RU2506575C1

RU2506575C1 - Method of thermal monitoring of reliability of structures from polymer composite materials by analysis of internal stresses and device for its realisation

Info

Publication number: RU2506575C1
Application number: RU2012136056/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Николаевич Будадин; Александр Алексеевич Кульков; Андрей Николаевич Пичугин
Original assignee: Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-02-10

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention relates to the field of measurement equipment and may be used to assess reliability of structures from polymer composite materials. The method includes power effect at the surface of the structure and recording of the changes it specifies. Before application of the loads they measure the initial temperature of the monitored structure. In process of monitoring they measure temperature of air near the external surface of the controlled structure. The power effect at the surface of the structure is carried out by exposure of the investigated structure to the increasing static load P. In process of application of the dynamic load they continuously perform recording of the temperature field T. Analysis of the temperature field with the specified period of change variation is carried out continuously. Following the results of the analysis they generate an information signal for detection of the sections of lower strength or detection of defects. On the basis of analysis of temperature field they determine availability of internal residual stresses of the investigated structure and availability of internal defects in it. A device is proposed for realisation of the method.

EFFECT: increased validity of results of assessment of technical and operating condition of structures and their elements from PCM.

6 cl, 17 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе контроля внутренних напряжений путем анализа динамических температурных полей конструкции при ее нагружении статической или динамической нагрузкой.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used to assess the reliability of structures made of polymer composite materials (PCM) based on the control of internal stresses by analyzing the dynamic temperature fields of a structure when it is loaded with a static or dynamic load.

Изобретение может быть использовано для контроля надежности сложных пространственных конструкций из ПКМ как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации: пространственных сетчатых конструкций, отсеков космических аппаратов, ракетных двигателей, трубопроводов, герметичных сосудов и т.п. Особенно эффективно применение заявленного изобретения при испытании потенциально опасных и дорогих в изготовлении конструкций, к которым с одной стороны предъявляются высокие требования по надежности эксплуатации, а с друглй стороны они являются достаточно дорогими и трудоемкими в изготовлении для того, чтобы достаточно большое количество конструкций можно было испытать методами разрушающего контроля, т.е. разрушить. При этом требуется определить потенциально опасные места (узлы конструкции), которые в первую очередь могут разрушиться (вследствие наличия дефектов, пониженной прочности или других причин)при нагрузках, что может привести к аварии и которые возможно необходимо укреплять.The invention can be used to control the reliability of complex spatial structures from PCM both in the production process and in the process of operation: spatial mesh structures, spacecraft compartments, rocket engines, pipelines, pressurized vessels, etc. Particularly effective is the application of the claimed invention when testing potentially dangerous and expensive structures to manufacture, on which, on the one hand, high demands are placed on the reliability of operation, and on the other hand, they are quite expensive and time-consuming to manufacture so that a sufficiently large number of structures can be tested destructive control methods, i.e. to destroy. In this case, it is necessary to identify potentially dangerous places (structural units), which in the first place can be destroyed (due to the presence of defects, reduced strength or other reasons) under loads, which can lead to an accident and which may need to be strengthened.

Перспективным направлением в современной технике является использование полимерных композиционных материалов, обладающих рядом преимуществ перед традиционными материалами - металлами, особенно в авиакосмических отраслях техники, машиностроении, энергетики и др. Такие материалы требуют особого подхода, новых решений при разработке и создании методов и средств оценки надежности их эксплуатации. Это вызвано большим разнообразием видов таких материалов, специфическими особенностями конструкций из них и технологией изготовления, и случайным изменением физико-механических и прочностных характеристик, большим разнообразием типов дефектов, возникающих в процессе изготовления.A promising direction in modern technology is the use of polymer composite materials, which have several advantages over traditional materials - metals, especially in the aerospace industries, engineering, energy, etc. Such materials require a special approach, new solutions in the development and creation of methods and means of assessing their reliability operation. This is due to the wide variety of types of such materials, the specific features of the structures made of them and the manufacturing technology, and the random change in the physicomechanical and strength characteristics, a large variety of types of defects that occur during the manufacturing process.

Кроме того, эти материалы в большинстве отраслей промышленности работают в условиях статических и динамических нагрузок.In addition, these materials in most industries operate under static and dynamic loads.

Повысить качество конструкций невозможно без достоверной оценки критериев качества. Соответственно невозможна разработка мероприятий и технологий по повышению качества конструкций. Одним из признаков качества конструкций является наличие концентраторов напряжений, которые, как правило, образуются в местах пониженной прочности, либо в материале, имеющем нарушении сплошности.It is impossible to improve the quality of structures without a reliable assessment of quality criteria. Accordingly, it is impossible to develop measures and technologies to improve the quality of structures. One of the signs of structural quality is the presence of stress concentrators, which, as a rule, are formed in places of reduced strength, or in a material that has a discontinuity.

Учитывая, что такие конструкции являются, как правило, достаточно дорогими, как в стоимостном выражении, так и в трудоемкости изготовления, необходимо с одной стороны каждую конструкцию подвергать испытанию на предмет соответствия ее прочностных характеристик требуемым, а с другой стороны, эти испытания должны минимально «травмировать» конструкцию при максимальной информативности результатов испытаний.Given that such structures are, as a rule, quite expensive, both in cost terms and in the complexity of manufacturing, it is necessary, on the one hand, to test each structure for compliance with its strength characteristics as required, and on the other hand, these tests should be minimally “ to injure ”the design with the maximum information content of the test results.

Износ основных фондов и технического оборудования, снижение качества материала и другие подобные причины приводит к снижению надежности эксплуатации конструкций из ПКМ.Depreciation of fixed assets and technical equipment, a decrease in the quality of the material and other similar causes leads to a decrease in the reliability of operation of structures made from PCM.

Например, усталость ПКМ, особенности технологии их изготовления и т.п. приводят к возникновению остаточных внутренних напряжений, которые вызывают нарушение сплошности и, в конечном итоге, приводят к разрушению материала и конструкции. Это явление широко описано в литературе. В последнее время принят ряд программ, направленных на исправление ситуации: модернизация производств, повышение качества материалов и др. Однако полное решение данных задач в настоящее время затруднена по финансовым причинам.For example, PKM fatigue, features of their manufacturing technology, etc. lead to the appearance of residual internal stresses that cause discontinuity and, ultimately, lead to the destruction of the material and structure. This phenomenon is widely described in the literature. Recently, a number of programs have been adopted aimed at correcting the situation: modernization of production, improving the quality of materials, etc. However, the full solution of these problems is currently difficult for financial reasons.

В этой связи большое значение приобретают неразрушающие методы контроля и диагностики таких конструкций. Они позволяют объективно определять фактическое состояние конструкции, оценить надежность их эксплуатции и дать рекомендации по ее ремонту или восстановлению.In this regard, non-destructive methods for monitoring and diagnosing such structures are of great importance. They allow you to objectively determine the actual state of the structure, evaluate the reliability of their operation and give recommendations for its repair or restoration.

Известен способ определения остаточных напряжений в пластинах (авт. свид СССР №1543259), согласно которому объект контроля освещают когерентным светом, записывают голограмму поверхности, удаляют часть материала, создают локальную зону деформаций путем точечной нагрузки в зоне перемещений, вызванных удалением материала, записывают голограмму поверхности вторично. Величину и знак остаточных напряжений определяют по числу интерференционных полос и их искажению. Этот способ применим исключительно для плоских деталей, сопряжен с разрушением материала и используется для научных исследований в лабораториях.A known method for determining the residual stresses in the plates (ed. USSR Certificate No. 1543259), according to which the control object is illuminated with coherent light, records a hologram of the surface, removes part of the material, creates a local zone of deformations by means of a point load in the zone of displacements caused by material removal, records the hologram of the surface secondarily. The magnitude and sign of the residual stresses is determined by the number of interference fringes and their distortion. This method is applicable exclusively to flat parts, is associated with the destruction of the material and is used for scientific research in laboratories.

Известен способ определения остаточных напряжений по патенту РФ №2032162, согласно которому в испытуемый материал статически вдавливают пирамидальный индентор до образования отпечатка с развивающимися хрупкими трещинами, измеряют усилие и параметры трещины, оценивают топологию трещин, определяют равновесное и эффективное значения вязкости разрушения, а величину остаточных напряжений рассчитывают по известным соотношениям с учетом линейных размеров действительного зерна в покрытии.A known method for determining residual stresses according to RF patent No. 2032162, according to which a pyramidal indenter is statically pressed into the test material until an imprint with developing brittle cracks is formed, stress and crack parameters are measured, crack topology is evaluated, the equilibrium and effective values of fracture toughness are determined, and the value of residual stresses calculated according to known ratios, taking into account the linear dimensions of the actual grain in the coating.

Способ сложен в осуществлении и применим только в лабораторных целях.The method is difficult to implement and is applicable only for laboratory purposes.

Известен также способ неразрушающего контроля физико-механических свойств полимерного материала или конструкции из полимерного материала: патент BY 10472. Он основан на силовом воздействии на материал и анализе реакции материала. Недостаток данного способа аналогичен недостаткам способа по предыдущему патенту.There is also a method of non-destructive testing of the physicomechanical properties of a polymeric material or structure made of a polymeric material: patent BY 10472. It is based on the force acting on the material and analysis of the reaction of the material. The disadvantage of this method is similar to the disadvantages of the method according to the previous patent.

Наиболее близким к заявленным способу и устройству является способ диагностики остаточных внутренних напряжений конструкций и реализующее его устройство, раскрытые в авт. свид. СССР №1717941. Известные способ и устройство позволяют осуществить тепловой контроль надежности конструкций в частности из полимерных композиционных материалов по анализу внутренних напряжений. Известный способ включает силовое воздействие на поверхность конструкции и регистрацию голографических интерферограмм, по анализу которых судят о величине внутренних напряжений. Известное устройство включает систему нагружения и устройство для регистрации голографических интерферограмм.Closest to the claimed method and device is a method for diagnosing residual internal stresses of structures and implementing its device, disclosed in ed. testimonial. USSR No. 1717941. The known method and device allow thermal control of the reliability of structures in particular from polymer composite materials to analyze internal stresses. The known method includes the force on the surface of the structure and registration of holographic interferograms, the analysis of which judges the magnitude of internal stresses. The known device includes a loading system and a device for recording holographic interferograms.

Недостаток известных способа и устройства заключается в следующем.A disadvantage of the known method and device is as follows.

Способ и устройство требуют дорогостоящего высокоточного оптического оборудования (топографического интерферометра), который имеет ограниченное применение в реальных условиях эксплуатации (имеются ограничения по влажности воздуха, температуре и т.п.). Кроме того, данный способ требует высокоточного силового воздействия на поверхность для получения голографических интерферограмм. Поэтому данный способ и устройство применимы только в лабораторных условиях для исследования небольших по размеру образцов и не пригоден для контроля реальных конструкций в натурных условиях эксплуатации: силовых конструкций мостовых и портальных кранов, железнодорожных и автомобильных мостов и др. аналогичных конструкций, которые в течение нескольких десятков лет находятся в условиях периодических силовых нагрузок.The method and device require expensive high-precision optical equipment (topographic interferometer), which has limited use in real operating conditions (there are restrictions on air humidity, temperature, etc.). In addition, this method requires a high-precision force on the surface to obtain holographic interferograms. Therefore, this method and device is applicable only in laboratory conditions for the study of small-sized samples and is not suitable for monitoring real structures in full-scale operating conditions: power structures of bridge and portal cranes, railway and automobile bridges, and other similar structures that last for several tens years are in conditions of periodic power loads.

Поэтому на сегодняшний день имеется потребность в создании способа и устройства диагностики технического состояния реальных конструкций, который может применяться на практике для широкого круга объектов с использованием простого и точного оборудования.Therefore, today there is a need to create a method and device for diagnosing the technical condition of real structures, which can be applied in practice for a wide range of objects using simple and accurate equipment.

Принципиально подход к решению задач определения и локализации областей концентрации внутренних напряжений и вызванных ими дефектов типа нарушений сплошности (например, трещин) стал возможен с развитием средств диагностики, основанных на регистрации и анализе температурных полей поверхности контролируемой конструкции. Наиболее значимые результаты появились в последнее десятилетие.Fundamentally, the approach to solving the problems of determining and localizing the concentration regions of internal stresses and the defects caused by them, such as continuity disturbances (for example, cracks), became possible with the development of diagnostic tools based on registration and analysis of the temperature fields of the surface of the controlled structure. The most significant results have appeared in the last decade.

Это связано с появлением современной портативной тепловизионной техники, например, см. О.Н. Будадин и др., Тепловой неразрушающий контроль изделий, М., Наука, 2002, стр.338-393, во-вторых, с созданием современного математического аппарата (там же, стр.39-89), позволяющего решать прямые и обратные задачи нестационарной теплопередачи, что дало возможность перехода от дефектоскопии (обнаружения дефектов) к дефектометрии (распознавания внутренних дефектов, определения их характеристик и оценки остаточного ресурса изделий).This is due to the advent of modern portable thermal imaging equipment, for example, see O.N. Budadin et al., Thermal Non-Destructive Testing of Products, M., Nauka, 2002, pp. 338-393, and secondly, with the creation of a modern mathematical apparatus (ibid., Pp. 39-89), which allows solving direct and inverse problems of non-stationary heat transfer, which made it possible to switch from flaw detection (defect detection) to defectometry (recognition of internal defects, determination of their characteristics and assessment of the residual life of products).

Изобретение направлено на решение задачи обеспечения оперативного контроля технического состояния сложных конструкций и их элементов из ПКМ в процессе производства и в реальных условиях эксплуатации, в т.ч. в условиях нагрузки с оценкой их остаточного ресурса, определении участков пониженной прочности, дефектных участков (участков, не соответствующих нормативным документам), разработке рекомендаций для устранения дефектов или восстановления конструкции.The invention is aimed at solving the problem of providing operational control of the technical condition of complex structures and their elements from PCM in the production process and in real operating conditions, including under load conditions with an assessment of their residual life, determination of areas of reduced strength, defective areas (areas that do not comply with regulatory documents), development of recommendations for eliminating defects or restoring the structure.

Т.е. в конечном итоге изобретение направлено на повышение безопасности эксплуатации сложных потенциально опасных конструкций, находящихся под непрерывными или циклическими нагрузками (механическими, внутренним давлением и др.).Those. ultimately, the invention is aimed at improving the safety of the operation of complex potentially hazardous structures under continuous or cyclic loads (mechanical, internal pressure, etc.).

Имеются неоднократные попытки решить эту проблему с помощью дефектоскопии различными методами - ультразвуковым, радиоволновым и т.п. Однако это не приводило к желаемым результатам. Это связано с рядом причин.There are repeated attempts to solve this problem using flaw detection using various methods - ultrasonic, radio wave, etc. However, this did not lead to the desired results. There are several reasons for this.

1. Как правило, методы дефектоскопии позволяют обнаруживать макродефекты, в то время как нарушения снижение прочности может быть обусловлено, как правило, в основном, микородефектами (микротрещины, микропоры и т.п.), но и рядом других факторов, которые не поддаются обнаружению методами дефектоскопии: нарушением состава материала, нарушением технологии изготовления и т.п.1. Typically, flaw detection methods can detect macrodefects, while violations of the strength reduction can be caused, as a rule, mainly by microdefects (microcracks, micropores, etc.), but also by a number of other factors that cannot be detected flaw detection methods: violation of the composition of the material, violation of manufacturing technology, etc.

2. Микродефекты, которые обуславливают снижение надежности, в основном образуются в процессе нагружения контролируемой конструкции какими - либо нагрузка (силовыми статическими или динамическими, внутренним давлением для баллонов и др.), а методы дефектоскопии, в основном, не позволяют проводить неразрушающий контроль в процессе нагружения конструкций. Кроме того, это опасно с точки зрения техники безопасности, т.к. для проведения дефектоскопии конструкций около нее должен находиться оператор дефектоскопист.2. Microdefects, which cause a decrease in reliability, are mainly formed during loading of the controlled structure with some kind of load (static or dynamic force, internal pressure for cylinders, etc.), and flaw detection methods mainly do not allow non-destructive testing in the process loading structures. In addition, it is dangerous from a safety point of view, as to conduct a flaw detection of structures, a flaw detector operator should be near it.

Таким образом, встала задача создания способа, повышающего остаточный ресурс конструкций, работающих в условиях нагрузок, путем снижения «травмируемое™» конструкций при их контроле, повышения достоверности обнаружения дефектов в процессе его нагружения, локализующего участки нахождения участков пониженной прочности и дефектов.Thus, the task was to create a method that increases the residual life of structures operating under stress by reducing the “injured ™” structures during their control, increasing the reliability of detection of defects during loading, which localizes areas of finding areas of reduced strength and defects.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленной группы изобретений по сравнению с ближайшим аналогом, заключается в повышении достоверности обнаружения локальных участков пониженной прочности при снижении «травмируемое™» конструкции, повышении достоверности результатов оценки технического и эксплуатационного состояния сложных конструкций и их элементов из ПКМ.The technical result achieved by using the claimed group of inventions in comparison with the closest analogue is to increase the reliability of detection of local areas of reduced strength while reducing the “injured ™” structure, increasing the reliability of the results of assessing the technical and operational status of complex structures and their elements from PCM.

Технический результат достигается за счет того, что в способе выполняют следующие действия:The technical result is achieved due to the fact that the method performs the following actions:

1. Измеряют начальную температуру контролируемой конструкции до приложения нагрузок (Т_изд).1. Measure the initial temperature of the controlled structure to the application of loads (T _ed ).

2. Измеряют температуру воздуха вблизи наружной поверхности контролируемой конструкции в процессе проведения контроля (Т_возд), устанавливают величину сигнала, соответствующую пороговому значению сигнала на дефекте (ΔТ_пор):2. Measure the air temperature near the outer surface of the controlled structure during the control process (T _air ), set the signal value corresponding to the threshold value of the signal on the defect (ΔT _then ):

ΔТ_пор=ΔТ₀(Т_изд/Т₀), гдеΔT _then = ΔT ₀ (T _ed / T ₀ ), where

ΔТ₀ - пороговое значение сигнала на дефекте при температуре конструкции (Т₀),ΔТ ₀ - threshold value of the signal at the defect at the temperature of the structure (T ₀ ),

i - номер измерения,i is the measurement number,

на исследуемую конструкцию воздействуют возрастающей статической нагрузкой (Р) в течении времени (t_st), при этом величина (Р) возрастает от 0 до P_max, где P_max - максимальное значение статической нагрузки для данной конструкции,the studied design is affected by an increasing static load (P) over time (t _st ), while the value (P) increases from 0 to P _max , where P _max is the maximum value of the static load for this design,

в процессе приложения динамической нагрузки регистрацию температурного поля T(x,y)_i осуществляют непрерывно во времени с помощью тепловизионного устройства с заданным периодом (τ) и с пространственным периодом (шагом - Δа), определяемым размерами минимального дефекта конструкции.in the process of applying a dynamic load, the temperature field T (x, y) _{i is} recorded continuously in time using a thermal imaging device with a given period (τ) and with a spatial period (step - Δа), determined by the size of the minimum structural defect.

i - номер измерения,i is the measurement number,

х,у - геометрические координаты контролируемой конструкции. непрерывно с заданным периодом (τ) изменения нагрузки проводят анализ температурного поля Т(х,у)_i, по результатам которого формируется информационный (например, электрический) сигнал «U» с целью обнаружения участков пониженной прочности или обнаружения дефектов и прекращения нагружения конструкции для недопущения ее разрушения:x, y are the geometric coordinates of the controlled structure. continuously with a given period (τ) of load change, an analysis of the temperature field T (x, y) _i is carried out, which results in the formation of an information (for example, electric) signal “U” in order to detect areas of reduced strength or to detect defects and stop loading of the structure to prevent its destruction:

гдеWhere

ΔT_i - величина аномалии температурного поля Т(х,у)_i,ΔT _i is the magnitude of the anomaly in the temperature field T (x, y) _i ,

AT_i = Т_изд - (T(x,y)_i)_max AT _i = T _ed - (T (x, y) _i ) _max

grad(ΔT_i)=|ΔT_i-ΔT_i+1|grad (ΔT _i ) = | ΔT _i -ΔT _{i + 1} |

(grad(ΔT_i))_пор - предельное значение величины, которое является признаком начала разрушения конструкции,(grad (ΔT _i )) _then - the limit value of the quantity, which is a sign of the beginning of the destruction of the structure,

i_max - номер последнего измерения,i _max is the number of the last measurement,

по анализу температурного поля Т(х,у)_I, величин ΔT_i, grad(ΔT_i), i_max с учетом физико-механических, конструктивных и теплотехнических параметров исследуемой конструкции, а также условий ее силового нагружения определяют наличие внутренних остаточных напряжений исследуемой конструкции и наличие в ней внутренних дефектов, например, путем решения обратной задачи теплопроводности (см., например, книгу авторов Потапов А.И., Колганов В.И. и др. Тепловой неразрушающий контроль изделий. - Москва, Наука, 2002, 476 с., или книгу авторов Салихов З.Г., Будадин О.Н., Ишметьев Е.Н. и др. Инженерные основы теплового контроля. Опыт промышленного применения. - М.: ИД МИСиС, 2008, - 476 с. В качестве физико-механических характеристик используются, например, модуль упругости, модуль сдвига и др. аналогичные параметры; в качестве теплотехнических характеристик используются: плотность, теплоемкость, теплопроводность, коэффициент теплообмена, коэффициенты объемного и линейного температурного расширения; в качестве конструктивных характеристик используются геометрические характеристики (размеры) контролируемой конструкции; условия силового нагружения представляют собой: способ приложения нагрузки (например, локальный или рассредоточенный), временную зависимость прилагаемой нагрузки, вектор прилагаемой нагрузки и т.п.by analyzing the temperature field T (x, y) _I , the quantities ΔT _i , grad (ΔT _i ), i _max taking into account the physicomechanical, structural, and thermal parameters of the structure under study, as well as the conditions of its force loading, the presence of internal residual stresses of the structure under study is determined and the presence of internal defects in it, for example, by solving the inverse problem of heat conduction (see, for example, the book of authors Potapov AI, Kolganov VI, etc. Thermal non-destructive testing of products. - Moscow, Nauka, 2002, 476 p. ., or a book of authors Salikhov ZG, Budadin ON, Ishmetyev E.N. et al. Engineering fundamentals of thermal control. Experience in industrial applications. - M .: ID MISiS, 2008, 476 pp. As physical and mechanical characteristics, for example, elastic modulus, shear modulus, and other similar parameters are used. ; as thermal characteristics are used: density, heat capacity, thermal conductivity, heat transfer coefficient, volume and linear temperature expansion coefficients; as design characteristics, geometric characteristics (dimensions) of the controlled structure are used; conditions of power loading are: a method of applying a load (for example, local or dispersed), the time dependence of the applied load, the vector of the applied load, etc.

По анализу температурного поля Т(х,у)_i величин ΔT_i, grad(ΔT_i), i_max с учетом параметров исследуемой конструкции делают заключение о достаточности величины и характеристик прикладываемых механических нагрузокBased on the analysis of the temperature field T (x, y) _{i of the} quantities ΔT _i , grad (ΔT _i ), i _max , taking into account the parameters of the structure under study, they conclude that the magnitude and characteristics of the applied mechanical loads are sufficient

,

где t - текущее время приложения нагрузки,where t is the current load application time,

и при необходимости изменяют значения параметров нагрузок, например, P_max, t_st, либо вводят сложную нагрузку Р=P(t), где t={0; t_st} и проводят повторный контроль.and if necessary, change the values of the load parameters, for example, P _max , t _st , or enter a complex load P = P (t), where t = {0; t _st } and re-control.

При этом под величиной прикладываемой нагрузки понимается ее численное значение (например, в «ньютонах»), а под характеристикой прилагаемой нагрузки понимается: способ приложения нагрузки - локальная или распределенная по направлению или площади конструкции; вектор нагрузки; зависимость нагрузки (всей или приходящейся на какой-либо элемент конструкции) от времени.Moreover, the magnitude of the applied load is understood to be its numerical value (for example, in “Newtons”), and the characteristic of the applied load is understood as: the method of applying the load - local or distributed in the direction or area of the structure; load vector; the dependence of the load (all or attributable to any structural element) on time.

Прекращают процесс нагружения после обнаружения дефектов или участков пониженной прочности по температурному полю.Stop the loading process after detecting defects or areas of reduced strength in the temperature field.

Регистрацию температурного поля конструкции осуществляют бесконтактно с помощью тепловизионного устройства.The registration of the temperature field of the structure is carried out non-contact using a thermal imaging device.

Пространственный период регистрации температурного поля определяют путем решения системы уравнений:The spatial period of registration of the temperature field is determined by solving a system of equations:

где Δx_дmin, Δ_дmin - геометрические размеры температурного отклика от минимального дефекта контролируемой конструкции,where Δx _dmin , Δ _dmin - geometric dimensions of the temperature response from the minimum defect of the controlled structure,

Оптимальный интервал последовательной регистрации и анализа температурного поля Т(х,у), (τ) на исследуемой конструкции определяют путем решения уравненияThe optimal interval for sequential registration and analysis of the temperature field T (x, y), (τ) on the studied structure is determined by solving the equation

.

f(T) - плотности распределения длительности во времени информационного сигнала,f (T) - density distribution of the duration in time of the information signal,

τ - временной интервала измерения,τ - time interval of measurement,

F - вероятность пропуска информационного сигналаF - probability of skipping the information signal

Т₀ - временная разрешающая способность измерительных датчиков,T ₀ - temporary resolution of the measuring sensors,

Диапазон размеров дефектов контролируемой конструкции, начиная с минимального размера (Δx_дmin, Δу_дmin), определяют решая систему уравнений:The range of sizes of defects of a controlled design, starting with the minimum size (Δx _dmin , Δy _dmin ), is determined by solving the system of equations:

гдеWhere

δ - вероятность того, что (Δх_дi, Δу_дi)≥(Δx _дmin, Δу_дmin)δ is the probability that (Δx _di , Δy _di ) ≥ (Δ x _dmin , Δy _dmin )

р(ΔХ_i) - функция распределения величин Δх_дi, Δу_дi.p (ΔX _i ) is the distribution function of the quantities Δx _di , Δy _di .

Технический результат в части устройства обеспечивается тем, что в устройство теплового контроля надежности конструкций из полимерных композиционных материалов по анализу внутренних напряжений, содержащее систему нагружения контролируемой конструкции и средства регистрации, ведены система управления выключением/включением системы нагружения, первый и второй блоки памяти, первый - пятый сумматоры, блок задержки, блок вычисления, индикатор номера измерения температурного поля, делитель, умножитель и счетчик, а средства регистрации представляют собой датчик измерения температуры контролируемой конструкции и датчик измерения температуры воздуха вблизи поверхности конструкции, при этом вход датчика измерения температуры контролируемой конструкции подключен к третьему выходу индикатора номера измерения температурного поля, к которому подключен также второй вход датчика измерения температуры воздуха вблизи контролируемой поверхности конструкции, первый, второй и третий выходы датчика измерения температуры контролируемой конструкции подключены к первому входу первого сумматора, к первому входу блока вычисления и к первому входу делителя, датчик измерения температуры воздуха вблизи поверхности конструкции установлен с возможностью измерения температуры наружной поверхности контролируемо конструкции, выход датчика измерения температуры воздуха вблизи поверхности контролируемой конструкции подключен к второму входу блока вычисления, выход блока вычисления подключен ко второму входу первого сумматора, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, в первый блок памяти заложена информация о параметрах изделия, первый и второй выходы первого блока памяти подключены ко второму входу умножителя и второму входу делителя соответственно, выход делителя подключен к первому входу умножителя, выход которого подключен ко второму входу третьего сумматора, к первому входу которого подключен выход второго сумматора, вход тепловизионного устройства оптически связан с поверхностью контролируемого изделия, первый и второй выходы тепловизионного устройства подключены к первому входу второго блока памяти и к входу индикатора номера измерения температурного поля, ко второму входу второго блока памяти подключен первый выход индикатора номера измерения температурного поля, выход второго блока памяти подключен к первому входу второго сумматора, второй выход индикатора номера измерения температурного поля подключен к первому входу счетчика, выход которого подключен ко второму входу тепловизионного устройства, выход третьего сумматора подключен к пороговому устройству, первый и второй выходы порогового устройства подключены соответственно одновременно - ко второму входу счетчика и второму входу системы управления выключением/включением системы нагружения и к первому входу системы управления выключением/включением системы нагружения, а выход системы управления выключением/включением системы нагружения подключен к входу системы нагружения, второй выход второго сумматора подключен одновременно к первому входу четвертого сумматора и входу блока задержки, выход которого подключен ко второму входу четвертого сумматора, выход которого подключен к первому входу пятого сумматора, второй вход которого подключен к третьему выходу первого блока памяти, а выход пятого сумматора подключен ко второму входу порогового устройства.The technical result in terms of the device is ensured by the fact that the thermal control device for the reliability of structures made of polymer composite materials for the analysis of internal stresses, containing a loading system of a controlled structure and recording means, a control system for turning off / on the loading system, the first and second memory blocks, the first - fifth adders, delay unit, calculation unit, temperature field measurement number indicator, divider, multiplier and counter, and recording means constitute a temperature measurement sensor of the controlled structure and an air temperature measurement sensor near the surface of the structure, while the input of the temperature measurement sensor of the controlled structure is connected to the third output of the temperature field measurement number indicator, to which is also connected a second input of the air temperature measurement sensor near the controlled surface of the structure, the first , the second and third outputs of the temperature measurement sensor of the controlled structure are connected to the first input of the first adder, to the first input of the calculation unit and to the first input of the divider, the air temperature measurement sensor near the surface of the structure is installed with the ability to measure the temperature of the outer surface of the controlled structure, the output of the air temperature measurement sensor near the surface of the controlled structure is connected to the second input of the calculation unit, the output of the calculation unit connected to the second input of the first adder, the output of which is connected to the second input of the second adder, in the first memory block information on product parameters, the first and second outputs of the first memory block are connected to the second input of the multiplier and the second input of the divider, respectively, the output of the divider is connected to the first input of the multiplier, the output of which is connected to the second input of the third adder, the first input of which is connected to the output of the second adder, input thermal imaging device is optically connected to the surface of the product being monitored, the first and second outputs of the thermal imaging device are connected to the first input of the second memory unit and to the input of of the temperature field measurement number, the first output of the temperature field measurement number indicator is connected to the second input of the second memory unit, the output of the second memory unit is connected to the first input of the second adder, the second output of the temperature field measurement number indicator is connected to the first input of the counter, the output of which is connected to the second the input of the thermal imaging device, the output of the third adder is connected to the threshold device, the first and second outputs of the threshold device are connected respectively simultaneously - about the second input of the counter and the second input of the control system for turning off / on the loading system and to the first input of the control system for turning off / on the loading system, and the output of the control system for turning off / on the loading system is connected to the input of the loading system, the second output of the second adder is connected simultaneously to the first input the fourth adder and the input of the delay unit, the output of which is connected to the second input of the fourth adder, the output of which is connected to the first input of the fifth adder, the second input One of which is connected to the third output of the first memory block, and the output of the fifth adder is connected to the second input of the threshold device.

Сущность изобретения и возможность достижения технического результата будут более понятны из последующего описания со ссылками на позиции чертежей, где на:The invention and the possibility of achieving a technical result will be more clear from the following description with reference to the position of the drawings, where:

фиг.1 приведены фотографии конструкции из ПКМ с реальными дефектами: макродефектами типа нарушения сплошности и дефектами нарушения структуры,figure 1 shows photographs of a structure made of PCM with real defects: macrodefects such as discontinuities and structural defects,

фиг.2 приведены, в качестве примера, гистограммы распределения размеров нарушения сплошности р(Δх). Таким образом, осуществляется измерение герметрических размеров минимального дефекта контролируемой конструкции Δx_дmin, Δy_дmin.figure 2 shows, as an example, a histogram of the distribution of sizes of discontinuity p (Δx). Thus, the measurement of the hermetic dimensions of the minimum defect of the controlled structure is Δx _dmin , Δy _dmin .

фиг.3 приведена, в качестве примера, термограмма одной из поверхностей исследуемого объекта,figure 3 shows, as an example, a thermogram of one of the surfaces of the investigated object,

фиг.4 приведена функциональная схема регистрации термограммы для измерения температурного поля Т(х,у),figure 4 shows a functional diagram of the registration of thermograms for measuring the temperature field T (x, y),

фиг.5 отмечен контур области L(х,у) на термограмме поверхности,5 marked the contour of the region L (x, y) on the surface thermogram,

фиг.6 приведена функциональная схема устройства контроля,6 is a functional diagram of a monitoring device,

фиг.7 показан график возрастающей статической нагрузки, фиг.8 приведена фотография образца из ПКМ, на котором моделировался заявляемый способ,Fig.7 shows a graph of increasing static load, Fig.8 shows a photograph of a sample from RMB, which simulated the inventive method,

фиг.9, в качестве примера, приведен график изменения температурной аномалии от величины прилагаемой нагрузки,.Fig.9, as an example, shows a graph of changes in temperature anomalies from the magnitude of the applied load.

фиг.10, в качестве примера, приведен график изменения величины геометричесой аномалии от величины прилагаемой нагрузки,figure 10, as an example, shows a graph of the magnitude of the geometric anomaly from the magnitude of the applied load,

фиг.11 приведен теоретический график изменения градиента изменения температурной аномалии в процессе нагружения статической нагрузкой,11 shows a theoretical graph of changes in the gradient of changes in temperature anomalies in the process of loading with a static load,

фиг.12 приведена установка для статического нагружения образцов, закрепленный образец и тепловизионное устройство,.Fig.12 shows the installation for static loading of samples, a fixed sample and a thermal imaging device.

фиг.13, в качестве примера, приведены термограммы поверхности контролируемого образца,.Fig, as an example, shows the surface thermograms of the controlled sample.

фиг.14 приведен экспериментальный график зависимости температурной аномалии от величины статической нагрузки,Fig.14 shows an experimental graph of the dependence of the temperature anomaly on the magnitude of the static load,

фиг.15 приведен экспериментальный график зависимости геометритческой аномалии от величины статической нагрузки,Fig. 15 shows an experimental graph of the dependence of the geometric anomaly on the magnitude of the static load,

фиг.16 приведена экспериментальная зависимость изменения градиента изменения температурной аномалии в процессе нагружения статической нагрузкой,Fig.16 shows the experimental dependence of the change in the gradient of changes in temperature anomalies in the process of loading with a static load,

фиг.17 приведены термограммы испытаний реального изделия типа сетчатой конструкции из ПКМ.Fig. 17 shows thermograms of tests of a real product of a type of mesh design from PCM.

На приведенных фигурах приняты следующие обозначения:In the above figures, the following notation:

1 - макродефект типа нарушений сплошности,1 - macrodefect type of discontinuity,

2 - материал контролируемой конструкции,2 - material of controlled design,

3 - дефект типа нарушения структуры,3 - defect type violation of the structure,

4 - контур дефектной области,4 - contour of the defective area,

5 - система нагружения,5 - loading system,

6 - система управления выключением/включением системы нагружения,6 - control system off / on loading system,

7 - контролируемая конструкция,7 - controlled design,

8 - тепловизионное устройство,8 - thermal imaging device,

9 - пороговое устройство,9 - threshold device

10 - поле обзора тепловизионного устройства,10 - field of view of a thermal imaging device,

11 - второй блок памяти,11 - the second memory block,

12 - датчик измерения температуры поверхности контролируемой конструкции,12 - sensor for measuring the surface temperature of a controlled structure,

13 - датчик измерения температуры воздуха вблизи поверхности конструкции,13 - sensor for measuring air temperature near the surface of the structure,

14, 19, 20, 23, 25 - первый, второй, третий, четвертый и пятый сумматоры,14, 19, 20, 23, 25 - the first, second, third, fourth and fifth adders,

15 - блок вычисления,15 is a calculation unit,

16 - индикатор номера измерения температурного поля,16 - indicator of the measurement number of the temperature field,

17 - делитель,17 is a divider

18 - первый блок памяти,18 is the first block of memory,

21 - умножитель,21 - multiplier,

22 - счетчик,22 is a counter

24 - блок задержки,24 - delay unit

26 - мгновенное линейное поле зрения оптической системы тепловизионного устройства,26 is an instantaneous linear field of view of the optical system of a thermal imaging device,

27 - установка для статического нагружения образцов,27 - installation for static loading of samples,

28 - исследуемые образцы.28 - test samples.

Адеф - величина мгновенного линейного поля зрения оптической системы тепловизионного устройства,Adef - the value of the instantaneous linear field of view of the optical system of a thermal imaging device,

S - расстояние от тепловизионного устройства до контролируемой конструкции.S is the distance from the thermal imaging device to the controlled structure.

Предпочтительный вариант осуществления изобретенияPreferred Embodiment

Все используемые электронные блоки построены на основе стандартных микропроцессорных схем и микропроцессорных сборок с перепрограммируемыми запоминающими устройствами, а система управления выключением/включением системы нагружения построена на стандартных релейных системах (см. например, Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учебн. пособие для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. - СПб.: - БХВ - Петербург, 2010.). В качестве тепловизионного устройства (8) используются тепловизоры фирмы FLIR, ИРТИС-2000 или аналогичные по техническим характеристикам.All electronic components used are built on the basis of standard microprocessor circuits and microprocessor assemblies with reprogrammable memory devices, and the control system for turning off / on the loading system is built on standard relay systems (see, for example, Ugryumov E.P. Digital circuitry: textbook for universities. - 3rd ed. Revised and enlarged. - SPb .: - BHV - Petersburg, 2010.). As a thermal imaging device (8), thermal imagers from FLIR, IRTIS-2000 or similar in technical specifications are used.

В качестве контактных микропроцессорных преобразователей температуры (датчиков температуры - 5) и контактных микропроцессорных преобразователей теплового потока (датчиков теплового потока - 6) используются измерители плотности тепловых потоков и температуры 10…100-канальные по ГОСТ 25380. ИТП-МГ4.0310X(I) «Поток»*, (ранее поставлялся как ИТП-МГ4.03-10 «Поток»)ИТП-МГ4.03/Х(II) «Поток»* (ранее поставлялся как ИТП-МГ4.03-100 «Поток»). Утвержден тип СИ. Внесен в Госреестр под №42424-09 (фирма КБ «Стройприбор», г.Челябинск). Возможно использовать приборы других фирм с аналогичными техническими характеристиками.The contact microprocessor temperature transducers (temperature sensors - 5) and the contact microprocessor heat transducers (heat flow sensors - 6) are heat density and temperature meters 10 ... 100-channel in accordance with GOST 25380. ITP-MG4.0310X (I) " Potok *, (previously supplied as ITP-MG4.03-10 "Potok") ITP-MG4.03 / X (II) "Potok" * (previously supplied as ITP-MG4.03-100 "Potok"). Type SI approved. It is entered into the State registry under No. 424-09-09 (firm KB Stroypribor, Chelyabinsk). It is possible to use devices from other companies with similar specifications.

Способ заключается в следующем.The method is as follows.

В процессе контроля осуществляют нагружение конструкции силовой нагрузкой, а также возможно жидкостью или газом под давлением.In the process of control, the structure is loaded with a power load, and possibly also with liquid or gas under pressure.

При этом температура жидкости или газа может не отличаться от температуры контролируемой конструкции. Механизм образования локальных областей изменения температуры, отражающих наличие внутренних нарушений сплошности, дефектов либо концентраторов напряжений, во всех случаях приложения нагрузок одинаков. Он обусловлен выделением энергии от разрушения микроэлементов внутренней структуры материала при приложении внешней нагрузи. Другими словами, энергия внешней нагрузки переходит в энергию разрушения внутренней структуры и, далее, во внутреннюю тепловую энергию, которая распространяется на поверхность и образует локальные области изменения температуры.In this case, the temperature of the liquid or gas may not differ from the temperature of the controlled structure. The mechanism of formation of local regions of temperature change, reflecting the presence of internal discontinuities, defects or stress concentrators, is the same in all cases of application of loads. It is due to the release of energy from the destruction of trace elements of the internal structure of the material when an external load is applied. In other words, the energy of the external load passes into the energy of destruction of the internal structure and, further, into the internal thermal energy that spreads to the surface and forms local regions of temperature change.

Если конструкция имеет вид, например, баллона давления, конструкция "растягивается" или «сжимается», происходит разрушение внутренней структуры. При этом максимальные разрушения происходят в местах наличия концентраторов напряжений и дефектов. Энергия разрушения структуры переходит в тепловую энергию, которая через материал конструкции проходит на поверхность изделия, где и регистрируется тепловизионным устройством. На поверхности создаются участки с аномальными значениями температуры. Таким образом, создается признак участка, содержащего микродефект, влияющий на прочностные и эксплуатационных характеристики конструкции.If the structure has the form, for example, of a pressure cylinder, the structure “stretches” or “contracts”, the internal structure is destroyed. In this case, maximum damage occurs in places where stress and defect concentrators are present. The destruction energy of the structure passes into thermal energy, which passes through the material of the structure to the surface of the product, where it is recorded by the thermal imaging device. Plots with abnormal temperatures are created on the surface. Thus, a sign of a section containing a microdefect is created that affects the strength and performance characteristics of the structure.

Участки поверхности с температурными аномалиями регистрируются в процессе нагружения конструкции тепловизионным устройством и после соответствующей обработки представляются в виде дефектограммы. Обработка заключается в обнаружении аномалий на фоне шумов и помех, при необходимости, идентификации микродефектов по температурным аномалиям, определении координат и характеристик микродефектов, фиксации момента начала разрушения конструкции и своевременного прекращения нагружения.Surface areas with temperature anomalies are recorded during loading of the structure with a thermal imaging device and, after appropriate processing, are presented in the form of a defectogram. Processing consists of detecting anomalies against the background of noise and interference, if necessary, identifying microdefects by temperature anomalies, determining the coordinates and characteristics of microdefects, fixing the moment of the beginning of structural failure and timely termination of loading.

При проведении тепловизионных обследований поле обзора тепловизионного устройства должно превышать размеры потенциально опасных участков на поверхности, а температурная разрешающая способность должна обеспечивать обнаружение на поверхности температурные аномалии.When conducting thermal imaging examinations, the field of view of a thermal imaging device should exceed the size of potentially hazardous areas on the surface, and the temperature resolution should ensure the detection of temperature anomalies on the surface.

Реализация способа осуществляется следующим образом. Измеряют начальную температуру контролируемой конструкции до приложения нагрузок Т_изд, продолжают измерять ее в процессе контроля конструкции Т_издi.The implementation of the method is as follows. The initial temperature of the controlled structure is measured before the application of loads T _ed , continue to measure it in the process of monitoring the design T _ed .

Измеряют температуру воздуха вблизи наружной поверхности контролируемой конструкции в процессе проведения контроля Т_возд,Measure the air temperature near the outer surface of the controlled structure in the process of monitoring T _air ,

Устанавливают величину сигнала, соответствующую пороговому значению сигнала на дефекте ΔТ_пор:Set the signal value corresponding to the threshold value of the signal on the defect ΔT _then :

ΔT_порi=ΔТ₀((T_изд)_i/T₀), гдеΔT _pori = ΔT ₀ ((T _ed ) _i / T ₀ ), where

ΔТ₀ - пороговое значение сигнала на дефекте при температуре конструкции Т₀,ΔТ ₀ is the threshold value of the signal at the defect at the temperature of the structure T ₀ ,

i - номер измерения,i is the measurement number,

На исследуемую конструкцию из ПКМ воздействуют возрастающей статической нагрузкой Р в течении времени t_st, при этом величина Р возрастает от 0 до P_max, где P_max - максимальное значение статической нагрузки для данной конструкции. На фиг.7, в качестве примера, приведен график возрастающей статической нагрузки.The PCM structure under study is affected by an increasing static load P over time t _st , while the value of P increases from 0 to P _max , where P _max is the maximum value of the static load for this design. 7, by way of example, is a graph of increasing static load.

В процессе приложения динамической нагрузки регистрацию температурного поля Т(х,у)_i осуществляют непрерывно во времени с помощью тепловизионного устройства с заданным периодом τ и с пространственным периодом (шагом) - Δа, определяемым размерами минимального дефекта конструкции.In the process of applying a dynamic load, the temperature field T (x, y) _{i is} recorded continuously in time using a thermal imaging device with a given period τ and with a spatial period (step) - Δa, determined by the size of the minimum structural defect.

i - номер измерения,i is the measurement number,

х,у - геометрические координаты контролируемой конструкции.x, y are the geometric coordinates of the controlled structure.

На фиг.3, в качестве примера, приведена термограмма поверхности контролируемой конструкции.Figure 3, as an example, shows a thermogram of the surface of the controlled structure.

Непрерывно с заданным периодом τ изменения нагрузки проводят анализ температурного поля Т(х,у)_i, по результатам которого формируется информационный электрический сигнал «U» с целью обнаружения участков пониженной прочности или обнаружения дефектов и прекращения нагружения конструкции для недопущения его разрушения:Continuously with a given period τ of load changes, an analysis of the temperature field T (x, y) _i is carried out, according to the results of which an information electric signal “U” is generated with the aim of detecting areas of reduced strength or detecting defects and stopping the loading of the structure to prevent its destruction:

гдеWhere

ΔT_i=Т_изд-(Т(х,у)_i)_max ΔT _i = T _ed - (T (x, y) _i ) _max

grad(ΔT_i)=|ΔT_i-ΔT_i+1|grad (ΔT _i ) = | ΔT _i -ΔT _{i + 1} |

i_max - номер последнего измерения.i _max is the number of the last measurement.

По анализу температурного поля Т(х,у)_i, величин ΔT_i, grad(ΔT_i), i_max с учетом параметров исследуемой конструкции, с учетом вышеприведенных соотношений, определяют наличие внутренних остаточных напряжениях исследуемой конструкции и наличие в ней внутренних дефектов.By analyzing the temperature field T (x, y) _i , the quantities ΔT _i , grad (ΔT _i ), i _max taking into account the parameters of the structure under study, taking into account the above relations, the presence of internal residual stresses of the structure under study and the presence of internal defects in it are determined.

По анализу температурных поля Т(х,у)_i величин ΔT_i, grad(ΔT_i), i_max с учетом параметров исследуемой конструкции делают заключение о достаточности величины и характеристик прикладываемых механических нагрузок и при необходимости изменяют значения параметров нагрузок и проводят повторный контроль.Based on the analysis of the temperature field T (x, y) _{i of the} quantities ΔT _i , grad (ΔT _i ), i _max , taking into account the parameters of the structure under study, they conclude that the magnitude and characteristics of the applied mechanical loads are sufficient and, if necessary, change the values of the load parameters and carry out a second control.

Регистрацию температурного поля конструкции осуществляют бесконтактно тепловизионным устройством 8.Registration of the temperature field of the structure is carried out by contactless thermal imaging device 8.

где Δx_дmin, Δу_дmin - геометрические размеры температурного отклика от минимального дефекта контролируемой конструкции,where Δx _dmin , Δy _dmin - the geometric dimensions of the temperature response from the minimum defect of the controlled structure,

Оптимальный интервал последовательной регистрации и анализа температурного поля Т(х,у)_i (τ) на исследуемой конструкции определяют путем решения уравненияThe optimal interval for sequential registration and analysis of the temperature field T (x, y) _i (τ) on the studied structure is determined by solving the equation

Диапазон размеров дефектов контролируемой конструкции, начиная с минимального размера (Δx_дmin, Δy_дmin), определяют решая систему уравнений:The size range of defects of a controlled design, starting with the minimum size (Δx _dmin , Δy _dmin ), is determined by solving the system of equations:

гдеWhere

δ - вероятность того, что (Δх_дi, Δу_дi)≥(Δx _дmin, Δy_дmin)δ is the probability that (Δx _di , Δy _di ) ≥ (Δ x _dmin , Δy _dmin )

р(ΔХ_i) - функция распределения величин Δх_дi, Δy_дi.p (ΔX _i ) is the distribution function of the quantities Δx _di , Δy _di .

Устройство (фиг.6), реализующее предлагаемый способ работает следующим образом.The device (Fig.6) that implements the proposed method works as follows.

Тепловизионное устройство 8 осуществляет регистрацию температурного поля Т(х,у) поверхности контролируемой конструкции 7, охватывая ее полем обзора 10. Период регистрации τ определяется характеристиками тепловизионного устройства 8 и составляет для современных устройств от 1,5 с до 0,01 с. Оптимальный период регистрации определяется в соответствии с описанной выше методикой.The thermal imaging device 8 registers the temperature field T (x, y) of the surface of the controlled structure 7, covering it with a field of view 10. The registration period τ is determined by the characteristics of the thermal imaging device 8 and ranges from 1.5 s to 0.01 s for modern devices. The optimal registration period is determined in accordance with the method described above.

Блок 16, к входу которого подключено тепловизионное устройство 8 осуществляет регистрацию номера i измерения для привязки измеренного температурного поля Т(х,у) к времени измерения t_изм=τxi, т.е. формирования во втором блоке памяти 11 матрицы измерения Т(х,у)_i.Block 16, which is connected to the input of a thermal imaging device 8 carries out the measurement registration numbers i for binding measured temperature field T (x, y) to measure the time t _edited = τxi, i.e. the formation in the second block of memory 11 of the measurement matrix T (x, y) _i .

Номер измерения i поступает на второй вход датчика 12 (микропроцессорного) измерения температуры Т_изд контролируемой конструкции 7. Данный датчик 12 производит непрерывное измерение Тизд и на основе номера измерения i формирует вектор (Т_изд)_i.The measurement number i is supplied to the second input of the sensor 12 (microprocessor) for measuring the temperature T _{ed of the} controlled design 7. This sensor 12 makes a continuous measurement of the Tees and, based on the measurement number i, forms a vector (T _ed ) _i .

Одновременно номер измерения i поступает на второй вход датчика 13 измерения температуры воздуха (Т_возд) вблизи поверхности конструкции 7. Поскольку эти измерения в дальнейшем используются для определения изменения температуры по толщине стенки контролируемой конструкции 7, то измерения в датчике 13 «отстают» от измерений в датчике 12 на величину времени прохождения теплового фронта через стенку конструкции - время инерции t_ин. Для упрощения рассмотрения вместо величины t_ин будем использовать целочисленное время инерции N=t_ин/τ. Данный датчик 13 производит непрерывное измерение Т_возд и на основе номера измерения i формирует вектор (Т_возд)_i+N.At the same time, the measurement number i is supplied to the second input of the sensor 13 for measuring the air temperature (T _air ) near the surface of the structure 7. Since these measurements are subsequently used to determine the temperature change in the wall thickness of the controlled structure 7, the measurements in the sensor 13 "lag behind" the measurements in the sensor 12 on the value of the time of passage of the heat front through the wall of the structure - the inertia time t _in . To simplify the consideration, instead of the quantity t _in, we will use the integer inertia time N = t _in / τ. This sensor 13 makes a continuous measurement of T _air and on the basis of the measurement number i forms a vector (T _air ) _{i + N.}

Результаты измерения датчиков 12 и 13 поступают в блок 15 вычисления (микропроцессорный). В данном электронном блоке 15 осуществляется на основе заложенных дифференциальных уравнений (модели - 5,6) определение изменения (потери) температурного поля ΔТ_стен при прохождении через стенки и формируется вектор (ΔТ_стен)_i.The measurement results of the sensors 12 and 13 are received in block 15 calculation (microprocessor). In this electronic unit 15, on the basis of the embedded differential equations (model 5.6), the change (loss) of the temperature field ΔТ of the _walls when passing through the walls is determined and a vector (ΔТ of _walls ) _{i is formed} .

Величина (ΔТ_стен)_i из блока 15 поступает на первый сумматор 14. Одновременно в сумматор 14 поступает с датчика 12 значение вектора (Т_изд)_i. В блоке 14 осуществляется определение температуры наружной поверхности конструкции в «идеальном» случае - при отсутствии дефектов и формируется соответствующий вектор: (Т_пов)_i=(Т_ср)_i- (ΔТ_стен)_i.The value (ΔT of _walls ) _i from block 15 is supplied to the first adder 14. At the same time, the adder 14 receives from the sensor 12 the vector value (T _ed ) _i . In block 14, the temperature of the outer surface of the structure is determined in the “ideal” case - in the absence of defects, the corresponding vector is formed: (T _pov ) _i = (T _cf ) _i - (ΔТ _walls ) _i .

Вектор (Т_пов)_i из блока 14 поступает на вход второго сумматора 19. В сумматоре 19 формируется матрица аномалий температурного поля следующим образом: ΔТ(х,у)_i=T(x,y)_i-(T_пов)_i. Матрица Т(х,у)_i поступает во второй сумматор 19 из блока памяти 11.The vector (T _pov ) _i from block 14 enters the input of the second adder 19. In the adder 19, a matrix of temperature field anomalies is formed as follows: ΔТ (x, y) _i = T (x, y) _i - (T _pov ) _i . The matrix T (x, y) _i enters the second adder 19 from the memory block 11.

Одновременно вектор (Т_изд)_i из датчика 12 поступает в делитель 17, где осуществляется операция деления: с_i=(Т_изд)_i/Т₀. Здесь с_i - промежуточная переменная, Т₀ - температура конструкции в начальный момент времени измерений. Величина Т₀ поступает в делитель 17 из первого блока памяти 18, где «хранятся» значения изменений температур ΔТ₀ на дефектах и аномалиях применительно к контролируемым конструкциям при температурах среды Т₀ - некоторые базовые значения, которые корректируются блоками 17, 18, 21 применительно к конкретным конструкциям. В первом блоке памяти 18 заложена информация о параметрах конструкции 7.At the same time, the vector (T _ed ) _i from the sensor 12 enters the divider 17, where the division operation is performed: with _i = (T _ed ) _i / T ₀ . Here with _i is an intermediate variable, T ₀ is the temperature of the structure at the initial instant of measurement time. The value of T ₀ enters the divider 17 from the first memory block 18, where the values of temperature changes ΔT ₀ are stored on defects and anomalies in relation to controlled structures at ambient temperatures T ₀ - some basic values that are corrected by blocks 17, 18, 21 in relation to specific designs. The first memory block 18 contains information about the design parameters 7.

Величина с_i с делителя 17 передается в умножитель 21, где определяется эталонное пороговое значение ΔТ_пор применительно к конкретному контролируемой конструкции 7: ΔТ_пор=ΔТ₀x с_i.The value with _i from the divider 17 is transmitted to the multiplier 21, where the reference threshold value ΔT _then is determined with respect to a particular controlled structure 7: ΔT _then = ΔT ₀ x s _i .

Величина ΔТ_пор из блока 21 поступает на второй вход третьего сумматора 20. На первый вход третьего сумматора 20 поступает сигнал ΔТ(х,у)_i.The value of ΔT _then from block 21 is supplied to the second input of the third adder 20. The signal ΔT (x, y) _{i is} supplied to the first input of the third adder 20.

В третьем сумматоре 20 формируется величина Δ_i=аbs(ΔТ(х,у)_i-ΔТ_пор), которая поступает на вход порогового устройства 9.In the third adder 20, a value Δ _i = аbs (ΔТ (х, у) _i -ΔТ _then ) is formed, which is fed to the input of the threshold device 9.

Со второго выхода второго сумматора 19 матрица ДТ(х,у)_i поступает одновременно на первый вход четвертого сумматора 23 и на вход блока задержки 24. В блоке задержки 24 формируется матрица ΔТ(х,у)_i-1, которая с выхода блока 24 передается на второй вход четвертого сумматора 23. Сумматор 23 формирует градиент величины ΔТ(х,у)_i по индексу i следующим образом:From the second output of the second adder 19, the matrix DT (x, y) _{i is} supplied simultaneously to the first input of the fourth adder 23 and to the input of the delay unit 24. In the delay unit 24, a matrix ΔT (x, y) _{i-1 is formed} , which is from the output of block 24 is transmitted to the second input of the fourth adder 23. The adder 23 generates a gradient of ΔT (x, y) _i by index i as follows:

grad ΔТ(х,у)_i=|ΔТ(х,у)_i-ΔТ(х,у)_i-1|grad ΔТ (х, у) _i = | ΔТ (х, у) _i -ΔТ (х, у) _i-1 |

Эта величина поступает на первый вход пятого сумматора 25, на второй вход которого поступает сигнал с третьего выхода первого блока памяти 18, соответствующий пороговому значению градиента (grad ΔТ(х,у)_i)_пор. Пятый сумматор формирует сигнал, соответствующей величине:This value is supplied to the first input of the fifth adder 25, to the second input of which a signal is received from the third output of the first memory block 18, which corresponds to the threshold gradient value (grad ΔТ (х, у) _i ) _then . The fifth adder generates a signal corresponding to the value:

Δgrad ΔТ(х,у)_i=|grad ΔТ(х,у)_i-(grad ΔТ(х,у)_i)_пор|,Δgrad ΔТ (х, у) _i = | grad ΔТ (х, у) _i - (grad ΔТ (х, у) _i ) _then |,

который поступает на второй вход блока 9.which goes to the second input of block 9.

В пороговом устройстве 9 осуществляется формирование управляющих сигналов для системы управления выключением/включением насосов системы нагружения 6 и счетчика 22:In the threshold device 9, control signals are generated for the control system for turning off / on the pumps of the loading system 6 and the counter 22:

Сигнал (U) с выходов блока 9 поступает на систему 6 и блок 22.The signal (U) from the outputs of block 9 enters the system 6 and block 22.

Сигнал U=0, соответствующий Δ_i>0. т.е. отсутствию дефекта, поступает одновременно на систему 6 и счетчик 22. По этому сигналу система 6 не отключает систему нагружения, т.е. продолжает нагружать конструкцию 7 статической нагрузкой. Счетчик 22 увеличивает номер измерения на «1», т.е. i=i+1. Сигнал, соответствующий (i+1) поступает на второй вход тепловизионного устройства 8, по команде которого осуществляет регистрацию следующей матрицы температурного поля (T(x,y)_i+1).The signal U = 0, corresponding to Δ _i > 0. those. the absence of a defect, it simultaneously enters the system 6 and the counter 22. According to this signal, the system 6 does not turn off the loading system, i.e. continues to load structure 7 with a static load. Counter 22 increments the measurement number by “1”, i.e. i = i + 1. The signal corresponding to (i + 1) is supplied to the second input of the thermal imaging device 8, by the command of which it registers the next temperature field matrix (T (x, y) _{i + 1} ).

Если пороговое устройство 9 сформировало сигнал U=1, соответствующий Δ_i≤0 и Δgrad ΔТ(х,у)_i≥0, т.е. наличию дефекта, то этот сигнал со второго выхода порогового устройства 9 поступает на первый вход системы 6, и система 6 вырабатывает сигнал на систему 5 на отключение процесса нагружения конструкции 7. Контроль прекращается.If the threshold device 9 generated a signal U = 1, corresponding to Δ _i ≤0 and Δgrad ΔТ (x, y) _i ≥0, i.e. the presence of a defect, then this signal from the second output of the threshold device 9 is fed to the first input of the system 6, and the system 6 generates a signal to the system 5 to turn off the loading process of the structure 7. Monitoring ceases.

Обоснование предложенного способа проводилось теоретическим способом и экспериментально.The justification of the proposed method was carried out theoretically and experimentally.

В силу высокой стоимости экспериментальной отработки первым видом исследования является рассчетно-теоретическое. При его использовании учитывались следующие аспекты:Due to the high cost of experimental testing, the first type of research is computational-theoretical. When using it, the following aspects were taken into account:

- сильно выраженная анизотропия и неоднородность материала конструкции, содержащей слои с различающимися на несколько порядков модулями упругости, что приводит к существенной зависимости напряженного состояния от граничных условий и, следовательно, к невозможности использования упрощенных расчетных моделей;- pronounced anisotropy and heterogeneity of the material of the structure containing layers with elastic moduli that differ by several orders of magnitude, which leads to a significant dependence of the stress state on the boundary conditions and, therefore, to the impossibility of using simplified calculation models;

- влиянием структуры материала (схемы армирования и порядка чередования слоев композита с различным направлением армирования) на прочность изделия (стойкость к расслоениям).- the influence of the material structure (reinforcement patterns and the alternation of layers of the composite with different directions of reinforcement) on the strength of the product (resistance to delamination).

Кроме этого для решаемых задач применительно к комбинированным конструкциям из ПКМ, характерна необходимость одновременного рассмотрения различных аспектов деформирования при сравнительно широком спектре форм и структур рассматриваемых элементов конструкций - от расчета напряженного состояния изделия в целом до определения концентрации напряжений на границе раздела слоев, дефектов типа трещин, включений и т.п.In addition, for the tasks to be solved with respect to combined PCM structures, the need to simultaneously consider various aspects of deformation with a relatively wide range of shapes and structures of the structural elements under consideration is characteristic - from calculating the stress state of the product as a whole to determining the stress concentration at the interface, defects such as cracks, inclusions, etc.

Процесс решения задачи теоретических исследований включает следующие основные этапы:The process of solving the problem of theoretical research includes the following main stages:

1. Вывод основных (разрешающих) уравнений рассматриваемого физического поля для конечного элемента.1. The derivation of the basic (resolving) equations of the physical field under consideration for a finite element.

2. Выбор рациональных типов конечный элементов (КЭ) и аппроксимация искомых переменных внутри КЭ через их значения в выбранных узловых точках с помощью базисных функций (функций формы).2. The choice of rational types of finite elements (CEs) and the approximation of the sought variables inside CEs through their values at selected nodal points using basic functions (form functions).

3. Объединение уравнений элементов в единую систему для всей расчетной области.3. Combining the equations of the elements in a single system for the entire computational domain.

4. Решение общей системы уравнений, вычисление параметров поля (перемещений, напряжений или деформаций) и определение поведения (изменение характеристик) микродефектов в конструкции изделия при его нагружении.4. Solving the general system of equations, calculating the field parameters (displacements, stresses or strains) and determining the behavior (changing characteristics) of microdefects in the design of the product when it is loaded.

5. Решение нелинейной нестационарной задачи теплопроводности в 3-х мерной области с подобластями для определения температурного поля на поверхности объекта.5. The solution of the nonlinear non-stationary problem of heat conduction in a 3-dimensional region with subdomains to determine the temperature field on the surface of the object.

Для вывода разрешающих уравнений в выбранном варианте МКЭ использован известный вариационный экстремальный подход, позволяющий обойтись без введения упрощающих гипотез статической или кинематической природы, а также с максимальной точностью учесть структурные неоднородности исследуемых конструкций.To derive the resolving equations in the selected FEM variant, the well-known variational extremal approach is used, which allows avoiding the introduction of simplifying hypotheses of a static or kinematic nature, as well as taking into account the structural inhomogeneities of the structures under investigation with maximum accuracy.

Согласно этому подходу поле перемещений определяется на основе вариационного принципа Лагранжа из условия минимума потенциальной энергии конструкции:According to this approach, the displacement field is determined on the basis of the variational Lagrange principle from the condition of minimum potential energy of the structure:

где Ф - потенциальная энергия деформации;where f is the potential energy of deformation;

V и S - объем и граница тела соответственно;V and S - volume and body boundary, respectively;

u - вектор перемещений;u is the displacement vector;

P_S - вектор внешних поверхностных нагрузок;P _S is the vector of external surface loads;

Р_ν - вектор объемных нагрузок;P _ν is the vector of volumetric loads;

е - плотность потенциальной энергии деформации.e is the density of the potential strain energy.

Плотность потенциальной энергии деформации определяется как работа возникающих в теле напряжений на приращениях деформаций из соотношения:The density of the potential strain energy is defined as the work of the stresses arising in the body on the increment of strains from the relation:

полученного с учетом связи между напряжениями и деформациями видаobtained taking into account the relationship between stresses and strains of the form

где σ - вектор напряжений;where σ is the stress vector;

D - матрица упругих параметров;D is the matrix of elastic parameters;

ε - вектор деформаций;ε is the strain vector;

ε₀ - вектор начальных деформаций;ε ₀ is the vector of initial strains;

α - вектор коэффициентов температурных деформаций;α is the vector of coefficients of thermal deformations;

T - температура, отсчитанная от исходного состояния;T is the temperature counted from the initial state;

σ₀ - вектор начальных напряжений.σ ₀ is the vector of initial stresses.

Разрешающая система линейных алгебраических уравнений относительно вектора узловых перемещений КЭ получается из условия минимума его потенциальной энергии (1) в виде:The resolving system of linear algebraic equations with respect to the vector of nodal displacements of the FE is obtained from the minimum condition of its potential energy (1) in the form:

где

- матрица жесткости элемента;Where

- stiffness matrix of the element;

P_k - результирующий вектор узловых нагрузок на элемент.P _k - the resulting vector of nodal loads on the element.

Из решения системы (4) находят перемещения узлов КЭ, по которым определяют перемещения u, деформации ε и напряжения σ в выбранных точках КЭ.From the solution of system (4), the displacements of the FE nodes are found, which determine the displacements u, strain ε, and stress σ at the selected FE points.

Для исследования процесса образования температурного поля на наружной поверхности материала конструкции вследствие просачивания жидкости к наружной поверхности через макродефекты решена трехмерная нестационарная задача нелинейной теплопроводности применительно к рассматриваемой конструкции с подобластями (фиг.4) с соответствующими граничными и начальными условиями:To study the process of formation of the temperature field on the outer surface of the material of the structure due to leakage of fluid to the outer surface through macrodefects, a three-dimensional non-stationary problem of nonlinear thermal conductivity is solved in relation to the structure under consideration with subdomains (Fig. 4) with the corresponding boundary and initial conditions:

где Q(r,t) и J(r,f) - соответственно объемная плотность тепловой энергии и плотность теплового потока, определяемые:where Q (r, t) and J (r, f) are, respectively, the bulk density of heat energy and the density of heat flux, determined by:

где T(r,t) - температура, ρ(r) - плотность среды, Cρ(r) - ее удельная теплоемкость, λ(r) - теплопроводность.where T (r, t) is the temperature, ρ (r) is the density of the medium, Cρ (r) is its specific heat, λ (r) is the thermal conductivity.

Теоретические исследования показали, что при статическом нагружении конструкций из ПКМ на их поверхности возникают аномалии температурного поля с величиной изменения температуры и геометрического распределения достаточными для достоверной регистрации современными тепловизионными устройствами.Theoretical studies have shown that during static loading of PCM structures, anomalies of the temperature field arise on their surface with a change in temperature and geometric distribution sufficient for reliable registration with modern thermal imaging devices.

Теоретические исследования заключались в моделировании нагружения образца (фиг.8) из ПКМ статической нагрузкой (фиг.7). Величина статической нагрузки изменялась от 0 до 40 кг/кв.м.Theoretical studies consisted in modeling the loading of a sample (Fig. 8) from a PCM with a static load (Fig. 7). The value of the static load varied from 0 to 40 kg / sq.m.

На фиг.9, 10, в качестве примера, приведены графики изменения температурной аномалии и геометрической аномалии от величины прилагаемой нагрузки.Figure 9, 10, as an example, shows graphs of changes in temperature anomalies and geometric anomalies from the magnitude of the applied load.

Из приведенных графиков видно, что величины температурной и геометрической аномалий вполне достаточны для достоверной регистрации существующими тепловизионными устройствами.It can be seen from the graphs that the values of the temperature and geometric anomalies are quite sufficient for reliable recording by existing thermal imaging devices.

На фиг.11 приведен теоретический график изменения градиента изменения температурной аномалии в процессе нагружения статической нагрузкой.Figure 11 shows a theoretical graph of changes in the gradient of changes in temperature anomalies in the process of loading with a static load.

Из графика фиг.11 видно, что величина градиента является удобным информационным параметром оценки степени происходящих в нем структурных изменений в процессе статического нагружения.From the graph of Fig. 11 it can be seen that the magnitude of the gradient is a convenient information parameter for assessing the degree of structural changes occurring in it during static loading.

Экспериментальные исследования заявляемого способа проводились на установке (фиг.12) с использование тепловизионного устройства ИРТИС-2000.Experimental studies of the proposed method were carried out on the installation (Fig) using a thermal imaging device IRTIS-2000.

Экспериментальные исследования заключались в следующем.Experimental studies were as follows.

Исследуемый образец конструкции закреплялся в установке, далее к нему прикладывалась статическая нагрузка (фиг.7), в процессе приложения которой регистрировалось температурное поле поверхности Т(х,у)_i. На фиг.13, в качестве примера, приведены термограммы поверхности контролируемого образца конструкции. После завершения приложения нагрузки динамическая температурная матрица обрабатывалась в соответствии с предлагаемым способом.The studied design sample was fixed in the installation, then a static load was applied to it (Fig. 7), during the application of which the surface temperature field T (x, y) _i was recorded. On Fig, as an example, shows the surface thermograms of a controlled sample of the structure. After the application of the load, the dynamic temperature matrix was processed in accordance with the proposed method.

На фиг.14 приведен один из результатов обработки - график зависимости температурной аномалии от величины статической нагрузки.On Fig shows one of the processing results is a graph of the dependence of the temperature anomaly on the value of static load.

На фиг.15 приведен экспериментальный график зависимости геометрической аномалии от величины статической нагрузки.On Fig shows an experimental graph of the dependence of the geometric anomaly on the value of the static load.

На рис.16 приведена экспериментальная зависимость изменения градиента изменения температурной аномалии в процессе нагружения статической нагрузкой. Из фиг.16 видно, что выбранное пороговое значение градиента достоверно определяет начало структурных изменений в контролируемом материале и дает возможность прервать процесс нагружения конструкции, не доводя ее до разрушения, но при этом получая достоверные данные о его надежности и оценку остаточного ресурса.Figure 16 shows the experimental dependence of the change in the gradient of the change in the temperature anomaly in the process of loading with a static load. From Fig. 16 it can be seen that the selected threshold value of the gradient reliably determines the onset of structural changes in the controlled material and makes it possible to interrupt the process of loading the structure without bringing it to failure, but at the same time obtaining reliable data on its reliability and estimation of the residual life.

Всего было проведено 11 исследований на различных образцах из различных ПКМ материалов.A total of 11 studies were conducted on various samples from various PCM materials.

Анализ результатов экспериментальных исследований на образцах показал, что они подтверждают результаты теоретических исследований и доказывают возможность использования заявляемого способа диагностики надежности конструкций из ПКМ в реальных условиях производства и эксплуатации.Analysis of the results of experimental studies on the samples showed that they confirm the results of theoretical studies and prove the possibility of using the proposed method for diagnosing the reliability of PCM structures in real production and operating conditions.

На фиг.17 приведены термограммы испытаний реального изделия типа сетчатой конструкции из ПКМ в различные моменты процесса его нагружения статической нагрузкой. Проведение и обработка результатов контроля сетчатой конструкции по предлагаемому способу позволила сохранить дорогостоящее изделие от разрушения, получив при этом достоверные характеристики его надежности и остаточного ресурса.On Fig shows thermograms of testing a real product such as mesh design from PCM at various points in the process of loading it with a static load. Conducting and processing the results of monitoring the mesh structure of the proposed method allowed to save an expensive product from destruction, while obtaining reliable characteristics of its reliability and residual life.

Результаты исследований и сравнение результатов экспериментальных исследований со способом контроля, принятым в качестве ближайшего аналога, приведены в таблице 1.The research results and a comparison of the results of experimental studies with the control method adopted as the closest analogue are shown in table 1.

Таблица 1Table 1 ппpp ПараметрParameter Численные и качественные значения параметраNumerical and qualitative parameter values изобретениеinvention Способ - прототипMethod - prototype 22 33 4four Возможность контроля конструкций в реальных условиях эксплуатацииThe ability to control structures in real operating conditions имеетсяis available ограниченоlimited Необходимость наличия специальной аппаратурыThe need for special equipment Аппаратура серийная, специальные требования отсутствуютThe equipment is serial, there are no special requirements Аппаратура дорогостоящая, стационарная, с виброзащитой, голографическим интерферометромThe equipment is expensive, stationary, with vibration protection, a holographic interferometer

Погрешность величин прилагаемых нагрузокAccuracy of applied loads До 100%Up to 100% Не более 10%No more than 10% Поле обзораField of view Реально до 2×2 м (ограничено геометрической разрешающей способностью аппаратуры)Really up to 2 × 2 m (limited by the geometric resolution of the equipment) Не более 0,5×0,5 м (ограничено величиной когерентности используемого лазера)No more than 0.5 × 0.5 m (limited by the coherence of the laser used) Производительность контроляPerformance control Не менее 25 м²/минNot less than 25 m ² / min Не определяетсяNot determined Погрешность локализации областей концентраторов и дефектовAccuracy of localization of areas of concentrators and defects 12%12% 15%fifteen% МобильностьMobility Аппаратура мобильная (переносная), вес не более 4 кгMobile (portable) equipment, weight not more than 4 kg Аппаратура стационарная. Вес до 150 кгStationary equipment. Weight up to 150 kg Защита от внешних факторовProtection against external factors Имеется защита от пыли и влагиThere is protection against dust and moisture Защиты не имеетсяNo protection

Представленный способ имеет следующие преимущества:The presented method has the following advantages:

- обеспечивает оперативный мобильный контроль в реальных условиях эксплуатации контролируемых конструкций в процессе их нагружения различными типами нагрузок,- provides operational mobile control in real operating conditions of controlled structures in the process of loading them with various types of loads,

- позволяет повысить достоверность результатов контроля, ориентировочно, в два раза,- allows you to increase the reliability of the control results, approximately, twice,

- позволяет повысить надежность эксплуатации контролируемых конструкций (особенно работающих на пределе остаточного ресурса),- improves the reliability of operation of controlled structures (especially those working at the limit of residual life),

- позволяет снизить вероятность аварий за счет определения реальных технических характеристик конструкций.- allows you to reduce the likelihood of accidents by determining the actual technical characteristics of structures.

Claims

1. The method of thermal control of the reliability of structures made of polymer composite materials for the analysis of internal stresses, including the force on the surface of the structure and registration of the changes caused by it, characterized in that prior to the application of loads T _ed measure the initial temperature of the controlled structure,
in the process of monitoring T _air, measure the air temperature near the outer surface of the controlled structure, set the signal value corresponding to the threshold value of the signal at the defect ΔT _then :
ΔT _then = ΔT ₀ (T _ed / T ₀ ),
where ΔТ ₀ is the threshold value of the signal at the defect at the temperature of the structure T ₀ ,
the force on the surface of the structure is carried out by acting on the structure under study with an increasing static load P over time t _st , while the value of P increases from 0 to P _max , where P _max is the maximum value of the static load for this structure,
in the process of applying a dynamic load, the temperature field T (x, y) _i is continuously recorded in time with a given period (τ) and with a spatial period Δа determined by the dimensions of the minimum structural defect, where i is the measurement number,
x, y are the geometrical coordinates of the controlled structure, the analysis of the temperature field T (x, y) _i with a given period τ of load change is carried out continuously, according to the results of the analysis, an information signal U is generated in order to detect areas of reduced strength or detect defects and stop loading of the structure to prevent its destruction:

where ΔT _i is the magnitude of the anomaly in the temperature field T (x, y) _i ,
ΔT _i = T _ed - (T (x, y) _i ) _max ,
grad (ΔT _i ) = | ΔT _i -ΔT _{i + 1} |,
(grad (ΔT)) _then - the limit value of the quantity, which is a sign of the beginning of the destruction of the structure,
i _max is the number of the last measurement,
by analyzing the temperature field T (x, y) _i , the quantities ΔT _i , grad (ΔT _i ), i _max , taking into account the physicomechanical, structural, and thermal parameters of the structure under study, as well as the conditions of its force loading, determine the presence of internal residual stresses of the structure under study and the presence of internal defects in it, for example, by solving the inverse heat conduction problem.

2. The method according to claim 1, characterized in that according to the results of the analysis of the temperature field T (x, y) _i , the quantities ΔT _i , grad (ΔT _i ), i _max taking into account the parameters of the investigated design, they conclude that the magnitude and characteristics of the applied mechanical stress

where t is the current load application time,
and if necessary, change the values of the load parameters, for example, P _max , t _st , or enter a complex load P = P (t), where t = {0; t _st } and re-control.

3. The method according to claim 2, characterized in that the loading process is stopped after detection of defects or sections of reduced strength by the temperature field.

4. The method according to claim 1, characterized in that the registration of the temperature field of the structure is carried out non-contact using a thermal imaging device.

5. The method according to claim 1, characterized in that the spatial period of registration of the temperature field is determined by solving a system of equations:

where Δx _dmin , Δy _dmin - the geometric dimensions of the temperature response from the minimum defect of the controlled structure,
the optimal interval for sequential registration and analysis of the temperature field T (x, y) _i (τ) on the studied structure is determined by solving the equation

where f (T) is the distribution density of the duration in time of the information signal,
τ is the measurement time interval,
F is the probability of missing an information signal,
T ₀ - temporary resolution of the measuring sensors,
the range of sizes of defects of a controlled design, starting with the minimum size (Δx _dmin , Δy _dmin ), is determined by solving the system of equations:

where δ is the probability that (Δx _di , Δy _di ) ≥ (Δx _dmin , Δy _dmin ),
p (ΔX _i ) is the distribution function of the quantities Δx _di , Δy _di .

6. A device for thermal control of the reliability of structures made of polymer composite materials for analysis of internal stresses, containing a loading system of a controlled structure and recording means, characterized in that it includes a control system for turning off / on the loading system, the first and second memory blocks, the first and fifth adders , a delay unit, a calculation unit, a temperature field measurement number indicator, a divider, a multiplier and a counter, and the recording means are a measurement sensor t mperatury controlled design and temperature sensor measurements near the surface of Controlled structure
the input of the temperature measurement sensor of the controlled structure is connected to the third output of the temperature field measurement number indicator, to which the second input of the air temperature measurement sensor is also connected near the surface of the controlled structure, the first, second and third outputs of the temperature measurement sensor of the controlled structure are connected to the first input of the first adder , to the first input of the calculation unit and to the first input of the divider, the sensor for measuring air temperature near the surface is monitored my design is installed with the ability to measure the temperature of the outer surface of the controlled structure, the output of the air temperature measuring sensor near the surface of the controlled structure is connected to the second input of the calculation unit, the output of the calculation unit is connected to the second input of the first adder, the output of which is connected to the second input of the second adder, into the first block memory contains information on design parameters, the first and second outputs of the first memory block are connected to the second input of the multiplier and the second respectively, the output of the divider is connected to the first input of the multiplier, the output of which is connected to the second input of the third adder, to the first input of which the output of the second adder is connected, the input of the thermal imaging device is optically connected to the surface of the controlled structure, the first and second outputs of the thermal imaging device are connected to the first input the second memory block and to the input of the indicator of the temperature field measurement number, to the second input of the second memory block is connected the first output of the number indicator from measuring the temperature field, the output of the second memory block is connected to the first input of the second adder, the second output of the indicator of the temperature field measurement number is connected to the first input of the counter, the output of which is connected to the second input of the thermal imaging device, the output of the third adder is connected to the threshold device, the first and second outputs of the threshold the devices are connected respectively simultaneously to the second input of the counter and the second input of the control system for turning off / on the loading system and to the first input topics of turning off / on the loading system, and the output of the off / on control system of the loading system is connected to the input of the loading system, the second output of the second adder is connected simultaneously to the first input of the fourth adder and the input of the delay unit, the output of which is connected to the second input of the fourth adder, the output of which connected to the first input of the fifth adder, the second input of which is connected to the third output of the first memory block, and the output of the fifth adder is connected to the second input of the threshold device.