RU2733582C1 - Method of non-destructive inspection of structures from composite materials - Google Patents

Method of non-destructive inspection of structures from composite materials Download PDF

Info

Publication number
RU2733582C1
RU2733582C1 RU2020111592A RU2020111592A RU2733582C1 RU 2733582 C1 RU2733582 C1 RU 2733582C1 RU 2020111592 A RU2020111592 A RU 2020111592A RU 2020111592 A RU2020111592 A RU 2020111592A RU 2733582 C1 RU2733582 C1 RU 2733582C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
defect
thickness
layer
real
preparation
Prior art date
Application number
RU2020111592A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Софья Олеговна Козельская
Original Assignee
Софья Олеговна Козельская
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Софья Олеговна Козельская filed Critical Софья Олеговна Козельская
Priority to RU2020111592A priority Critical patent/RU2733582C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2733582C1 publication Critical patent/RU2733582C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/72Investigating presence of flaws

Abstract

FIELD: measurement.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and can be used for evaluation of reliability of complex spatial structures from polymer composite materials. Method includes using reference defect placed on surface or inside controlled article, measuring a threshold signal value using a reference defect, measuring an information signal from a real defect on the inspected article, comparing the measured information signal with a threshold signal value and generating a conclusion on the presence or absence of defects in the monitored article based on the comparison results. Prior to placing the reference defect on the surface or inside the inspected article, an article of composite material with a real defect is selected to obtain a reference defect for the article of composite material. That is ensured by preparation of selected article in layer-by-layer parallel layers in area of real defect. On each layer of preparation thickness of real defect is measured with pitch Δa from the beginning of the detected defect fragment to its end at points j = 1, 2, 3…, jmax, where jmax is the number of measurement points of thickness of the defect on the ith layer of the preparation. Maximum and minimum values are selected from measured thickness values. Whole interval is divided into "P" intervals. Determining the defect length value corresponding to the thickness interval of the defect. Solving the equation for the function F(Sδ,) = δmin , the value of the minimum length of the defect corresponding to the minimum thickness of the defect in the inspected article is determined. Performing the standard defect with certain parameters δmin, Smin.
EFFECT: technical result is increase in reliability of detection of local defect areas in controlled composite material.
3 cl, 6 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных пространственных конструкций, в частности, конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ), на основе результатов теплового контроля при нагружении изделий статической или динамической нагрузкой.The invention relates to the field of measuring technology and can be used to assess the reliability of complex spatial structures, in particular, structures made of polymer composite materials (PCM), based on the results of thermal control when loading products 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. Особенно эффективно применение изобретения при испытании потенциально опасных и дорогих в изготовлении конструкций, к которым с одной стороны предъявляются высокие требования по надежности эксплуатации, а с другой стороны они являются дорогими и трудоемкими в изготовлении для испытания методами разрушающего контроля, т.е. для разрушения. При этом требуется достоверно и с минимальной погрешностью определить потенциально опасные места (дефекты типа нарушения сплошности, узлы конструкции), которые в первую очередь могут разрушиться (вследствие наличия дефектов, пониженной прочности или других причин) при нагрузках, что может привести к авариям и которые необходимо укреплять.The invention can be used to control the reliability of complex spatial structures made of PCM, both during production and during operation: spatial mesh structures: spacecraft compartments, rocket engines, pipelines, sealed vessels. The application of the invention is especially effective when testing potentially hazardous and expensive structures to manufacture, to which, on the one hand, high requirements for operational reliability are imposed, and on the other hand, they are expensive and time-consuming to manufacture for testing by destructive control methods, i.e. for destruction. In this case, it is required to reliably and with a minimum error determine potentially dangerous places (defects such as discontinuity, structural units), which, first of all, can collapse (due to the presence of defects, reduced strength or other reasons) under loads, which can lead to accidents and which are necessary strengthen.

Уровень техникиState of the art

Перспективным направлением в современной технике является использование полимерных композиционных материалов, обладающих рядом преимуществ перед традиционными материалами - металлами, особенно в авиакосмической отрасли, машиностроении, энергетике 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, а также 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 that have a number of advantages over traditional materials - metals, especially in the aerospace industry, mechanical engineering, power engineering, etc. Such materials require a special approach, new solutions in the development and creation of methods and means for assessing the reliability of their operation ... This is due to a wide variety of types of such materials, specific features of their structures and manufacturing technology, as well as random changes in physical, mechanical and strength characteristics, a wide variety of types of defects that arise 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 дефектов типа нарушений сплошности, которые, как правило, образуются в местах пониженной прочности, либо в материале, имеющем нарушения 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 the quality of structures is the presence of defects such as discontinuities, which, as a rule, are formed in places of reduced strength, or in a material that has discontinuities.

Учитывая, что такие конструкции как правило являются дорогими в стоимостном выражении и трудоемкими в изготовлении, 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.Considering that such structures are usually expensive in terms of value and laborious to manufacture, it is necessary, on the one hand, each structure to be tested for compliance with its strength characteristics required, and on the other hand, these tests should minimize the "trauma" of the structure with maximum information content of the results tests.

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

Например, усталость ПКМ, особенности технологии их изготовления 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. Однако полное решение данных задач в настоящее время затруднено по финансовым причинам.For example, fatigue of PCMs, the peculiarities of their manufacturing technology lead to the appearance of residual internal stresses, which 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: modernizing production facilities, improving the quality of materials. However, the complete 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, оценивать надежность их эксплуатации и давать рекомендации по ремонту или восстановлению.In this regard, non-destructive methods of control and diagnostics of such structures are of great importance. They make it possible to objectively determine the actual state of the structure, assess the reliability of their operation and give recommendations for repair or restoration.

Большое значение приобретают методы неразрушающего контроля, основанные на различных физических принципах, и методы достоверного для решаемой задачи обнаружения внутренних нарушений сплошности по анализу изменения результатов взаимодействия физических полей с контролируемым материалом.Methods of non-destructive testing based on various physical principles and methods of detecting internal discontinuities that are reliable for the problem being solved by analyzing changes in the results of the interaction of physical fields with the controlled material are gaining great importance.

Методы обнаружения дефектов и идентификации дефектов типа нарушения сплошности в процессе автоматизированного неразрушающего контроля подробно раскрыты в следующих источниках: ЕР 0486689 A1, SU 1396046 А1, SU 1158919 A, SU 319895, SU 1649414 A1, SU 824032, DE 4031895 A1, SU 2171469, SU 2676857, SU 145435, SU 2650711, SU 2654298, SU 2666158, SU 172618, а также в ряде научно-технических работ, например, 1. И.Н. ЕРМОЛОВ, Н.П. АЛЕШИН, А.И. ПОТАПОВ. Неразрушающий контроль. Акустические методы контроля. Кн. 2. - М.: Высшая школа 1991Methods for detecting defects and identifying defects such as discontinuity in the process of automated non-destructive testing are disclosed in detail in the following sources: EP 0486689 A1, SU 1396046 A1, SU 1158919 A, SU 319895, SU 1649414 A1, SU 824032, DE 4031895 A1, SU 2171469, SU 2676857, SU 145435, SU 2650711, SU 2654298, SU 2666158, SU 172618, as well as in a number of scientific and technical works, for example, 1. I.N. Ermolov, N. P. A. I. Aleshin POTAPOV. Unbrakable control. Acoustic control methods. Book. 2. - M .: Higher school 1991

Общий недостаток практически всех существующих методов и средств автоматизированного неразрушающего контроля заключается в большой погрешности определения границ дефектных участков при определении порогового значения сигнала по эталонному дефекту и обнаружении дефектных участков, который осуществляется путем сравнения сигнала по поверхности контролируемого материала с пороговым значением сигнала.A common disadvantage of almost all existing methods and means of automated non-destructive testing is a large error in determining the boundaries of defective areas when determining the signal threshold value for a reference defect and detecting defective areas, which is carried out by comparing the signal on the surface of the material under test with the signal threshold value.

Эта проблема связана с созданием самого эталонного дефекта.This problem is related to the creation of the reference defect itself.

Как правило, параметры эталонного дефекта задают, исходя из возможностей аппаратуры контроля и возможности изготовления самого эталонного дефекта.As a rule, the parameters of the reference defect are set based on the capabilities of the testing equipment and the possibility of manufacturing the reference defect itself.

В этом случае эталонный дефект представляет собой материал, который путем наложения на контролируемый материал обеспечивает такую же реакцию на воздействие зондирующего сигнала (например, ультразвукового), как и некий реальный дефект. Как правило, в качестве эталонного дефекта применяют некий минимальный дефект - дефект с минимальными размерами, который может обнаружить аппаратура контроля.In this case, the reference defect is a material that, when superimposed on the material to be inspected, provides the same response to the effect of a probing signal (for example, ultrasonic) as a real defect. As a rule, a certain minimum defect is used as a reference defect - a defect with minimum dimensions that can be detected by the testing equipment.

Однако такой подход ведет к появлению большой погрешности в вероятности обнаружения реального дефекта и определения его характеристик.However, this approach leads to the appearance of a large error in the probability of detecting a real defect and determining its characteristics.

Главная трудность в решении этой задачи заключается в определении реальных значений минимального реального дефекта в реальном контролируемом материале.The main difficulty in solving this problem lies in determining the real values of the minimum real defect in a real controlled material.

Как правило, дефект в материале представляют в виде прямоугольной области, которая имеет конкретные определенные размеры: длину и высоту (см., например, фиг. 1).As a rule, a defect in the material is represented in the form of a rectangular area, which has specific specific dimensions: length and height (see, for example, Fig. 1).

Однако реальный дефект в материале имеет совершенно произвольную конфигурацию, как по площади, так и по толщине (см., например, фиг. 2) и в этом случае определение минимального размера дефекта является не совсем простой задачей.However, a real defect in the material has a completely arbitrary configuration, both in area and in thickness (see, for example, Fig. 2), and in this case, determining the minimum size of the defect is not a very simple task.

Таким образом, актуально определение размеров минимального дефекта по данным реального дефекта в реальном контролируемом материале.Thus, it is important to determine the size of the minimum defect based on the data of a real defect in a real controlled material.

Наиболее близкими по технической сущности к представленным способу является способ, охарактеризованный в работе И.Н. ЕРМОЛОВ, Н.П. АЛЕШИН, А.И. ПОТАПОВ. Неразрушающий контроль. Акустические методы контроля. Кн. 2. - М.: Высшая школа, 1991, сс. 92-95.The closest in technical essence to the presented method is the method described in the work of I.N. Ermolov, N. P. A. I. Aleshin POTAPOV. Unbrakable control. Acoustic control methods. Book. 2. - M .: Higher school, 1991, pp. 92-95.

Известный способ включает размещение эталонного дефекта на (или внутри) контролируемом изделии, измерение порогового значения сигнала с использованием эталонного дефекта в контролируемом изделии, измерение информационного сигнала на контролируемом изделии, сравнение измеренного информационного сигнала на изделии с пороговым значением сигнала и по результатам сравнения выработка заключения о наличии или отсутствии дефектов в контролируемом изделии,The known method includes placing a reference defect on (or inside) a controlled product, measuring a signal threshold value using a reference defect in a controlled product, measuring an information signal on a controlled product, comparing the measured information signal on a product with a signal threshold value and, based on the comparison results, making a conclusion about the presence or absence of defects in the controlled product,

Однако известный способ имеет существенные недостатки, присущие и приведенным выше техническим решениям: имеет низкую достоверность выявления внутренних реальных дефектов, начиная с реального минимального дефекта (имеющего минимальные размеры), за счет того, что предварительно не определены реальные размеры минимального дефекта в контролируемом материале.However, the known method has significant drawbacks inherent in the above technical solutions: it has a low reliability of detecting internal real defects, starting from a real minimal defect (having minimal dimensions), due to the fact that the real dimensions of the minimal defect in the controlled material are not previously determined.

Это ухудшает метрологические характеристики технологии контроля, повышает вероятность определения браковочного признака изделия.This deteriorates the metrological characteristics of the control technology, increases the likelihood of determining the product's rejection characteristic.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Изобретение направлено на решение задачи повышения достоверности контроля технического состояния сложных конструкций и их элементов из ПКМ в процессе производства и в реальных условиях эксплуатации (в т.ч. в условиях нагрузки), выявления с необходимой достоверностью дефектных участков (участков, не соответствующих нормативным документам), разработки рекомендаций для устранения дефектов или восстановления конструкции.The invention is aimed at solving the problem of increasing the reliability of monitoring the technical state of complex structures and their elements made of PCM during production and in real operating conditions (including under load conditions), identifying defective areas with the necessary reliability (areas that do not comply with regulatory documents) , development of recommendations for elimination of defects or restoration of the structure.

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

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении достоверности обнаружения локальных дефектных участков в контролируемом композитном материале, повышении достоверности результатов оценки технического и эксплуатационного состояния сложных конструкций и их элементов из ПКМ.The technical result achieved with the use of the invention consists in increasing the reliability of detecting local defective areas in the controlled composite material, increasing the reliability of the results of assessing the technical and operational state of complex structures and their elements made of PCM.

Технический результат достигается за счет того, что в способе неразрушающего контроля изделий из композитных материалов, включающем использование эталонного дефекта, размещаемого на поврехности или внутри контролируемого изделия, измерение порогового значения сигнала с использованием эталонного дефекта, измерение информационного сигнала от реального дефекта на контролируемом изделии, сравнение измеренного информационного сигнала с пороговым значением сигнала и выработку заключения о наличии или отсутствии дефектов в контролируемом изделии по результатам сравнения, перед размещением эталонного дефекта на поверхности или внутри контролируемого изделия выбирают изделие из композитного материала с реальным дефектом, получают эталонный дефект для изделия из композитного материала, для этого: осуществляют послойную параллельными слоями препарацию выбранного изделия в области реального дефекта с шагом между слоями - Δs от начала дефекта i=1, до окончания дефекта i=N, где i - номер слоя препарации, N - количество слоев препарации, на каждом i-м слое препарации измеряют толщину δji реального дефекта с шагом Δа от начала выявленного фрагмента дефекта до его окончания в точках j=1, 2, 3…, jmax, где jmax - количество точек измерения толщины дефекта на i-м слое препарации, из измеренных значений δji выбирают максимальное δji(max) и минимальное δji(min) значения, разбивают интервал {δji(min; δji(max)} на «Р» интервалов, k=1, 2, 3…Р, где k - номер интервала, определяют значение протяженности дефекта Sk(.i.j), соответствующей k-му интервалу толщины дефектаThe technical result is achieved due to the fact that in the method of non-destructive testing of products made of composite materials, including the use of a reference defect placed on the surface or inside the controlled product, measuring the signal threshold value using a reference defect, measuring the information signal from a real defect on the tested product, comparison the measured information signal with a threshold value of the signal and the development of a conclusion on the presence or absence of defects in the tested product based on the comparison results, before placing the reference defect on the surface or inside the tested product, select a product made of composite material with a real defect, obtain a reference defect for a product made of composite material, To do this: carry out a layer-by-layer parallel layer preparation of the selected product in the area of a real defect with a step between layers - Δs from the beginning of the defect i = 1, to the end of the defect i = N, where i is the number of the layer of the preparation ation, N is the number of preparation layers, on each i-th layer of the preparation, the thickness δ ji of a real defect is measured with a step Δa from the beginning of the detected defect fragment to its end at points j = 1, 2, 3 ..., j max , where j max is the number of points for measuring the thickness of the defect on the i-th layer of the preparation, from the measured values of δ ji select the maximum δ ji (max) and minimum δ ji (min) values, divide the interval {δ ji (min ; δ ji (max) } on "P" intervals, k = 1, 2, 3 ... P, where k is the number of the interval, determine the value of the length of the defect S k (.ij) corresponding to the k-th interval of the defect thickness

Figure 00000001
Figure 00000001

- формируют зависимость F(S δ,)=0 или- form the dependence F (S δ,) = 0 or

Figure 00000002
где F - функция зависимости величины протяженности (площади) дефекта от его толщины, занимаемой данной площадью,
Figure 00000002
where F is a function of the dependence of the length (area) of a defect on its thickness, occupied by a given area,

решая уравнение F(S δ,)=δmin определяют значение минимальной протяженности дефекта Smin, соответствующей минимальной толщине δmin дефекта в контролируемом изделии, изготавливают эталонный дефект с параметрами δmin, Smin.Solving the equation F (S δ,) = δ min , the value of the minimum length of the defect S min is determined, corresponding to the minimum thickness δ min of the defect in the test item, a reference defect is made with the parameters δ min , S min .

Эталонный дефект изготавливают в виде параллелепипеда, стенки которого выполнены из композитного материала, а внутренняя полость заполнена воздухом.The reference defect is made in the form of a parallelepiped, the walls of which are made of a composite material, and the inner cavity is filled with air.

Параметры минимального размера эталонного дефекта определяют, решая уравнение F(δ.S)=Smin.The parameters of the minimum size of the reference defect are determined by solving the equation F (δ.S) = S min .

Краткое описание фигур чертежей.Brief description of the figures of the drawings.

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

фиг. 1 приведена конфигурация дефекта в материале «идеальной» формы,fig. 1 shows the configuration of a defect in a material of "ideal" shape,

фиг. 2 приведены фотографии элементов и микрошлифов сложной пространственной конструкции с реальными дефектами: макродефектами типа нарушения сплошности и дефектами нарушения структуры,fig. 2 shows photographs of elements and microsections of a complex spatial structure with real defects: macrodefects such as discontinuity and defects in structure disruption,

фиг. 3 приведены, в качестве примера, графики распределения размеров реальных дефектов в материале, определенных в соответствии с предлагаемым способом,fig. 3 shows, as an example, graphs of the size distribution of real defects in the material, determined in accordance with the proposed method,

фиг. 4 приведена методика определения параметров реальных дефектов в материале,fig. 4 shows the method for determining the parameters of real defects in the material,

фиг. 5 приведена, в качестве примера, фотография разреза дефектного участка на одном из слоев препарации,fig. 5 shows, as an example, a photograph of a section of a defective area on one of the preparation layers,

фиг. 6 приведена дефектограмма и таблица дефектов результатов контроля в соответствии с предлагаемым способом.fig. 6 shows a defectogram and a table of defects in the control results in accordance with the proposed method.

i - номер слоя препарации,i is the number of the preparation layer,

j - номер точки измерения толщины дефекта на i-м слое препарации,j is the number of the point for measuring the thickness of the defect on the i-th layer of the preparation,

N - количество слоев препарации,N is the number of preparation layers,

S - протяженность дефекта,S is the length of the defect,

ΔS - шаг между слоями препарации,ΔS - step between preparation layers,

Δа - шаг измерения толщины дефекта,Δа - step for measuring the thickness of the defect,

δ - толщина дефекта в измеряемом сечении,δ is the thickness of the defect in the measured section,

1 - точка пересечения графиков,1 - the point of intersection of the graphs,

F - функция зависимости величины протяженности (площади) S дефекта от его толщины (δ), занимаемой данной площадью,F is the function of the dependence of the length (area) S of the defect on its thickness (δ) occupied by a given area,

Предпочтительный вариант осуществления изобретенияPreferred embodiment of the invention

На фиг. 1 приведен рисунок идеального дефекта. Такая форма дефекта в реальных изделиях не встречается. Для того, чтобы такую форму дефекта можно было использовать, необходимо определить минимальные размеры реального дефекта, который имеет место в контролируемом изделии: δ, S.FIG. 1 shows a drawing of an ideal defect. This form of defect is not found in real products. In order for such a form of defect to be used, it is necessary to determine the minimum dimensions of a real defect that occurs in a controlled item: δ, S.

Формы различных реальных дефектов приведены на фотографиях фиг. 2. Очевидно, что форма идеального дефекта (фиг. 5) принципиально отличается от формы реальных дефектов. И прежде чем изготавливать эталонный дефект с минимальными размерами необходимо определить реальные минимальные размеры дефектов в реальных изделиях.The shapes of the various real defects are shown in the photographs of FIG. 2. It is obvious that the shape of an ideal defect (Fig. 5) is fundamentally different from the shape of real defects. And before making a reference defect with minimum dimensions, it is necessary to determine the actual minimum dimensions of defects in real products.

Для определения минимальных размером реального дефекта в контролируемом изделии выполняют следующие действия.To determine the minimum size of a real defect in a controlled product, perform the following steps.

Осуществляют послойную параллельными слоями препарацию реального изделия в области находящегося в нем реального дефекта с шагом между слоями - Δs от начала дефекта i=1, до окончания дефекта i=N, здесь i - номер слоя препарации, N - количество слоев препарации.A layer-by-layer parallel layer preparation of a real product is carried out in the area of a real defect in it with a step between layers - Δs from the beginning of the defect i = 1 to the end of the defect i = N, here i is the number of the preparation layer, N is the number of preparation layers.

На фиг. 5 приведена фотография дефекта в изделии на одном из слоев препарации.FIG. 5 shows a photograph of a defect in a product on one of the preparation layers.

Препарация осуществляется, как правило, посредством тонкой алмазной фрезы (метод распила по слоям), либо путем снятия слоя материала между слоями с заданным шагом. Далее исследуемый слой промывается, например, ацетоном для вымывания отходов операции механической обработки препарации и выявления контуров дефектов.Preparation is carried out, as a rule, by means of a thin diamond cutter (the method of cutting into layers), or by removing a layer of material between the layers at a given step. Next, the investigated layer is washed, for example, with acetone to flush out the waste of the preparation machining operation and to identify the contours of defects.

На каждом i-м слое препарации измеряют толщину δji выявленного реального дефекта с шагом Δа от начала выявленного фрагмента дефекта до его окончания в точках j=1, 2, 3…, jmax, где jmax - количество точек измерения толщины дефекта на i-м слое препарации.On each i-th layer of the preparation, the thickness δ ji of the revealed real defect is measured with a step Δa from the beginning of the detected fragment of the defect to its end at points j = 1, 2, 3 ..., j max , where j max is the number of points for measuring the thickness of the defect on i -th layer of the preparation.

На фиг. 4 приведена схема измерений для определения минимального размера реального дефекта.FIG. 4 shows a measurement scheme for determining the minimum size of a real defect.

Из измеренных значений δji выбирают максимальное δji(max) и минимальное δji(min) значения.From the measured values δ ji select the maximum δ ji (max) and minimum δ ji (min) values.

Разбивают интервал {δji(min; δji(min)} на «Р» интервалов, k=1, 2, 3…Р, где k - номер интервала.Divide the interval {δ ji (min ; δ ji (min) } into "P" intervals, k = 1, 2, 3 ... P, where k is the number of the interval.

Определяют значение площади (протяженности) дефекта Sk(.i.j), соответствующей k-му интервалу толщины дефектаDetermine the value of the area (length) of the defect S k (.ij) corresponding to the k-th interval of the defect thickness

Figure 00000003
Figure 00000003

- формируют зависимость F(S δ,)=0 или- form the dependence F (S δ,) = 0 or

Figure 00000004
Figure 00000004

- решая уравнение, например, F(S, δ)=δmin определяют значение минимальной протяженности (площади) дефекта Smin, соответствующей минимальной толщины δmin дефекта в контролируемом материале,- solving the equation, for example, F (S, δ) = δ min , the value of the minimum length (area) of the defect S min is determined, corresponding to the minimum thickness δ min of the defect in the material under test,

На фиг. 3 представлены два графика данной зависимости:FIG. 3 shows two graphs of this dependence:

зависимость распределения протяженности (площади) дефекта от его толщины:dependence of the distribution of the length (area) of the defect on its thickness:

Figure 00000005
Figure 00000005

и интегральная зависимость протяженности (площади) дефекта от его толщины:and the integral dependence of the length (area) of the defect on its thickness:

Figure 00000006
Figure 00000006

Из зависимости (2) можно сделать, например, вывод, что наибольшая плотность площадей дефектов приходится на толщину дефекта в районе 0,4 мм, что предполагает определенные действия технологического характера по исключению таких дефектов.From dependence (2), it can be concluded, for example, that the highest density of defect areas falls on the defect thickness in the region of 0.4 mm, which implies certain technological actions to eliminate such defects.

Из зависимости (3) определяются минимальные статистические размеры реальных дефектов путем решения уравнения (4) или уравнения (5):From dependence (3), the minimum statistical dimensions of real defects are determined by solving equation (4) or equation (5):

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Решение уравнений (4), (5) можно производить различными способами. Наиболее простой, имеющий достаточную для практики погрешность - графический способ. Пример решения уравнения данным способом приведен на фиг. 3.The solution of equations (4), (5) can be done in different ways. The simplest one, which has an error sufficient for practice, is the graphical method. An example of solving the equation by this method is shown in Fig. 3.

В системе координат, где сформировано уравнение функцииIn the coordinate system where the equation of the function

Figure 00000009
Figure 00000009

графически строится уравнениеthe equation is plotted

Figure 00000010
Figure 00000010

где const - постоянная величина.where const is a constant.

Точка пересечения (точка 1, фиг. 3) графиков (6) и (7) и есть решение искомого уравнения, которое определяет минимальную толщину дефекта и его минимальную протяженность, соответствующую минимальной толщине.The intersection point (point 1, Fig. 3) of graphs (6) and (7) is the solution to the sought equation, which determines the minimum defect thickness and its minimum length corresponding to the minimum thickness.

Например, на диапазон толщин дефектов от 0 мм до 0,4 мм приходится, ориентировочно, дефекты протяженностью от 0 до 9 мм, или 81% дефектов имеют размеры: толщина более 0,4 мм, протяженность более 9 мм.For example, the range of defect thicknesses from 0 mm to 0.4 mm accounts for, approximately, defects with a length of 0 to 9 mm, or 81% of defects have dimensions: thickness more than 0.4 mm, length more than 9 mm.

Таким образом, что бы выявить 81% всех дефектов необходимо настраивать дефектоскоп на эталонном дефекте, имеющим толщину 0,4 мм и протяженность 9 мм.Thus, in order to reveal 81% of all defects, it is necessary to adjust the flaw detector on a reference defect with a thickness of 0.4 mm and a length of 9 mm.

Экспериментальные исследования показали, размеры эталонного дефекта, определенные по предлагаемому способу, являются оптимальными для проведения контроля исследуемого изделия: увеличение размеров эталонного дефекта снижает процент выявленных дефектов, а уменьшение размеров эталонного дефекта несущественно повышает процент выявленных дефектов, но при этом возрастает трудоемкость изготовления эталонного дефекта.Experimental studies have shown that the dimensions of the reference defect, determined by the proposed method, are optimal for testing the product under study: an increase in the size of the reference defect decreases the percentage of detected defects, and a decrease in the size of the reference defect insignificantly increases the percentage of detected defects, but at the same time, the laboriousness of manufacturing the reference defect increases.

Далее изготавливают эталонный дефект с параметрами δmin, Smin и проводят контроль.Next, a reference defect is made with parameters δ min , S min and control is carried out.

Экспериментальные исследования заявляемого способа проводились на установке, описанной в работе авторов Рыков А.Н., Будадин О.Н., Борисенко В.В., Богачев А.С. и др. Автоматизированная система бесконтактного ультразвукового производственного неразрушающего контроля труб из полимерных композиционных материалов для трубопроводов. - Контроль. Диагностика, 2019, №11, с. 20-29.Experimental studies of the proposed method were carried out on the installation described in the work of the authors Rykov A.N., Budadin O.N., Borisenko V.V., Bogachev A.S. and other Automated system of non-contact ultrasonic industrial non-destructive testing of pipes made of polymer composite materials for pipelines. - The control. Diagnostics, 2019, No. 11, p. 20-29.

Экспериментальные исследования проводились по методике и в соответствии с последовательностью операций, заявленных в формуле изобретения.Experimental studies were carried out according to the methodology and in accordance with the sequence of operations claimed in the claims.

При настройке системы контроля по эталонному дефекту, с параметрами согласно предлагаемому способу, проведенный контроль позволил выявить все заложенные искусственные дефекты.When setting up the control system for a reference defect, with the parameters according to the proposed method, the control carried out made it possible to identify all inherent artificial defects.

фиг. 6 приведена дефектограмма и таблица дефектов результатов контроля в соответствии с предлагаемым способом.fig. 6 shows a defectogram and a table of defects in the control results in accordance with the proposed method.

Представленное изобретение имеет следующие преимущества:The presented invention has the following advantages:

- повышает информативность результатов контроля сложных пространственных конструкций,- increases the information content of the results of testing complex spatial structures,

- повышает надежность процесса проведения контроля изделий в процессе их силового нагружения в реальных условиях эксплуатации и испытаний.- increases the reliability of the process of monitoring products during their power loading in real operating and testing conditions.

- позволяет повысить надежность эксплуатации контролируемых конструкций (особенно работающих на пределе остаточного ресурса),- allows to increase the reliability of operation of controlled structures (especially those operating at the residual resource limit),

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

Claims (23)

1. Способ неразрушающего контроля изделий из композитных материалов, включающий:1. Method for non-destructive testing of products made of composite materials, including: использование эталонного дефекта, размещаемого на поверхности или внутри контролируемого изделия,use of a reference defect placed on the surface or inside the controlled item, - измерение порогового значения сигнала с использованием эталонного дефекта,- measurement of the signal threshold value using a reference defect, - измерение информационного сигнала от реального дефекта на контролируемом изделии,- measurement of an information signal from a real defect on a controlled item, - сравнение измеренного информационного сигнала с пороговым значением сигнала и- comparison of the measured information signal with the signal threshold value and выработку заключения о наличии или отсутствии дефектов в контролируемом изделии по результатам сравнения,development of a conclusion on the presence or absence of defects in the controlled product based on the comparison results, отличающийся тем, чтоcharacterized in that перед размещением эталонного дефекта на поверхности или внутри контролируемого изделия выбирают изделие из композитного материала с реальным дефектом,before placing the reference defect on the surface or inside the tested product, select a product made of composite material with a real defect, получают эталонный дефект для изделия из композитного материала, для этого:get a reference defect for a product made of composite material, for this: - осуществляют послойную параллельными слоями препарацию выбранного изделия в области реального дефекта с шагом между слоями - Δs от начала дефекта i=1, до окончания дефекта i=N,- carry out a layer-by-layer parallel layer preparation of the selected product in the area of the real defect with a step between layers - Δs from the beginning of the defect i = 1, to the end of the defect i = N, где i - номер слоя препарации, N - количество слоев препарации,where i is the number of the preparation layer, N is the number of preparation layers, - на каждом i-м слое препарации измеряют толщину δji реального дефекта с шагом Δа от начала выявленного фрагмента дефекта до его окончания в точках j=1, 2, 3…, jmax, где jmax - количество точек измерения толщины дефекта на i-м слое препарации,- on each i-th layer of the preparation, the thickness δ ji of the real defect is measured with a step Δa from the beginning of the detected defect fragment to its end at points j = 1, 2, 3 ..., j max , where j max is the number of points for measuring the thickness of the defect at i -th layer of preparation, - из измеренных значений δji выбирают максимальное δji(max) и минимальное δji(min) значения,- from the measured values δ ji select the maximum δ ji (max) and minimum δ ji (min) values, - разбивают интервал {δji(min; δji(max)} на «Р» интервалов, k=1, 2, 3…Р, где k - номер интервала,- divide the interval {δ ji (min ; δ ji (max) } into "P" intervals, k = 1, 2, 3 ... P, where k is the number of the interval, - определяют значение протяженности дефекта Sk(.i.j), соответствующей k-му интервалу толщины дефекта- determine the value of the length of the defect S k (.ij) corresponding to the k-th interval of the defect thickness
Figure 00000011
,
Figure 00000011
,
- формируют зависимость F(S δ,)=0 или- form the dependence F (S δ,) = 0 or
Figure 00000012
где F - функция зависимости величины площади дефекта от его толщины, занимаемой данной площадью,
Figure 00000012
where F is the function of the dependence of the size of the defect area on its thickness, occupied by a given area,
- решая уравнение F(S δ,)=δmin, определяют значение минимальной протяженности дефекта Smin, соответствующей минимальной толщине δmin дефекта в контролируемом изделии, и- solving the equation F (S δ,) = δ min , determine the value of the minimum length of the defect S min , corresponding to the minimum thickness δ min of the defect in the tested product, and - изготавливают эталонный дефект с параметрами δmin, Smin.- make a reference defect with parameters δ min , S min . 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эталонный дефект изготавливают в виде параллелепипеда, стенки которого выполнены из композитного материала, а внутренняя полость заполнена воздухом.2. The method according to claim 1, characterized in that the reference defect is made in the form of a parallelepiped, the walls of which are made of a composite material, and the inner cavity is filled with air. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что параметры минимального размера эталонного дефекта определяют, решая уравнение3. The method according to claim 1, characterized in that the parameters of the minimum size of the reference defect are determined by solving the equation F(δ.S)=Smin.F (δ.S) = S min .
RU2020111592A 2020-03-20 2020-03-20 Method of non-destructive inspection of structures from composite materials RU2733582C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020111592A RU2733582C1 (en) 2020-03-20 2020-03-20 Method of non-destructive inspection of structures from composite materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020111592A RU2733582C1 (en) 2020-03-20 2020-03-20 Method of non-destructive inspection of structures from composite materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2733582C1 true RU2733582C1 (en) 2020-10-05

Family

ID=72927020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020111592A RU2733582C1 (en) 2020-03-20 2020-03-20 Method of non-destructive inspection of structures from composite materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2733582C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0486689A1 (en) * 1989-08-07 1992-05-27 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Ultrasonic inspection apparatus
RU2171469C1 (en) * 2000-11-10 2001-07-27 Будадин Олег Николаевич Technology of nondestructive test of quality of object and gear for its implementation
RU2506575C1 (en) * 2012-08-23 2014-02-10 Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения Method of thermal monitoring of reliability of structures from polymer composite materials by analysis of internal stresses and device for its realisation
RU2654298C1 (en) * 2017-03-24 2018-05-17 Акционерное общество "Дзержинское производственное объединение "Пластик" (АО "ДПО "Пластик") Method of automated non-destructive control of product quality and device for its implementation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0486689A1 (en) * 1989-08-07 1992-05-27 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Ultrasonic inspection apparatus
RU2171469C1 (en) * 2000-11-10 2001-07-27 Будадин Олег Николаевич Technology of nondestructive test of quality of object and gear for its implementation
RU2506575C1 (en) * 2012-08-23 2014-02-10 Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения Method of thermal monitoring of reliability of structures from polymer composite materials by analysis of internal stresses and device for its realisation
RU2654298C1 (en) * 2017-03-24 2018-05-17 Акционерное общество "Дзержинское производственное объединение "Пластик" (АО "ДПО "Пластик") Method of automated non-destructive control of product quality and device for its implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЕРМОЛОВ И.Н., АЛЕШИН Н.П., ПОТАПОВ А.И. "Неразрушающий контроль. Акустические методы контроля", Кн. 2., М.: Высшая школа, 1991, С. 92-95. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Brennan Risk based maintenance for offshore wind structures
RU2733582C1 (en) Method of non-destructive inspection of structures from composite materials
Gogolinskii et al. Actual metrological and legal issues of non-destructive testing
CN103776895B (en) Nondestructive examination method for evaluating contact damage of ferromagnetic material
RU2616438C1 (en) Method of thermal controlling composite materials
RU2690033C1 (en) Method of electric power thermography of spatial objects and device for its implementation
RU2654298C1 (en) Method of automated non-destructive control of product quality and device for its implementation
Panin et al. Staging of a localized deformation during tension of specimens of a carbon-carbon composite material with holes of different diameters according to acoustic-emission, surface-deformation mapping, and strain-gauging data
RU2720437C1 (en) Method for automated control of articles continuity and device for its implementation
Dworakowski et al. Application of artificial neural networks for damage indices classification with the use of Lamb waves for the aerospace structures
RU2666158C2 (en) Method for non-destructive testing of product quality
RU2667119C2 (en) Products residual defectiveness monitoring method
RU2650711C1 (en) Method for determining depth of defects in products from composite materials
RU2812233C1 (en) Method for automated non-destructive quality control of products of complex design and device for its implementation
Singh et al. Eddy current measurement system evaluation for corrosion depth determination on cast aluminum aircraft structure
RU2815195C1 (en) Method for automated x-ray inspection of products of complex shape and device for its implementation
Synaszko et al. The an Approach to Damage Detection in Metal Sandwich Structures with Composite-Metal Patch Bonded Repair
Skřivanová et al. Validation of process stability in the aviation industry
Ali Application of NDE in Damage Tolerant Analysis and Fracture Control of Fracture Critical Metallic Structures: An Overview
RU2676857C1 (en) Products continuity automated spatial control method and device for its implementation
RU2772403C1 (en) Automated ultrasonic thermal tomography system
RU2263296C1 (en) Method of determining presence of defects after nondestructive tests
US20230314386A1 (en) Method for characterizing a part through non-destructive inspection
Iovea et al. Development of a non-destructive testing system for the automated inspection of ceramic armour plates and parts
Mustapha et al. Novitect; a novelty detection soft-computing algorithm for Structural Health Monitoring (SHM) system