RU2320987C1 - Method of determining service life of part - Google Patents

Method of determining service life of part Download PDF

Info

Publication number
RU2320987C1
RU2320987C1 RU2006125104/28A RU2006125104A RU2320987C1 RU 2320987 C1 RU2320987 C1 RU 2320987C1 RU 2006125104/28 A RU2006125104/28 A RU 2006125104/28A RU 2006125104 A RU2006125104 A RU 2006125104A RU 2320987 C1 RU2320987 C1 RU 2320987C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
logarithmic
attenuation
residual life
residual
acoustic
Prior art date
Application number
RU2006125104/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Викторович Трухинов (RU)
Юрий Викторович Трухинов
Дмитрий Эльмирович Хижный (RU)
Дмитрий Эльмирович Хижный
Александр Сергеевич Колоколов (RU)
Александр Сергеевич Колоколов
Данила Аркадьевич Таликов (RU)
Данила Аркадьевич Таликов
Усман Фердинандович Фейзханов (RU)
Усман Фердинандович Фейзханов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ")
Priority to RU2006125104/28A priority Critical patent/RU2320987C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2320987C1 publication Critical patent/RU2320987C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: nondestructive testing.
SUBSTANCE: method comprises exciting natural elastic acoustical vibration inside the part by means of short-term striking on the part and recording and analyzing the parameters of the acoustical vibration. The rate of decaying of the logarithmic envelop of the main mode of vibration is used as an informative parameter.
EFFECT: enhanced precision.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области диагностики состояния деталей узлов и агрегатов и может быть использовано для оценки остаточного ресурса деталей, в частности лопаток газотурбинных авиационных двигателей.The invention relates to the field of diagnostics of the condition of parts of components and assemblies and can be used to assess the residual life of parts, in particular blades of gas turbine aircraft engines.

При эксплуатации различных деталей и устройств из-за старения материалов происходит снижение их остаточного ресурса. В связи с этим весьма актуальной является задача оценки остаточного ресурса деталей. Одним из возможных путей ее решения является проведение акустической диагностики.During the operation of various parts and devices due to aging of materials, their residual life is reduced. In this regard, it is very urgent to assess the residual resource of parts. One possible solution is acoustic diagnostics.

Известен способ контроля дефектности изделия (см. а.с. SU №1552091 за 1990 г., кл. G01N 29/04), заключающийся в том, что в нем возбуждают вынужденные колебания с помощью внешней гармонической силы с изменяющейся частотой, измеряют амплитуду вынужденных колебаний в области резонанса, измеряют ширину регистрируемого резонансного пика, характеризующую добротность резонанса Q≈ и потери энергии в материале детали, и по ней судят о дефектности изделия. Однако рассмотренный способ имеет ряд недостатков, ограничивающих его применение. Во-первых, для проведения испытаний необходимо дорогостоящее оборудование, включающее плавно перестраиваемый генератор синусоидальной силы на основе магнитодинамического преобразователя. Во-вторых, вследствие высокой добротности резонаторов (Q≈10000) для определения относительной ширины резонансных пиков требуются высокоточные измерения. Наконец, в силу использования последовательной измерительной процедуры диагностика изделия занимает значительное время.A known method of controlling the defectiveness of the product (see AS SU No. 1552091 for 1990, class G01N 29/04), which consists in the fact that it stimulates forced oscillations using an external harmonic force with a varying frequency, measure the amplitude of the forced oscillations in the resonance region, measure the width of the recorded resonant peak, which characterizes the Q factor of resonance Q≈ and the energy loss in the material of the part, and it is used to judge the defectiveness of the product. However, the considered method has several disadvantages that limit its use. Firstly, for testing, expensive equipment is required, including a continuously tunable sine wave generator based on a magnetodynamic converter. Secondly, due to the high quality factor of the resonators (Q≈10000), high-precision measurements are required to determine the relative width of the resonant peaks. Finally, due to the use of a consistent measurement procedure, product diagnostics take considerable time.

Известен способ определения дефектности лопаток турбинного колеса (см. US, пат. №6629463 за 2001 г., кл. G01N 29/04), состоящий в том, что в детали ударным воздействием возбуждают собственные упругие акустические колебания, затем с помощью спектрального анализатора измеряют частоты первых трех мод вызванных колебаний и по их значениям судят о дефектности изделия. Недостатком способа является его низкая чувствительность, поскольку частоты мод собственных колебаний незначительно изменяются в процессе старения детали.A known method for determining the defectiveness of the blades of a turbine wheel (see US, Pat. No. 6629463 for 2001, class G01N 29/04), consisting in the fact that in the part by impact impact their own elastic acoustic vibrations are excited, then they are measured using a spectral analyzer the frequencies of the first three modes of induced oscillations and by their values judge the defectiveness of the product. The disadvantage of this method is its low sensitivity, since the frequency of the modes of natural vibrations slightly change during the aging of the part.

Известен способ обнаружения дефектов детали акустической диагностикой (см. пат. JP №3456965 за 2000 г., кл. G01N 29/12), который по характеру применения акустической диагностики может быть использован в качестве прототипа. При проведении испытаний этим способом в контролируемой детали ударным воздействием возбуждают собственные затухающие акустические колебания, улавливают их микрофоном и анализируют форму акустической волны. Наличие дефекта в детали приводит к превышению отношения амплитуд n-го и (n+k)-го максимумов акустической волны, характеризующего декремент затухания вызванных колебаний. Однако у этого способа имеется ряд недостатков. Во-первых, для точного измерения амплитуд пиков волны необходима высокая частота дискретизации сигнала. Во-вторых, используемый способ дает удовлетворительные результаты лишь в случае одномодальных колебаний, так как при многомодальных колебаниях вследствие возникновения биений точность оценки затухания оказывается неудовлетворительной. Наконец, следует отметить и значительную чувствительность рассмотренного способа к шумам, резко снижающим точность диагностики.A known method for detecting defects in parts by acoustic diagnostics (see US Pat. JP No. 3456965 for 2000, class G01N 29/12), which by the nature of the application of acoustic diagnostics can be used as a prototype. When conducting tests in this way in a controlled part by shock, they produce their own damped acoustic vibrations, pick them up with a microphone and analyze the shape of the acoustic wave. The presence of a defect in the part leads to an excess of the amplitude ratio of the nth and (n + k) th maxima of the acoustic wave, which characterizes the damping decrement of the induced oscillations. However, this method has several disadvantages. Firstly, to accurately measure the amplitudes of the wave peaks, a high signal sampling frequency is required. Secondly, the method used gives satisfactory results only in the case of unimodal oscillations, since with multimodal oscillations due to the occurrence of beats, the accuracy of the attenuation estimate is unsatisfactory. Finally, it should be noted the significant sensitivity of the considered method to noise, which sharply reduces the accuracy of diagnostics.

Таким образом, недостатками всех рассмотренных способов являются либо неудовлетворительное отражение процесса старения материала детали, в результате чего они не обеспечивают достаточной точности оценки ее остаточного ресурса, либо необходимость использования дорогостоящего оборудования и высокоточных измерений, требующих значительных временных затрат и существенно удорожающих процедуру диагностики.Thus, the disadvantages of all the considered methods are either an unsatisfactory reflection of the aging process of the material of the part, as a result of which they do not provide sufficient accuracy for estimating its residual life, or the need to use expensive equipment and high-precision measurements that require significant time and significantly increase the cost of the diagnostic procedure.

Задачей изобретения является осуществление технического результата, заключающегося в повышении точности определения ресурса деталей: остаточного - бывших в эксплуатации и полного - новых, а также использованием более чувствительного и помехозащищенного параметра, характеризующего старение материала - скорости затухания логарифмической огибающей основной или нескольких мод собственных колебаний, выделяемых с помощью узкополосной фильтрации. При этом существенно упрощается и ускоряется диагностика ресурса детали.The objective of the invention is the implementation of the technical result, which consists in increasing the accuracy of determining the resource of parts: residual - used and full - new, as well as using a more sensitive and noise-free parameter characterizing the aging of the material - the attenuation rate of the logarithmic envelope of the main or several modes of natural vibrations emitted using narrowband filtering. At the same time, the diagnostics of the part resource is significantly simplified and accelerated.

Технический результат осуществляется тем, что в способе определения остаточного ресурса детали акустической диагностикой, при котором в детали кратковременным ударным воздействием возбуждают собственные упругие акустические колебания, регистрируют и анализируют их параметры, а в качестве информативного параметра выявляют и используют скорость затухания логарифмической огибающей основной моды колебаний, выраженной в дБ/с, и судят об остаточном ресурсе проверяемой детали по экспериментальной тарировочной зависимости скорости затухания логарифмической огибающей основной моды колебаний от наработки, полученной для исследуемой партии деталей.The technical result is achieved by the fact that in the method for determining the residual life of a part by acoustic diagnostics, in which intrinsic elastic acoustic vibrations are excited by a short-term shock action, their parameters are recorded and analyzed, and the attenuation rate of the logarithmic envelope of the main oscillation mode is detected and used, expressed in dB / s, and the residual resource of the part being checked is judged by the experimental calibration dependence of the speed of anija logarithmic envelope of oscillations of the fundamental mode of use, obtained for study kit of parts.

Предлагаемый способ основан на том, что в структуре материала в процессе его старения растет число внутренних дефектов (дислокаций). При возбуждении механических колебаний в детали часть энергии колебаний переходит в тепловую энергию, в результате чего скорость затухания колебаний в таких деталях увеличивается.The proposed method is based on the fact that the number of internal defects (dislocations) increases in the structure of the material during its aging. When mechanical vibrations are excited in a part, part of the vibrational energy is converted into thermal energy, as a result of which the vibration damping rate in such parts increases.

Применение предложенного способа позволяет повысить точность определения остаточного ресурса деталей, снизить трудоемкость и сократить время диагностики, тем самым значительно сэкономить на материальных затратах при проведении испытаний. Вследствие выделения моды колебаний с помощью узкополосной фильтрации на процедуру измерения затухания мало влияет присутствие аддитивных шумов, что существенно повышает точность измерения. Кроме того, вследствие медленного изменения огибающей моды колебаний во времени для обеспечения точности измерений не требуется высокая частота дискретизации, как в случае способа, основанного на непосредственном анализе моды колебаний или акустической волны или моды колебания во временной области.The application of the proposed method can improve the accuracy of determining the residual life of parts, reduce the complexity and reduce the time of diagnosis, thereby significantly saving on material costs during testing. Due to the isolation of the oscillation mode using narrow-band filtering, the presence of additive noise has little effect on the attenuation measurement procedure, which significantly increases the measurement accuracy. In addition, due to the slow variation of the envelope of the vibrational mode over time, a high sampling rate is not required to ensure measurement accuracy, as in the case of a method based on the direct analysis of the vibrational mode or acoustic wave or vibrational mode in the time domain.

В случае возбуждения в исследуемой детали нескольких мод собственных колебаний ее остаточный ресурс детали может быть определен по зависимости затухания логарифмических огибающих нескольких мод вызванных механических колебаний. В результате этого может быть снижено влияние шумовой составляющей при измерениях и получен более точный прогноз остаточного ресурса.In the case of excitation of several modes of natural vibrations in the investigated part, its residual life of the part can be determined by the dependence of the attenuation of the logarithmic envelopes of several modes caused by mechanical vibrations. As a result of this, the influence of the noise component during measurements can be reduced and a more accurate prediction of the residual life can be obtained.

Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

фиг.1 - спектр одного из записанных сигналов, где стрелкой указана главная мода колебаний, частота которой составляет 2652 Гц;figure 1 is a spectrum of one of the recorded signals, where the arrow indicates the main mode of oscillation, the frequency of which is 2652 Hz;

фиг.2 - главная мода колебаний новой лопатки, выделенная с помощью узкополосной фильтрации;figure 2 - the main mode of oscillation of a new blade, selected using narrow-band filtering;

фиг.3 - главная мода колебаний той же лопатки, подверженной старению на вибростенде;figure 3 - the main mode of oscillation of the same blades susceptible to aging on a vibrating stand;

фиг.4 - логарифмическая огибающая выделенной главной моды колебаний новой лопатки;4 is a logarithmic envelope of the selected main oscillation mode of a new blade;

фиг.5 - логарифмическая огибающая выделенной главной моды колебаний лопатки после наработки на вибростенде;5 is a logarithmic envelope of the selected main mode of oscillation of the scapula after operating time on a vibration stand;

фиг.6 - экспериментальная тарировочная зависимость скорости спада логарифмической огибающей основной моды колебаний от величины наработки, где:6 is an experimental calibration dependence of the decay rate of the logarithmic envelope of the main vibration mode from the value of the operating time, where:

V - скорость спада логарифмической огибающей (дБ/с);V is the decay rate of the logarithmic envelope (dB / s);

N - наработка, измеряемая количеством циклов знакопеременной нагрузки определенной интенсивности, приложенной к детали;N is the operating time, measured by the number of cycles of alternating load of a certain intensity applied to the part;

Nразр. - наработка, соответствующая моменту разрушения детали;Nsize - operating time corresponding to the moment of destruction of the part;

Vизм. - измеренная скорость спада логарифмической огибающей;Vism. - the measured decay rate of the logarithmic envelope;

Nост. - остаточный ресурс детали;Nost. - residual resource of the part;

Nост.=Nразр.-N.Nost = Nsize-N.

Для экспериментального подтверждения результатов предлагаемого способа определения остаточного ресурса детали акустической диагностикой исследовали партию лопаток компрессора газотурбинного авиационного двигателя. В исследуемых лопатках партии ударным воздействием возбуждали собственные акустические колебания в лопатке и вводили в компьютер данные через микрофон МД-71. Затем программными средствами определяли спектры записанных сигналов, выделяли главную моду колебаний узкополосным фильтром и находили ее логарифмическую огибающую. Исследовали лопатки из одной партии изготовления (новые и подвергнутые старению (наработке) на вибростенде в течение 20 млн. циклов с удельной нагрузкой σ=40 кг/мм2.For experimental confirmation of the results of the proposed method for determining the residual life of a part by acoustic diagnostics, a batch of compressor blades of a gas turbine aircraft engine was investigated. In the investigated blades of the batch, the shock acoustic waves excited their own acoustic vibrations in the blade and entered data into the computer through the MD-71 microphone. Then, the spectra of the recorded signals were determined by software, the main mode of oscillations was isolated with a narrow-band filter, and its logarithmic envelope was found. We studied blades from one batch of manufacture (new and subjected to aging (production) on a vibration stand for 20 million cycles with a specific load of σ = 40 kg / mm 2 .

При сопоставлении результатов работы (см. фиг.4 и 5) выяснили, что от воздействия наработки увеличилась скорость спада логарифмической огибающей основной моды собственных колебаний лопатки с 7,19 дБ/с до 12,1 дБ/с, то - есть в 1,68 раз. Это означало, что старение материала сопровождалось возрастанием в нем количества механических дефектов, ускоряющих затухание собственных колебаний, и свидетельствовало о высокой чувствительности выбранного параметра к наработке детали.When comparing the results of the work (see Figs. 4 and 5), it was found that from the influence of the operating time, the decay rate of the logarithmic envelope of the main mode of the blade’s own vibrations increased from 7.19 dB / s to 12.1 dB / s, that is, in 1, 68 times. This meant that the aging of the material was accompanied by an increase in the number of mechanical defects accelerating the damping of natural vibrations, and testified to the high sensitivity of the selected parameter to the life of the part.

Таким образом, экспериментально была подтверждена связь скорости затухания логарифмической огибающей моды собственных колебаний детали с ее остаточным ресурсом.Thus, the relationship between the attenuation rate of the logarithmic envelope of the mode of natural vibrations of the part and its residual life was experimentally confirmed.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемый способ обеспечивает достаточную точность определения остаточного ресурса детали и снижает трудозатраты на проводимую операцию.From the foregoing, it follows that the proposed method provides sufficient accuracy for determining the residual life of the part and reduces labor costs for the operation.

Claims (2)

1. Способ определения остаточного ресурса детали акустической диагностикой, при котором в детали кратковременным ударным воздействием возбуждают собственные упругие акустические колебания, регистрируют и анализируют их параметры, отличающийся тем, что в качестве информативного параметра выявляют и используют скорость затухания логарифмической огибающей основной моды колебаний и об остаточном ресурсе судят по полученной для исследуемой партии деталей экспериментальной тарировочной зависимости скорости затухания логарифмической огибающей основной моды колебаний от наработки.1. A method for determining the residual life of a part by acoustic diagnostics, in which intrinsic elastic acoustic vibrations are excited by a short-term shock action, their parameters are recorded and analyzed, characterized in that the attenuation rate of the logarithmic envelope of the main vibration mode and the residual are detected and used as an informative parameter the resource is judged by the experimental calibration dependence of the attenuation rate of the logarithmic attenuation obtained for the test batch bending oscillations of the fundamental mode of use. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценка остаточного ресурса детали осуществляется по результатам измерений скоростей затухания нескольких мод собственных колебаний.2. The method according to claim 1, characterized in that the assessment of the residual life of the part is carried out according to the measurement results of the attenuation rates of several modes of natural oscillations.
RU2006125104/28A 2006-07-13 2006-07-13 Method of determining service life of part RU2320987C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006125104/28A RU2320987C1 (en) 2006-07-13 2006-07-13 Method of determining service life of part

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006125104/28A RU2320987C1 (en) 2006-07-13 2006-07-13 Method of determining service life of part

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2320987C1 true RU2320987C1 (en) 2008-03-27

Family

ID=39366383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006125104/28A RU2320987C1 (en) 2006-07-13 2006-07-13 Method of determining service life of part

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2320987C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485492C1 (en) * 2011-12-26 2013-06-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт" (ФГБУ "ААНИИ") Method and device for detection and diagnostics of defects in marine ice-resistant platforms
RU2617242C2 (en) * 2012-02-24 2017-04-24 Снекма Facility for detecting defects by acoustic analysis of aircraft turbomachine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.В.КЛЮЕВ СПРАВОЧНИК, НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА. - М.: МАШИНОСТРОЕНИЕ, 1995, с.210, 211. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485492C1 (en) * 2011-12-26 2013-06-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт" (ФГБУ "ААНИИ") Method and device for detection and diagnostics of defects in marine ice-resistant platforms
RU2617242C2 (en) * 2012-02-24 2017-04-24 Снекма Facility for detecting defects by acoustic analysis of aircraft turbomachine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5351543A (en) Crack detection using resonant ultrasound spectroscopy
Brindley et al. Acoustic emission—3: The use of ring-down counting
US11092573B2 (en) Apparatus, systems, and methods for determining nonlinear properties of a material to detect early fatigue or damage
US10067094B2 (en) Part evaluation system/method using both resonance and surface vibration data
Jin et al. Impact-based nonlinear acoustic testing for characterizing distributed damage in concrete
CN110231400A (en) Fine definition non-linear detection method towards automobile weld seam tiny flaw
Delrue et al. Non-destructive evaluation of kissing bonds using local defect resonance (LDR) spectroscopy: a simulation study
RU2320987C1 (en) Method of determining service life of part
RU2362136C1 (en) Method for impact testing of construction
US9335300B2 (en) Saw mode-based surface defect system/method
CN109738518B (en) Method and device for evaluating heat treatment effect of material through nonlinear electromagnetic ultrasonic resonance
RU2308028C2 (en) Method of detecting object defects
CA2485982A1 (en) Method and device for detecting changes or damages to pressure vessels while or after undergoing a hydraulic pressure test
Donskoy et al. Detection and characterization of defects with vibro-acoustic modulation technique
US9228981B2 (en) Resonance inspection-based surface defect system/method
Houhat et al. One-dimensional parametric study of damage detection in a solid material using a Nonlinear Wave Modulation Spectroscopy (NWMS) technique
RU2334225C1 (en) Control method of product defectiveness
RU2748291C1 (en) Method for determining defective object
RU2354932C2 (en) Resonance method of ultrasonic thickness measurement
RU2329498C1 (en) Method of ultrasonic inspection of parts made of alloys (versions)
RU2732469C1 (en) Method for detection of gas turbine engine blade crack
RU2797126C1 (en) Device for concrete strength measurement
RU2805106C1 (en) Device for concrete strength measurement
SU1753626A1 (en) Method of nondestructive testing of piezoceramic converter
RU2616758C1 (en) Method of controlling unit defectiveness

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20170116

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20190801