебедев М.Б., Сидуленко О.А., Удод В.А. Математическая модель многоканальных непрывно-сканирующих систем цифровой рентгенографии.– Дефектоскопия, 2007, № 6, с. 65-72.

12. 1Гурвич А.М. Квантовые флуктуации и их роль в прикладной рентгенолюминесценции.– Изв. АН СССР, сер. физ., 1981, т. 46, № 5, с. 964–969.

13. 13. Удод В.А. Корректное формальное описание критерия пространственной разрешающей способности по Фуко.– Обозрение прикл. и промышл. матем., 2002, т.

9, вып. 2, с. 473–474.

14. Удод В.А. Оценка разрешающей способности изображающих систем с дискретизацией изображений по прямоугольному растру и их последующей интерполяцией.– Автометрия, 2002, т. 38, № 4, с. 66-73.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ДИАМЕТРА И ЭКСЦЕНТРИЧНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ Е.М. Фёдоров, А.Е. Гольдштейн Томский политехнический университет evgeny_fyodorov@list.ru Задача измерения смещения токоведущей жилы относительно центра изоляционного материала остро стоит при производстве проводов и другой кабельной продукции, особенно высокочастотных и LAN проводов. Такой параметр как эксцентричность, очень критичен для этого вида продукции и непосредственно определяет её технические и эксплуатационные характеристики (частотные свойства, пропускающая способность) и следовательно, отражается на конечных качестве и цене готового изделия. Непрерывный контроль эксцентричности также позволяет снижать расход дорогостоящих изоляционных материалов 121 Секция Неразрушающие методы контроля (поливинилхлорид, полиэтилен, полиамид и др. пластикаты) при производстве сигнальных и силовых проводов и кабелей. Необходимость измерения на выходе экструзионной головки (изоляция жилы имеет температуру ~130 °С) и непрерывность технологического процесса не позволяют использовать для контроля контактные и разрушающие методы контроля эксцентричности. На рис. изображено сечение изолированной жилы электрического кабеля, где расстояние от центра токоведущей жилы до центра оболочки кабеля (отрезок е) и есть её эксцентричность, а отрезки еx и ey проекции эксцентричности по соответствующим осям значения которых необходимо знать для обеспечения задач автоматического управления процессом производства.

X Изоляция Токоведущая жила ey Y e ex Рис. 1. Сечение провода. Отрезок е - измеряемая эксцентричность.

Наиболее хорошо бесконтактный метод измерения данного параметра реализован фирмами, которые являются мировыми лидерами в разработке и производстве приборов контроля для кабельной промышленности такими как «Sikora Industrieelektronik» (Германия) [1], «Zumbach Electronic Automatic»


(Швейцария), ООО «ЭРМИС+» (Россия).

Используемый в известных разработках [2] метод измерения поперечных перемещений проводника основан на возбуждении вокруг проводника переменного магнитного поля путем пропускания через него электрического тока (тока возбуждения) и зависимости от поперечных перемещений проводника сигнала дифференциального индукционного преобразователя.

Преобразователи используемые зарубежных разработках обладают следующими недостатками:

1. при смещении проводника по одной из осей, сигнал возникает не только в индукционном преобразователе, предназначенном для измерения смещения по этой оси, но и в ортогональном индукционном преобразователе, предназначенном для измерения смещения по ортогональной оси;

2. нелинейность функции преобразования смещения в электрический сигнал.

Теоретически указанные недостатки могут быть устранены путем сложной совместной вычислительной обработки сигналов обоих индукционных преобразователей. Однако алгоритм такой обработки должен корректироваться для каждого значения диаметра проводника, что на практике практически не реализуемо.

122 Секция Неразрушающие методы контроля В работе [2] для повышения точности измерения предлагается использовать механический привод, с помощью которого в процессе контроля осуществляется автоматическое центрирование проводника относительно оси преобразователя.

Таким образом, обеспечивается работа преобразователя в диапазоне поперечных смещений, в котором недостатки преобразователя прототипа практически не проявляются. Реализация данного технического решения в известных разработках хотя и позволила достичь высоких метрологических параметров, но во многом определила высокую стоимость и низкие эксплуатационные параметры этих разработок.

В основе разработки лежит индуктивнооптический метод контроля эксцентричности электрического кабеля. Суть метода заключается в совместном использовании оптической двухкоординатной системы для определения положения центра, диаметра внешней оболочки кабельного изделия и трансформаторного взаимоиндуктивного магнитного преобразователя для измерения смещения центра токоведущей жилы. Совместно обрабатывая данные оптического и электромагнитного каналов, можно с достаточной точностью определять эксцентричность. На рис. 1, б, изображена схема измерителя эксцентричности, где К1.1 К1.4 катушки магнитного преобразователя измеряющего смещение токоведущей жилы по первому каналу К2.1 К2.4 тоже самое по второму каналу, Л и П1 лазер и соответственно приёмник излучения первого канала оптической измерительной системы, а Л2 и П2 второго канала. Данная схема измерительного преобразователя реализована на предприятии ООО «ЭРМИС+» совместно с сотрудниками кафедры Информационно-измерительной техники ТПУ. В отличие от западных образцов она обладает рядом существенных отличий, что делает её применение более предпочтительным в приборах такого типа.

Л а К1. б Жила К1. КАНАЛ К1. K2.1 K2. К1. K1.2 K1. КАНАЛ Л Жила П K1. K1. П2 K2. K2. Рис. 2. Индуктивнооптический преобразователь: а) - схема включения обмоток магнитного преобразователя одного из каналов;

б) – конструкция преобразователя 123 Секция Неразрушающие методы контроля Отличие предлагаемой нами конструкции заключается в том, что каждая измерительная обмотка, предназначенная для измерения координат оси проводника в одной из ортогональных плоскостей, имеет четыре последовательно соединенные прямоугольные секции. Каждая из встречно включенных секций преобразователя описанного в работе [2] заменена парой согласно включенных секций (рис. 1, а).

Выбором оптимального соотношения геометрических параметров такого преобразователя могут быть достигнуты высокая линейность функции преобразования и независимость сигнала в обмотке, предназначенной для измерения смещения по одной оси, от смещения по ортогональной оси в широком диапазоне измеряемых смещений [3].

Оптическая измерительная схема в зарубежных аналогах приборов такого типа реализована на методе измерения размеров тени в квазипараллельном пучке [4]. При разработке устройств контроля геометрических размеров, это наиболее часто используемый метод, который может быть реализован как с многоэлементным преемником, так и со сканирующим узлом. Излучатель с помощью оптической системы создает в рабочей зоне, сквозь которую горизонтально движется измеряемый кабель, пучок света, близкий к параллельному. Тень кабеля падает на многоэлементный фотоприемник, ячейки которого расположены вертикально в линию. Число затемненных ячеек фотоприемника, помноженное на ширину одной ячейки, соответствует диаметру кабеля также легко можно вычислить и положение центра кабеля.

Анализ измерителей, использующих теневой метод измерения в квазипараллельном световом потоке, показал, что основной вклад в погрешность при использовании данных схем вносит не идеальность оптической системы коллиматора, который преобразует свет от точечного источника в параллельный пучок. Наличие аберраций и погрешность юстировки приводят к тому, что световой поток в рабочей зоне отличен от параллельного и при перемещениях измеряемого объекта в рабочей зоне, что довольно сильно влияет на точность измерения.

Усугубляет ситуацию ещё и то, что измеритель должен устанавливаться в зоне экструзионной головки с температурой окружающего воздуха до 90 °С. Применение описанных схем затруднительно из-за их громоздкости, и сложности конструктивного совмещения с электромагнитной измерительной частью.

Для устранения вышеописанных недостатков была предложена оптическая схема измерителя (рис. 1, б) в которой точечные источники излучения светят расходящимися пучками непосредственно на многоэлементные фотоприёмные линейки [5]. В качестве источников здесь обычно используется полупроводниковые лазеры, излучение которых наиболее близко к точечному. Метод измерения диаметра и положения центра круглых протяженных изделий использующий теневой метод измерения в расходящемся световом потоке, обладает целым рядом преимуществ, связанных с отсутствием в конструкции элементов линзовой и зеркальной оптики. В частности, достижимая точность измерения таких приборов составляет доли микрометра и ограничена только дифракционными эффектами на границах тени, и разрешающей способностью используемых многоэлементных приёмников. Однако измерение в расходящемся световом потоке вызывает изменение размеров тени измеряемого объекта при его перемещениях в зоне контроля. Последнее требует использования сложных соотношений для расчета 124 Секция Неразрушающие методы контроля истинного диаметра объекта [6, 7]. Однако использование данного метода измерения внешнего диаметра и положения центра оболочки жилы позволяет более удачно, чем в устройствах прототипах совместить оптический и индуктивный измерительные каналы в единый измерительный моноблок (рис. 2, б), не прибегая к использованию системы механических приводов для центровки блока измерительных датчиков относительно измеряемой жилы. Немаловажным преимуществом предложенной нами конструкции является также, что она является разъёмной в отличие от устройства прототипа. Это позволяет на любом этапе процесса производства на экструзионной линии свободно вводить измерительный прибор в зону измерения и также выводить его по мере необходимости без прерывания технологического процесса.

Таким образом, в основе предлагаемой конструкции индуктивно-оптического преобразователя [8] заложены три принципиальных отличия от конкурирующих измерительных систем зарубежного призводства:

1. Используемый магнитный трансформаторный взаимоиндуктивный преобразователь обладает линейной функцией преобразования поперечного смещения проводника в электрический сигнал, позволяет отказаться от электрических приводов в автоматическом режиме центрующих блок датчиков относительно измеряемого объекта.

2. Двухкоординатная оптическая система с расходящимся лазерным пучком не содержит в себе элементов линзовой и зеркальной оптики, а также механических подвижных оптических элементов, что делает её компактной и потенциально более надёжной.

3. Использование оригинальных подходов в реализации индуктивно оптического метода измерения позволило конструктивно скомпоновать оптические и индуктивные датчики в единый разъёмный, неподвижный, компактный измерительный моноблок.

С учетом результатов проведенного анализа была разработана конструкция измерителя диаметра и эксцентричности электрического кабеля «Вектор-1.01», свободная от недостатков присутствующих в аналогичных устройствах. На рис. изображён участок экструзионной технологической линии с установленным на ней измерителем «Вектор-1.01». Измеритель состоит из трёх электронных устройств, конструктивно выполненных в обособленных корпусах – измерительной головки, индуктора и персонального или промышленного компьютера.

125 Секция Неразрушающие методы контроля Управление экструдером (АСУ) Убмен данными с ПК (RS485) Управления индуктором Рис 3. Участок технологической линии с установленным на ней измерителем эксцентричности: 1 – измеряемое изделие;

2 – индуктор;

3 – охлаждающая ванна;

4 – измерительная головка;

5 – экструдер;

6 – промышленный или персональный компьютер Применение предложенных в данной статье электромагнитной и оптической схем для измерения эксцентричности и диаметра электрического кабеля позволило на базе фирмы «ЭРМИС+» г. Томск и кафедры ИИТ ТПУ создать прибор «Вектор 1.01», который в отличие от зарубежных аналогов обладает большей компактностью, лучшими эксплуатационными характеристиками и заметно более низкой стоимостью. Использование нестандартных подходов в реализации общей измерительной схемы позволило достичь метрологических характеристик, не хуже чем у зарубежных аналогов, при использовании недорогой механики, оптики и электронных компонентов. Прибор имеет следующие технические и метрологические характеристики:

• погрешность измерения диаметра эксцентричности – 10 мкм;

• минимальный/максимальный внешний диаметр измеряемого изделия – 0,5/ мм;

• время однократного измерения – 10 мкс;

• количество измерений в секунду – до 300.

Завершены лабораторные и заводские испытания прибора для контроля диаметра и эксцентричности электрического кабеля «Вектор-1.01», и он проходит подготовку к серийному производству.

Список литературы 1. Web-site Sikora Industrieelektronik. – http://www.sikora.com 2. Pat. WO 03085354. EC G01B 11/10B. Contactless system for measuring centricity and diameter / Zumbach Electronic AG (CH). Publ. 16.10.2003, esp@cenet database. – p.: Il.

126 Секция Неразрушающие методы контроля 3. Гольдштейн А. Е., Свендровский А. Р. «Трансформаторный двухкоординатный измерительный преобразователь поперечных перемещений прямолинейного проводника» // Известия ТПУ 2005. №2.

4. Фролов Д.Н., Свендровский А.Р., Гольцеймер А.А., Гладышев Ю.Г. Опыт разработки устройства бесконтактного измерения диаметра кабельных изделий // Электротехника.– 1991. – № 3. – С. 26–28.

5. Свендровский А.Р., Рябов Е.В., Фёдоров Е.М. Двухкоординатный лазерный измеритель диаметра «Цикада-2.72» // В сборнике: Тезисов Докладов I всероссийской конференции Научно-технические проблемы приборостроения и машиностроения Томск, 2005.– С. 40–42.

6. Свендровский А.Р. Расчёт диаметра в бесконтактных двухкоординатных измерителях // В сборнике: Тезисов Докладов I всероссийской конференции Научно-технические проблемы приборостроения и машиностроения Томск, 2005.– С. 31–33.

7. Фёдоров Е.М., Эдличко А.А. «Вычисление геометрических параметров двухкоординатных измерителей диаметра протяженных изделий» // Известия Томского политехнического университета 2008. №2.

8. Пат. №2300737. РФ, Индуктивно-оптический преобразователь измерителя эксцентричности электрического кабеля.

РАЗРАБОТКА НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТНОСТИ И ПРОЧНОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ОСНОВАННЫХ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЯВЛЕНИЯ МЕХАНОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ.

Фурса Т.В., Суржиков А.П., Осипов К.Ю., Данн Д.Д.

Томский политехнический университет fursa@tpu.ru Проблема определения дефектности и прочности технических конструкций из композиционных материалов, эксплуатирующихся в условиях воздействия на них значительных механических напряжений, имеет важное практическое значение. Для решения этой проблемы может быть использовано явление механоэлектрических преобразований, заключающееся в преобразовании энергии механического возбуждения в энергию электромагнитного поля на заряженных структурных неоднородностях и дефектах материала.

Исследования были выполнены с помощью, разработанного в Томском политехническом университете исследовательского комплекса, позволяющего производить импульсное механическое возбуждение объектов исследования и регистрацию электрического и акустического отклика. Импульсное механическое возбуждение образцов производили электромеханическим ударным устройством, позволяющим производить однократный, нормированный по силе удар. Для 127 Секция Неразрушающие методы контроля регистрации электрической составляющей переменного электромагнитного поля, возникающего при импульсном механическом возбуждении образцов, использовался дифференциальный электрический датчик, состоящий из двух металлических пластин, расположенных на расстоянии 2 мм от противоположных боковых сторон образца. Электрический сигнал регистрировался с помощью осциллографа «PSC 500», совмещенного с ЭВМ. На ЭВМ с помощью стандартной программы “Origin 7. Professional“ с помощью быстрого преобразования Фурье рассчитывалась амплитудно-частотная характеристика электромагнитного отклика.

Очень важным с практической точки зрения является такой тип дефектности, как трещиноватость. Трещины различного размера и концентрации образуются как в процессе изготовления композиционных материалов, так и в процессе их эксплуатации в условиях напряженно-деформированного состояния.

В качестве трехмерной модели трещиноватой среды были использованы гипсопесчаные образцы размером 50х50х100 мм, в которые помещались плоские тонкие пластины из алюминиевой фольги – имитаторы трещин. Пластины вносились в жидкий гипсовый раствор, перемешивались, а после окончания процесса твердения испытывались. Были изготовлены две модели, одна из которых (М1) содержала пластины размером 2х2х0,1 мм, а вторая (М2) размером и 6х6х0,1 мм. Количество пластин в каждой модели было одинаковое - 300 штук. Из того же гипсового раствора была изготовлена модель (М0), не содержащая пластин и служила моделью бездефектного материала.

Проведенными ранее исследованиями установлено, что электрический сигнал, регистрируемый из композиционных материалов, имеющих в своем составе пьезокварц, является результатом пьезоэффекта при изменении механического напряжения акустическими волнами, формирующимися в образце при его ударном возбуждении и смещения этими же волнами двойных электрических слоев на границе компонентов, составляющих данный композит относительно приемного электрического датчика [1].

На рисунке 1 приведены спектры электрических откликов на ударное возбуждение гипсопесчаных моделей.

Спектральная характеристика электрического сигнала из гипсопесчаного образца, не содержащего пластин, имеет достаточно простой вид, в котором присутствует явно выраженный максимум. Частота этого максимума определяется по формуле: f = /2·L, где – скорость звука материала образца, L – высота образца.

Составляющие, лежащие в области других частот, по величине почти на порядок меньше основного максимума и связаны с процессами взаимодействия акустических волн с песком, содержащимся в гипсопесчаных образцах.

128 Секция Неразрушающие методы контроля а б в Рис. 1. Спектральные характеристики электрических откликов на ударное возбуждение гипсопесчаных моделей: а) без включений;

б) c Из рисунков видно, что наличие в материале дефектов в виде алюминиевых пластин приводит к уменьшению амплитуды основного спектрального максимума и смещению спектра в более высокочастотную область, что является следствием процессов трансформации акустических волн при взаимодействии с дефектами.

Наличие в материале алюминиевых пластин и увеличение их размера при неизменной их концентрации приводит к уменьшению суммарной спектральной энергии электрического сигнала. В частности, спектральная энергия в ряду моделей М0, М1, М2 составляет 1, 0.28, 0.1 относительных единиц соответственно.

Изменение суммарной спектральной энергии и спектрального состава электрического сигнала является результатом рассеяния акустических волн, вызывающих формирование электрического отклика, на дефектах, имитирующих трещины, и может использоваться в качестве критерия для определения трещиноватости. Данные исследования могут быть использованы в качестве исходных данных для разработки неразрушающего метода контроля оценки трещиноватости, основанного на явлении механоэлектрических преобразований.

На основе многочисленных исследований основных закономерностей и механизмов механоэлектрических преобразований при импульсном механическом возбуждении композиционных материалов [1-4] разработан алгоритм неразрушающего контроля их механической прочности.

Предложенный метод неразрушающего контроля прочности композиционных материалов, заключается в том, что контролируемое изделие подвергается импульсному механическому воздействию, измеряется длительность переднего фронта электрического отклика на произведенное воздействие, характеризующая прочность матрицы, с помощью Фурье-преобразования рассчитывается амплитудно частотная характеристика сигнала, характеризующая внутреннюю неоднородность материала. Измеряются стандартными приборами температура и влажность окружающей среды, влажность изделия. По предварительно установленным градуировочным зависимостям определяются температурный коэффициент, коэффициенты влажности материала и окружающей среды.

Рассчитывается обобщенный электрический параметр по формуле:

A Р = t + k1 k 2 k 3 N f 129 Секция Неразрушающие методы контроля где: t - длительность переднего фронта электрического сигнала, мкс;

A - амплитуда электрического сигнала, В;

N – размерный нормирующий множитель, В;

f - частота основного максимума спектральной характеристики электрического сигнала, Мгц;

k1 – коэффициент влажности среды;

k2 –температурный коэффициент;

k3 – коэффициент влажности материала.

Прочность определяется с помощью предварительно установленной эмпирической зависимости, связывающей обобщенный параметр (Р) с прочностью.

Для примера на рисунке приведена эмпирическая зависимость «прочность – обобщенный параметр (Р)» для образцов тяжелого бетона размером (100х100х100) мм3, которая описывается уравнением: прочность = 42,3 – 0,29 * Р, МПа с коэффициентом корреляции R = 0,89.

Для оценки возможностей разрабатываемого нами нового неразрушающего метода контроля механической Рис. 2. Эмпирическая зависимость прочность прочности, был проведен обобщенный электрический параметр.

сравнительный анализ с используемым на практике методом склерометрии. Было проведено испытание 12-ти образцов тяжелого бетона с использованием предложенного метода и с помощью электронного измерителя прочности бетона (ИПС-МГ4).

Показано, что средняя погрешность в определении прочности по методу, основанному на использовании явления механоэлектрических преобразований, составляет 10%, а по методу склерометрии 16%.

Предлагаемый неразрушающий электромагнитный метод определения механической прочности изделий защищен рядом авторских свидетельств и Рис. 3. Зависимость прогнозируемой прочности по механоэлектрическому методу (а) и по методу склерометрии (б) от реальной прочности для образцов бетона 130 Секция Неразрушающие методы контроля патентами [5, 6].



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.