RU2305268C1 - Способ неразрушающего контроля и прогнозирования ресурса деталей машин - Google Patents
Способ неразрушающего контроля и прогнозирования ресурса деталей машин Download PDFInfo
- Publication number
- RU2305268C1 RU2305268C1 RU2006103454/28A RU2006103454A RU2305268C1 RU 2305268 C1 RU2305268 C1 RU 2305268C1 RU 2006103454/28 A RU2006103454/28 A RU 2006103454/28A RU 2006103454 A RU2006103454 A RU 2006103454A RU 2305268 C1 RU2305268 C1 RU 2305268C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acceleration
- coefficient
- determined
- energy dissipation
- amplitude
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств деталей машин. Сущность: ресурс детали определяется по коэффициенту внутреннего рассеяния энергии исследуемого объекта, а он в свою очередь определяется по амплитудофазочастотной характеристике по ускорению некоторой характерной точки детали. Регистрируют значение амплитуды ускорения и сдвиг фазы между силовым воздействием от кварцевого генератора и ускорением. Определяют коэффициент внутреннего рассеяния энергии по формуле. Найденный коэффициент внутреннего рассеяния энергии сравнивается с данными экспериментальной кривой, определенной ранее для аналогичной детали со 100% ресурсом, и затем определяется остаточный ресурс исследуемой детали. Технический результат: сокращение времени испытаний, повышение достоверности результатов и качества решаемых задач. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств деталей машин, изготовленных из стали, и может быть использовано в качестве способа неразрушающего контроля, диагностики и прогнозирования ресурса деталей машин, а в частности деталей в виде тел вращения (коленчатые валы, распределительные валы, полуоси и т.д.).
Известен способ определения ресурса машин, основанный на измерении площади петли гистерезиса, являющейся мерой накопления усталостных повреждений при циклических нагрузках, и на получении разности величин площадей петли гистерезиса нескольких циклов нагружения исследуемой детали (Одинг, И.А. Допускаемые напряжения в машиностроении и циклическая прочность металлов. / Одинг И.А. М., Машиностроение, 1962 г, стр.260) и принятый за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при применении известного метода испытания, принятого за прототип, относятся: трудоемкость измерения непосредственно площади петли гистерезиса материала детали, низкая достоверность получаемых результатов при исследовании деталей вращения, связанная с большой погрешностью измерения деформаций и микроперемещений деталей большой жесткости и малыми размерами и массой, т.е. имеющих высокие значения собственных частот (>1000 Гц). Кроме того, показания тензодатчиков, расположенных на верхних слоях детали, искажены вследствие нахождения верхнего слоя в нехарактерном напряженном состоянии, вызванном термообработкой, цементацией, наклепом и т.д.
Известно, что ресурс детали определяется по зависимости площади петли гистерезиса от числа циклов нагружения, а площадь петли гистерезиса определяется коэффициентом внутреннего рассеяния энергии в материале детали, поэтому вместо зависимости площади петли гистерезиса можно использовать зависимость коэффициента внутреннего рассеяния энергии от числа циклов и прогнозировать ресурс детали до момента ее разрушения.
Используется зависимость коэффициента рассеяния энергии от числа циклов для прогнозирования ресурса детали, выполненной из конкретного материала.
Технический результат - сокращение времени испытаний, повышение достоверности результатов и качества решаемых задач: неразрушающего контроля и диагностики деталей машин, прогнозирования ресурса, оценки усталостных повреждений при повторно-переменном нагружении.
Особенность заключается в том, что ресурс детали определяется по коэффициенту внутреннего рассеяния энергии исследуемой детали, который в свою очередь определяется по амплитудофазочастотной характеристике (АФЧХ) по ускорению некоторой характерной точки детали.
Сущность изобретения заключается в следующем: снимается АФЧХ исследуемого объекта по ускорению в некотором характерном направлении путем возбуждения гармонических колебаний, найденный коэффициент внутреннего рассеяния энергии γi сравнивается с эталонной кривой, представляющей зависимость коэффициента внутреннего рассеяния энергии от числа циклов нагружения, определенной ранее для аналогичной детали, выполненной из аналогичного материала, со 100% ресурсом, и затем определяется остаточный ресурс исследуемой детали.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1а показаны АФЧХ по ускорениям, на фиг.1б - мнимые составляющие рассматриваемых АФЧХ по ускорениям, на фиг.1в - действительные составляющие рассматриваемых АФЧХ по ускорениям, причем для всех графиков справедливо γ2=0,4γ1; на фиг.2 - схема устройства определения коэффициента рассеяния энергии; на фиг.3 - график изменения коэффициента рассеяния энергии в зависимости от числа циклов нагружения.
Исследуемый объект 1 (см. фиг.2) закрепляется на гибких подвесах 2, к нему подводится гармоническое воздействие Q=sin(ωt), где ω - переменная частота возбуждающих колебаний, со стороны кварцевого генератора 3, управляемого электронно-вычислительной машиной (ЭВМ) 4. На исследуемой детали 1 закреплен датчик ускорения 5, регистрирующий амплитуду ускорения А. Измеренное напряжение Uах, пропорциональное значению амплитуды ускорения, поступает с датчика 5 на цифровой фазочувствительный вольтметр 6, преобразующий показания датчика 5 в значение амплитуды А ускорения и регистрирующий сдвиг фазы φ между силовым воздействием Q=sin(ωt) и ускорением a(t)=Asin(ωt-φ). Мгновенные значения величин амплитуды А ускорения и сдвига фазы φ передаются на ЭВМ 4.
Поступающая информация на ЭВМ в режиме реального времени позволяет регистрировать АФЧХ по ускорению ах и фиксировать характерные частоты: ω1max, соответствующую минимальной действительной составляющей, и ω1, соответствующую максимальной мнимой составляющей АФЧХ, которые находятся по графикам мнимой и действительной составляющих рассматриваемой АФЧХ.
Следовательно, устанавливая экстремальные точки АФЧХ ускорений, в ЭВМ определяется коэффициент рассеяния энергии по формуле: который пропорционален площади петли гистерезиса, являющейся мерой количества циклов повторно-переменных нагрузок, которые может выдержать исследуемый материал, что в свою очередь позволяет прогнозировать срок службы как отдельных элементов машины, так и машины в целом.
Определенный в ЭВМ коэффициент внутреннего рассеяния энергии γi сравнивается с эталонной кривой. На фиг.3 показано изменение площади петли гистерезиса Аi в зависимости от числа циклов нагружения Nu [Дьяков, И.Ф. Прикладное оптимальное проектирование в автомобилестроении. / Дьяков И.Ф., Денисов А.В. Ульяновский государственный технический университет. - Ульяновск: УлГТУ, 2004 г., 280 с, стр.199, рис.4.26].
Пропорционально изменению площади петли гистерезиса Аi на фиг.3 показано изменение коэффициента внутреннего рассеяния энергии γ. Характер изменения площади петли гистерезиса Аi, а следовательно, и коэффициента внутреннего рассеяния энергии γ от числа циклов нагружения Nu зависит от материала детали и ее обработки. На фиг.3 показаны частные случаи - кривая 1 и кривая 2. Предположим, что найденный коэффициент внутреннего рассеяния энергии γi=0,06. Для кривых 1 и 2 вышеуказанному γi соответствует несколько значений числа циклов N*. В таких случаях выбирают наиболее критичное значение числа циклов N* - на пересечении γi с последним монотонным участком зависимости (как правило, самым продолжительным), то есть значения и - за экстремальными точками N1 и N2 для кривых 1 и 2 соответственно.
Остаточный ресурс детали определяется по разнице известного Ncrit, соответствующего числу циклов, при котором наблюдается разрушение детали, и установленного значения N*.
Изобретение подтверждается следующими теоретическими соображениями [патент РФ RU 2108502 C1 от 10.04.98 г. «Способ определения относительных коэффициентов демпфирования механических и электромеханических колебательных систем по ускорению»].
Передаточная функция по ускорению перемещения для исследуемой детали имеет вид:
Выделяя вещественную и мнимую части W**(iω)=ReW**(iω)+ImW**(iω) и исследуя ReW**(iω) на экстремум, получаем:
Внутреннее рассеяние энергии носит сложный нелинейный характер и является основной причиной демпфирования колебаний.
Согласно гипотезе Е.С.Сорокина, сила неупругого сопротивления деформациям в материале пропорциональна амплитуде напряжений и находится в фазе со скоростью деформаций [Пальмов, В.А. Колебания упругопластичных тел. / Пальмов В.А. Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», М., 1976 г., 328 стр., с.92]:
где σ - напряжение; Е - модуль упругости; - неупругая сила; σ0=E0maxε; E0 - постоянная, характеризующая параметры петли гистерезиса.
После гармонической линеаризации получим для силы неупругого сопротивления:
Обозначим эквивалентный коэффициент рассеяния энергии коэффициент внутреннего рассеяния энергии и таким образом
Передаточная функция по ускорению перемещения при этом будет иметь вид:
Таким образом
К примеру, определяется количество циклов повторно-переменных нагрузок для коленчатого вала двигателя грузового автомобиля, затем из конкретных условий работы автомобиля устанавливается ресурс двигателя в моточасах. Выбор марки материала осуществляется исходя из общего ресурса автомобиля таким образом, чтобы все детали имели одинаковый ресурс.
Claims (1)
- Способ неразрушающего контроля и прогнозирования ресурса деталей машин, отличающийся тем, что ресурс детали определяется по коэффициенту внутреннего рассеяния энергии исследуемого объекта, а он в свою очередь определяется по амплитудо-фазо-частотной характеристике по ускорению некоторой характерной точки детали, регистрируя значение амплитуды А ускорения и сдвиг фазы φ между силовым воздействием Q=sin(ωt) от кварцевого генератора и ускорением a(t)=Asin(ωt-φ), по следующей формуле:где T1 и Т2 - постоянные времени, ω1mах - частота, при которой действительная составляющая АФЧХ принимает минимальное значение, ω1 - частота, при которой мнимая составляющая АФЧХ принимает максимальное значение; затем найденный коэффициент внутреннего рассеяния энергии γi сравнивается с данными экспериментальной кривой, определенной ранее для аналогичной детали со 100% ресурсом, и затем определяется остаточный ресурс исследуемой детали.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006103454/28A RU2305268C1 (ru) | 2006-02-06 | 2006-02-06 | Способ неразрушающего контроля и прогнозирования ресурса деталей машин |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006103454/28A RU2305268C1 (ru) | 2006-02-06 | 2006-02-06 | Способ неразрушающего контроля и прогнозирования ресурса деталей машин |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2305268C1 true RU2305268C1 (ru) | 2007-08-27 |
Family
ID=38597160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006103454/28A RU2305268C1 (ru) | 2006-02-06 | 2006-02-06 | Способ неразрушающего контроля и прогнозирования ресурса деталей машин |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2305268C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566373C2 (ru) * | 2009-11-17 | 2015-10-27 | Снекма | Система и способ измерения усталости для механических деталей летательного аппарата и способ технического обслуживания летательного аппарата |
-
2006
- 2006-02-06 RU RU2006103454/28A patent/RU2305268C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566373C2 (ru) * | 2009-11-17 | 2015-10-27 | Снекма | Система и способ измерения усталости для механических деталей летательного аппарата и способ технического обслуживания летательного аппарата |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3754331A1 (en) | Method and system for analysing a test piece using a vibrational response signal | |
KR101307017B1 (ko) | 내연 피스톤 엔진 시스템내에서 실린더출력의 불균일공유상태를 확인하기 위한 장치 | |
Wu | Study of forced vibration response of a beam with a breathing crack using iteration method | |
Ghemari et al. | Improvement of the vibratory diagnostic method by evolution of the piezoelectric sensor performances | |
RU2305268C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля и прогнозирования ресурса деталей машин | |
Subekti | Studying The Dynamic Characteristics To Lengthen The Operating Life For A Diesel Engine Using Frequency Response Function (FRF) Measurement | |
Marusina et al. | Development of acoustic methods of control of the stress-strain state of threaded connections | |
EP2411649B1 (en) | Monitoring of a coupling in a rotating system of an internal combustion engine | |
Drew et al. | The torsional excitation of variable intertia effects in a reciprocating engine | |
Michon et al. | Parametric instability of an axially moving belt subjected to multifrequency excitations: experiments and analytical validation | |
US6253620B1 (en) | Device and method for measuring dynamic torsional characteristics of a damper assembly | |
Inman et al. | Simultaneous active damping and health monitoring of aircraft panels | |
JP2004117088A (ja) | 軸受特性の計測方法及び軸受 | |
Zhang et al. | Evaluation of bolt loosening using a hybrid approach based on contact acoustic nonlinearity | |
Kostyukov et al. | Generic structural model of machinery vibroacoustic signal | |
RU2767210C1 (ru) | Способ расчетно-экспериментального определения динамического момента в энергосиловом блоке транспортной машины | |
Alshalal et al. | Frequency response function curvature technique to detect damage for simply supported beam under harmonic excitation | |
Watson et al. | Structural dynamic imaging through interfaces using piezoelectric actuation and laser vibrometry for diagnosing the mechanical properties of composite materials | |
JP3713384B2 (ja) | 組織方位評価方法及び装置 | |
Minnicino II et al. | Detecting and quantifying friction nonlinearity using the Hilbert transform | |
Butrym | Crack detection in aluminum structures | |
Andersson | Driveline model calibration and validation in an automotive 4-cylinder Diesel application | |
Ketonen | Motion of a flexibly mounted combustion engine due to internal and external excitations | |
Dorendorf | Physical explanation for vibro-acoustic modulation in a structure due to local and global nonlinearities | |
Åberg et al. | Uniaxial material damping measurements using a fiber optic lattice: A discussion of its performance envelope |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080207 |