RU2736320C1 - Method for electric power thermal-optical control of spatial objects and device for its implementation - Google Patents

Method for electric power thermal-optical control of spatial objects and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2736320C1
RU2736320C1 RU2020118855A RU2020118855A RU2736320C1 RU 2736320 C1 RU2736320 C1 RU 2736320C1 RU 2020118855 A RU2020118855 A RU 2020118855A RU 2020118855 A RU2020118855 A RU 2020118855A RU 2736320 C1 RU2736320 C1 RU 2736320C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
product
output
input
load
control unit
Prior art date
Application number
RU2020118855A
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 RU2020118855A priority Critical patent/RU2736320C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2736320C1 publication Critical patent/RU2736320C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/165Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by means of a grating deformed by the object
    • 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/18Performing tests at high or low temperatures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/44Resins; Plastics; Rubber; Leather
    • G01N33/442Resins; Plastics

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment. Disclosed is a method for thermography of articles made from polymer composite materials, which involves loading the article, recording the temperature field formed on the surface as a result of internal thermomechanical processes, and detection of internal defects based on analysis of temperature field. Critical units with increased probability of destruction at application of load are determined in the article. In the process of product manufacture, a fiber-optic line with deformation sensors, which are fiber Bragg gratings, is laid in it so that deformation sensors are located in critical assemblies. Before the force action, the limit permissible deformation in the critical units of the article is determined. Prior to force action, electric current is passed through the article until it is heated. Electric current value is adjusted so that the article temperature does not exceed the allowable value. Temperature field of the surface is recorded and the magnitude and coordinates of its abnormal areas are measured. Deformation value is measured in critical nodes. By comparing values of maximum permissible load and value of deformation in critical units, possibility of further increasing mechanical load on article is determined. After termination of increase in mechanical load, product surface temperature field is registered. Difference of two thermograms of the surface of the article before and after application of the mechanical load is used to determine the presence of internal excess stresses and defects. Device for the method’s implementation has been described.
EFFECT: high reliability of detecting local areas.
2 cl, 16 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), имеющих ограничения по величине деформации материала, 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), which have limitations in the amount of material deformation, based on the results of thermal control when the products are 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, т.е. изделий такого типа, которые «работают» под различными нагрузками и которые критичны к величине деформации, возникающей в материале при приложении нагрузок.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, i.e. products of this type that "work" under various loads and which are critical to the amount of deformation that occurs in the material when loads are applied.

Следует сказать, что особенности технологического процесса изделий из ПКМ заключаются в том, что формирование материала и самой конструкции происходит одновременно, в одном технологическом цикле (в отличие от металлических изделий, технологический процесс которых разделен на два этапа: производство металла - заготовки и механическая обработка металлической заготовки, в процессе которой формируется конструкция). Как правило, сложные конструкции из ПКМ механической обработки не подвергаются, чтобы не нарушить внутреннюю силовую структуру материала. Это повышает вероятность возникновения внутренних дефектов типа нарушения сплошности материала и образованию областей внутренних напряжений. Наиболее «опасными» являются «сомкнутые» дефекты, которые не проявляются в спокойном состоянии изделия, но начинают проявляться при работе изделия под нагрузкой.It should be said that the peculiarities of the technological process of PCM products are that the formation of the material and the structure itself occurs simultaneously, in one technological cycle (in contrast to metal products, the technological process of which is divided into two stages: the production of metal - blanks and mechanical processing of metal blank, in the process of which the structure is formed). As a rule, complex structures made of PCM are not machined in order not to disrupt the internal structural structure of the material. This increases the likelihood of internal defects such as discontinuity of the material and the formation of areas of internal stresses. The most "dangerous" are "closed" defects that do not appear in the calm state of the product, but begin to appear when the product is operating under load.

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 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 авариям и которые необходимо укреплять.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 methods of destructive control, i.e. for destruction. In this case, it is required to identify potentially dangerous places (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 must be strengthened.

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. Эти преимущества заключаются в отсутствии коррозии, возможности работы в агрессивных средах, оптимальных массо-габаритных характеристиках и т.п.A promising direction in modern technology is the use of polymer composite materials, which have a number of advantages over traditional materials - metals, especially in the aerospace industry, mechanical engineering, power engineering, etc. These advantages are the absence of corrosion, the ability to work in aggressive environments, optimal mass-dimensional characteristics and etc.

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.Such materials require a special approach, new solutions in the development and creation of methods and tools 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.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.

Одним из признаков качества конструкций является наличие концентраторов напряжений и дефектов типа нарушений сплошности, которые, как правило, образуются в местах пониженной прочности, либо в материале, имеющем нарушения сплошности. При этом многие типы дефектов представляют собой «сомкнутые» дефекты, которые не проявляются в обычном «спокойном» состоянии конструкции, но являясь потенциально опасными и резко проявляются при нагружении конструкции различными видами нагрузок, что зачастую приводит к разрушению изделий и различным аварийным ситуациям.One of the signs of the quality of structures is the presence of stress concentrators and defects such as discontinuities, which, as a rule, are formed in places of reduced strength, or in a material that has discontinuities. At the same time, many types of defects are "closed" defects that do not appear in the usual "calm" state of the structure, but are potentially dangerous and manifest themselves sharply when the structure is loaded with various types of loads, which often leads to the destruction of products and various emergency situations.

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.Depreciation of fixed assets and technical equipment, a decrease in the quality of 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 современные технологии 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. Особенно перспективны бесконтактные дистанционные методы, при которых информацию о качестве изделия в виде какого либо физического излучения регистрируют дистанционно. Это позволяет контролировать потенциально опасные изделия, которые могут случайно разрушиться при приложении нагрузок в процессе их контроля.In this regard, modern technologies for non-destructive testing 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. Particularly promising are non-contact remote methods, in which information on the quality of a product in the form of some physical radiation is recorded remotely. This allows you to control potentially hazardous products that could accidentally break down when loads are applied during their control.

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.There is a known method for determining residual stresses in plates (ed. USSR certificate No. 1543259), according to which the control object is illuminated with coherent light, a surface hologram is recorded, a part of the material is removed, a local deformation zone is created by a point load in the displacement zone caused by material removal, a surface hologram is recorded secondary. The magnitude and sign of the residual stresses are determined by the number of interference fringes and their distortion. This method is applicable exclusively to flat parts, is associated with material destruction 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.There is a 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 indentation with developing brittle cracks is formed, the force and parameters of the crack are measured, the topology of the cracks is estimated, 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 и применим только в лабораторных целях.The method is complex and 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.There is also known a method of non-destructive testing of the physical and mechanical properties of a polymer material or a structure made of a polymer material: patent BY 10472. It is based on force action on the material and analysis of the reaction of the material.

Известны способ теплового контроля остаточных напряжений и дефектов конструкций и реализующая его система (патент РФ №2383009). Известное техническое решение позволяет осуществить тепловой контроль надежности конструкций. Известный способ включает силовое воздействие на контролируемое изделие и регистрацию температурного поля, по анализу которого судят о состоянии изделия. Система включает устройство регистрации термограммы, блок визуализации и устройство обработки.There is a known method of thermal control of residual stresses and structural defects and a system that implements it (RF patent No. 2383009). The known technical solution allows for thermal control of the reliability of structures. The known method includes a forceful impact on the controlled product and registration of the temperature field, the analysis of which is used to judge the state of the product. The system includes a thermogram recording device, a visualization unit and a processing device.

Недостаток известного технического решения заключается в следующем.The disadvantage of the known technical solution is as follows.

При регистрации температурного поля в поле зрения регистрирующей термографической (тепловизионной) системы попадают температурные поля, принадлежащие как контролируемому изделию, так и посторонним предметам. Если контролируемое изделие «занимает» все поле обзора регистрирующей системы, это обстоятельство не является критичным. Когда контролируемое изделий представляет собой сложную пространственную конструкцию (например, сетчатую), регистрируемое температурное поле будет принадлежать как изделию (сетке), так и области, расположенной между элементами сетки. Это значительно затрудняет, а в ряде случаев делает невозможным достоверную интерпретацию результатов, в т.ч. обнаружение и распознавание дефектов.When registering a temperature field, temperature fields belonging to both the controlled product and foreign objects fall into the field of view of the recording thermographic (thermal imaging) system. If the controlled item "occupies" the entire field of view of the recording system, this circumstance is not critical. When the controlled product is a complex spatial structure (for example, mesh), the recorded temperature field will belong to both the product (mesh) and the area located between mesh elements. This significantly complicates, and in some cases makes it impossible to reliably interpret the results, incl. detection and recognition of defects.

Поэтому данное техническое решение применимо только для контроля ограниченной номенклатуры изделий.Therefore, this technical solution is applicable only to control a limited range of products.

Кроме того, рассматриваемый способ обеспечивает возможность контроля только внутренних избыточных напряжений в материале, отсутствует возможность контроля дефектов типа нарушения сплошности, например, обусловленных ударными нагрузками, «сомкнутых» дефектов, т.е. дефектов с нулевой толщиной (края дефекта сжаты, но адгезии между ними нет), дефектов в виде пор. Известное изобретение имеет невысокую чувствительность из-за влияния внешних мешающих факторов.In addition, the considered method provides the ability to control only internal excess stresses in the material; there is no possibility of monitoring defects such as discontinuity, for example, caused by shock loads, "closed" defects, i.e. defects with zero thickness (the edges of the defect are compressed, but there is no adhesion between them), defects in the form of pores. The known invention has low sensitivity due to the influence of external interfering factors.

Известно техническое решение, описанное в патенте РФ №2506575, 10.02.2014, под названием «Способ теплового контроля надежности конструкций из полимерных композиционных материалов по анализу внутренних напряжений и устройство для его осуществления».Known technical solution, described in the patent of the Russian Federation No. 2506575, 02/10/2014, entitled "Method of thermal control of the reliability of structures from polymer composite materials for the analysis of internal stresses and a device for its implementation."

В известном способе (патент 2506575) контролируемое изделие из полимерных композиционных материалов подвергается силовому нагружению, в результате которого за счет внутренних термомеханических процессов внутри изделия создается температурное поле, по анализу которого судят о внутренних дефектах.In the known method (patent 2506575), a controlled product made of polymer composite materials is subjected to force loading, as a result of which, due to internal thermomechanical processes, a temperature field is created inside the product, the analysis of which is used to judge internal defects.

Недостатки данного технического решения аналогичны, описанным выше.The disadvantages of this technical solution are similar to those described above.

Известно техническое решение по патенту РФ 2537520, опубликовано 10.01.2015 г. Бюл. №1 «Способ теплового контроля сложных пространственных объектов и устройство для его осуществления». Недостатки данного технического решения аналогичны описанным выше.Known technical solution for the patent of the Russian Federation 2537520, published 10.01.2015, Bul. No. 1 "Method of thermal control of complex spatial objects and a device for its implementation." The disadvantages of this technical solution are similar to those described above.

Известно техническое решение по патенту 2690033 «Способ электросиловой термографии пространственных объектов и устройство для его осуществления», представляющее собой наиболее близкий к представленным способу и устройству аналог.Known technical solution for patent 2690033 "Method of electric power thermography of spatial objects and a device for its implementation", which is the closest analogue to the presented method and device.

Известный способ включает: силовое нагружение изделия, регистрацию образовавшегося на поверхности в результате внутренних термомеханических процессов температурного поля, выявление внутренних дефектов по анализу температурного поля, перед силовым воздействием через изделие пропускают электрический ток до его разогрева, регулируют величину электрического тока таким образом, чтобы температура изделия не превышала допустимую, осуществляют регистрацию температурного поля поверхности и измеряют величину и координаты его аномальных участков, прикладывают к изделию механическую нагрузку, осуществляют повторную регистрацию температурного поля поверхности изделия, и по разности двух термограмм поверхности изделия до и после приложения механической нагрузки определяют наличие внутренних избыточных напряжений и дефектов.The known method includes: force loading of the product, registration of the temperature field formed on the surface as a result of internal thermomechanical processes, identification of internal defects by analyzing the temperature field, before the force impact, an electric current is passed through the product until it warms up, the amount of electric current is adjusted so that the temperature of the product did not exceed the permissible, register the surface temperature field and measure the magnitude and coordinates of its anomalous areas, apply a mechanical load to the product, re-register the temperature field of the product surface, and determine the presence of internal excess stresses from the difference between two thermograms of the product surface before and after the application of a mechanical load and defects.

Нагрев изделия электрическим током осуществляют до температуры на 3-10°С превышающей температуру окружающей среды. К изделию прикладывают статическую, циклическую и/или ультразвуковую механическую нагрузку.Heating of the product by electric current is carried out to a temperature 3-10 ° C higher than the ambient temperature. A static, cyclic and / or ultrasonic mechanical load is applied to the article.

Известное устройство для термографии изделий из полимерных композиционных материалов, включает термографическую аппаратуру, установленную с возможностью оптического взаимодействия с изделием, механическую систему силового нагружения изделия, блок управления механической системой силового нагружения изделия, пороговое устройство и подключенный к его выходу регистратор, при этом выход блока управления механической системой силового нагружения изделия подключен к входу механической системы силового нагружения изделия, и дополнительно включает электрический генератор, электронный блок управления, блок обработки сигналов, блок памяти, сумматор, при этом выход термографической аппаратуры подключен к входу блока обработки сигналов, первый выход электронного блока управления подключен к входу термографической аппаратуры, второй выход электронного блока управления подключен к входу электрического генератора, установленного с возможностью нагрева изделия, третий выход электронного блока управления подключен к входу блока управления механической системой силового нагружения изделия, четвертый выход электронного блока управления подключен к входу блока памяти, механическая система силового нагружения изделия связана с изделием с возможностью возбуждения механических колебаний изделия, первый выход блока обработки сигнала подключен к третьему входу блока памяти, второй выход блока обработки сигнала подключен к входу электронный блок управления, третий выход блока обработки сигнала) подключен к второму входу блока памяти, выход блока памяти подключен к входу сумматора, а выход сумматора подключен к пороговому устройству.The known device for thermography of products made of polymer composite materials includes thermographic equipment installed with the possibility of optical interaction with the product, a mechanical system of power loading of the product, a control unit for the mechanical system of power loading of the product, a threshold device and a recorder connected to its output, while the output of the control unit mechanical system of power loading of the product is connected to the input of the mechanical system of power loading of the product, and additionally includes an electric generator, an electronic control unit, a signal processing unit, a memory unit, an adder, while the output of the thermographic equipment is connected to the input of the signal processing unit, the first output of the electronic control unit connected to the input of thermographic equipment, the second output of the electronic control unit is connected to the input of an electric generator installed with the possibility of heating the product, the third output of the electronic unit is controlled iia is connected to the input of the control unit of the mechanical system of power loading of the product, the fourth output of the electronic control unit is connected to the input of the memory unit, the mechanical system of power loading of the product is connected to the product with the possibility of exciting mechanical vibrations of the product, the first output of the signal processing unit is connected to the third input of the memory unit, the second output of the signal processing unit is connected to the input of the electronic control unit, the third output of the signal processing unit) is connected to the second input of the memory unit, the output of the memory unit is connected to the input of the adder, and the output of the adder is connected to the threshold device.

Недостатки известных способа и устройства очевидны.The disadvantages of the known method and device are obvious.

Способ реализуется при приложении к контролируемому изделию силовой нагрузки и, очевидно, результаты контроля будут тем достовернее, чем больше величина прилагаемой нагрузки (тем больше параметры дефекта будут отличаться от первоначальных). Однако очевиден и другой факт - при увеличении нагрузки возможен переход через пороговую величину нагрузки и изделие может быть «сломано». Определение пороговой допустимой нагрузки не всегда возможно, результат такого определения зависит от множества факторов (качество исходного материала, соблюдение технологических режимов, наличие в изделии случайно расположенных заранее неизвестных дефектов и т.п.). Поэтому такой метод при всей его привлекательности, имеет существенные ограничения при практическом использовании.The method is realized when a power load is applied to the controlled product and, obviously, the control results will be the more reliable, the greater the value of the applied load (the more the parameters of the defect will differ from the initial ones). However, another fact is also obvious - with an increase in the load, a transition through the threshold value of the load is possible and the product can be "broken". Determination of the threshold permissible load is not always possible, the result of such a determination depends on many factors (quality of the source material, adherence to technological regimes, the presence of randomly located unknown defects in the product, etc.). Therefore, this method, for all its attractiveness, has significant limitations in practical use.

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

На сегодняшний день имеется актуальная потребность в создании способа и устройства для диагностики технического состояния реальных сложных пространственных конструкций, имеющих сложную конструкцию, который может применяться на практике для широкого круга объектов с использованием простого и точного оборудования и осуществлять выявление широкого класса дефектов от «сомкнутых» до пор и расслоений.Today, there is an urgent need to create a method and device for diagnosing the technical state of real complex spatial structures with a complex design, which can be applied in practice for a wide range of objects using simple and accurate equipment and identify a wide class of defects from "closed" to pores and bundles.

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), см. также Клюев В.В.. Будадин О.Н., Абрамова Е.В., Пичугин А.Н., Козельская С.О. Тепловой контроль композитных конструкций в условиях силового и ударного нагружения. - М.: Издательский дом «Спектр», 2017, - 200 с.: с ил., ISBN 978-5-4442-0138-1/ 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 emergence 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, secondly, with the creation of a modern mathematical apparatus (ibid., Pp. 39-89), see also Klyuev V.V. .. Budadin O. N., Abramova E. V., Pichugin A. N., Kozelskaya S. O. Thermal control of composite structures under conditions of force and shock loading. - M .: Publishing house "Spectr", 2017, - 200 p .: with ill., ISBN 978-5-4442-0138-1 / allowing to solve direct and inverse problems of non-stationary heat transfer, which made it possible to switch from flaw detection (detection of defects ) to defectometry (recognition of internal defects, determination of their characteristics and assessment of the residual life of products).

Имелись неоднократные попытки решить эту проблему с помощью дефектоскопии различными методами - ультразвуковым, радиоволновым и т.п. Однако это не приводило к желаемым результатам:There have been repeated attempts to solve this problem using flaw detection by various methods - ultrasonic, radio wave, etc. However, this did not lead to the desired results:

Как правило, методы дефектоскопии позволяют обнаруживать макродефекты, в то время как нарушения снижение прочности может быть обусловлено микродефектами (микротрещины, микропоры, «сомкнутые» дефекты и т.п.) и рядом других факторов, которые не поддаются обнаружению методами существующими дефектоскопии: нарушением состава материала в процессе приложения силовых нагрузок, нарушением технологии изготовления и т.п.:As a rule, flaw detection methods allow detecting macrodefects, while violations of a decrease in strength can be caused by microdefects (microcracks, micropores, "closed" defects, etc.) and a number of other factors that cannot be detected by existing flaw detection methods: violation of the composition material in the process of applying power loads, violation of manufacturing technology, etc .:

1. Микродефекты и «сомкнутые дефекты, которые обуславливают снижение надежности, в основном образуются в процессе нагружения контролируемой конструкции какими - либо нагрузками (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.1. Microdefects and "closed defects, which cause a decrease in reliability, are mainly formed in the process of loading a controlled structure with any loads (static or dynamic force, internal pressure for cylinders, etc.), and flaw detection methods, in general, do not allow non-destructive testing during loading of structures. In addition, it is dangerous from the point of view of safety, because to carry out flaw detection of structures, there must be an operator - flaw detector near it.

2. При контроле сложных пространственных структур, либо объектов, которые занимали не все поле обзора регистрирующей системы, наряду с информативными температурными полями регистрировались температурные помехи, которые значительно снижали достоверность результатов контроля и т.п.2. When monitoring complex spatial structures, or objects that did not occupy the entire field of view of the recording system, along with the informative temperature fields, temperature noise was recorded, which significantly reduced the reliability of the control results, etc.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Изобретение направлено на решение задачи повышения достоверности контроля технического состояния сложных конструкций и их элементов, в т.ч. из ПКМ, в процессе производства и в реальных условиях эксплуатации, в т.ч. в условиях нагрузки, определении участков пониженной прочности, дефектных участков (участков, не соответствующих нормативным документам), выявлению «сомкнутых» дефектов, т.е. дефектов, не имеющих в исходном состоянии раскрытия (толщины) при условии сохранения целостности контролируемого изделия, разработке рекомендаций для устранения дефектов или восстановления конструкции.The invention is aimed at solving the problem of increasing the reliability of monitoring the technical condition of complex structures and their elements, incl. from PCM, during production and in real operating conditions, incl. under load conditions, determination of areas of reduced strength, defective areas (areas that do not comply with regulatory documents), identification of "closed" defects, ie defects that do not have an opening (thickness) in the initial state, provided that the integrity of the controlled product is preserved, the 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 operational safety of complex potentially hazardous structures under continuous or cyclic loads (mechanical, internal pressure, etc.).

Технический результат, достигаемый при использовании представленной группы изобретений, заключается в повышении достоверности обнаружения локальных участков, имеющих «сомкнутые» дефекты, участков пониженной прочности, повышении достоверности результатов оценки технического и эксплуатационного состояния сложных конструкций и их элементов из ПКМ при условии гарантии сохранности целостности контролируемого изделия в процессе приложения к изделию силовых нагрузок.The technical result achieved when using the presented group of inventions is to increase the reliability of the detection of local areas with "closed" defects, areas of reduced strength, increase the reliability of the results of assessing the technical and operational state of complex structures and their elements made of PCM, provided that the integrity of the controlled product is guaranteed in the process of applying power loads to the product.

Технический результат достигается за счет того, что в способе термографии изделий из полимерных композиционных материалов, включающем силовое нагружение изделия, регистрацию образовавшегося на поверхности в результате внутренних термомеханических процессов температурного поля, и выявление внутренних дефектов по анализу температурного поля, согласно изобретению в изделии определяют критические узлы с повышенной вероятностью разрушения при приложении нагрузки, в процессе изготовления изделия в него закладывают оптоволоконную линию с датчиками деформации, представляющими собой волоконные брэгговские решетки таким образом, чтобы датчики деформации располагались в критических узлах, перед силовым воздействием определяют предельную допустимую деформацию в критических узлах изделия

Figure 00000001
где j - номер критического узла в изделии, перед силовым воздействием через изделие пропускают электрический ток до его разогрева, регулируют величину электрического тока (J) таким образом, чтобы температура изделия не превышала допустимую - T0max, осуществляют регистрацию температурного поля поверхности и измеряют величину и координаты его аномальных участков Т0(х,у), здесь х,у - координаты поверхности контролируемого изделия, прикладывают к изделию механическую нагрузку Pi, здесь i=1…N - номер ступени прикладываемой ступенчато механической нагрузки, N - предельная ступень величины механической нагрузки, измеряют величину деформации в критических узлах
Figure 00000002
путем сравнения значений предельной допустимой нагрузки и величины деформации в критических узлах определяют возможность дальнейшего увеличения механической нагрузки на изделие следующим образом:The technical result is achieved due to the fact that in the method of thermography of products made of polymer composite materials, including force loading of the product, registration of the temperature field formed on the surface as a result of internal thermomechanical processes, and identification of internal defects by analyzing the temperature field, according to the invention, critical nodes are determined in the product with an increased probability of destruction when a load is applied, during the manufacturing process of the product, a fiber-optic line with strain sensors, which are fiber Bragg gratings, is laid in it so that the strain sensors are located in critical nodes, before the force effect, they determine the maximum permissible deformation in the critical nodes of the product
Figure 00000001
where j is the number of the critical node in the product, before the force is applied, an electric current is passed through the product until it warms up, the value of the electric current (J) is adjusted so that the temperature of the product does not exceed the allowable temperature - T 0max , the surface temperature field is recorded and the value of and is measured coordinates of its abnormal areas T 0 (x, y) , here x, y are the coordinates of the surface of the controlled item, a mechanical load P i is applied to the item, here i = 1 ... N is the step number of the applied stepwise mechanical load, N is the limiting step of the mechanical load loads, measure the amount of deformation at critical nodes
Figure 00000002
by comparing the values of the maximum permissible load and the magnitude of deformation in the critical nodes, the possibility of further increasing the mechanical load on the product is determined as follows:

Figure 00000003
Figure 00000003

после прекращения увеличения механической нагрузки осуществляют регистрацию температурного поля поверхности изделия Ti(х,у), измеряют разность термограмм:after stopping the increase in the mechanical load, the temperature field of the product surface T i (x, y) is recorded, the difference in thermograms is measured:

ΔТ(х,у)=Т0(х,у)-Ti(х,у)ΔT (x, y) = T 0 (x, y) -T i (x, y)

и по разности двух термограмм ΔТ(х,у) поверхности изделия до и после приложения механической нагрузки определяют наличие внутренних избыточных напряжений и дефектов.and the presence of internal excess stresses and defects is determined by the difference between two thermograms ΔТ (x, y) of the product surface before and after the application of a mechanical load.

Технический результат в части устройства для термографии изделий из полимерных композиционных материалов, включающего термографическую аппаратуру, установленную с возможностью размещения изделия в поле ее обзора, механическую систему силового нагружения изделия, установленную с возможностью возбуждения механических колебаний в изделии, блок управления механической системой силового нагружения изделия, пороговое устройство, подключенный к его выходу регистратор, электрический генератор, электронный блок управления, блок обработки сигналов, первый блок памяти, и сумматор, в котором выход блока управления механической системой силового нагружения изделия подключен к входу механической системы силового нагружения изделия, выход термографической аппаратуры подключен к входу блока обработки сигналов, первый выход электронного блока управления подключен к входу термографической аппаратуры, второй выход электронного блока управления подключен к входу электрического генератора, установленного с возможностью нагрева изделия, третий выход электронного блока управления подключен к входу блока управления механической системой силового нагружения изделия, а четвертый его выход подключен к входу первого блока памяти, согласно изобретению дополнительно введены оптическое волокно, заложенное в поверхность контролируемого изделия, устройство регистрации деформации, блок сравнения, датчик деформации, представляющий собой волоконные брэгговские решетки (ВБР), входящие в оптическое волокно, и второй блок памяти, при этом первый выход блока обработки сигнала подключен к второму входу сумматора, второй выход блока обработки сигнала подключен к первому входу второго блока памяти, первый выход второго блока памяти подключен к первому входу сумматора, выход сумматора подключен к пороговому устройству, выход оптического волокна с датчиками деформации подключен к входу устройства регистрации деформации, выход устройства регистрации деформации подключен к первому входу блока сравнения, второй вход блока сравнения подключен к пятому выходу электронного блока управления, третий вход блока сравнения подключен к выходу первого блока памяти, первый выход блока сравнения подключен одновременно к первому входу электронного блока управления, к второму входу блока обработки сигнала и к второму входу блока памяти, а второй выход блока сравнения подключен к второму входу электронного блока управления.The technical result in terms of a device for thermography of products made of polymer composite materials, including thermographic equipment installed with the possibility of placing the product in its field of view, a mechanical system of power loading of the product, installed with the possibility of exciting mechanical vibrations in the product, a control unit for the mechanical system of power loading of the product, a threshold device, a recorder connected to its output, an electric generator, an electronic control unit, a signal processing unit, a first memory unit, and an adder, in which the output of the control unit of the mechanical power loading system of the product is connected to the input of the mechanical system of the power loading of the product, the output of the thermographic equipment is connected to the input of the signal processing unit, the first output of the electronic control unit is connected to the input of the thermographic equipment, the second output of the electronic control unit is connected to the input of the electric generator installed with the possibility of heating the product, the third output of the electronic control unit is connected to the input of the control unit of the mechanical system of the power loading of the product, and its fourth output is connected to the input of the first memory unit, according to the invention, an optical fiber embedded in the surface of the controlled product, a deformation recording device, a comparison unit are additionally introduced , a strain sensor, which is a fiber Bragg grating (FBG) included in an optical fiber, and a second memory unit, while the first output of the signal processing unit is connected to the second input of the adder, the second output of the signal processing unit is connected to the first input of the second memory unit, the first the output of the second memory unit is connected to the first input of the adder, the output of the adder is connected to the threshold device, the output of the optical fiber with strain sensors is connected to the input of the deformation recording device, the output of the deformation recording device is connected to the first input of the comparison unit, the second to the stroke of the comparison unit is connected to the fifth output of the electronic control unit, the third input of the comparison unit is connected to the output of the first memory unit, the first output of the comparison unit is connected simultaneously to the first input of the electronic control unit, to the second input of the signal processing unit and to the second input of the memory unit, and the second the output of the comparison unit is connected to the second input of the electronic control unit.

Краткое описание фигур чертежейBrief Description of the Drawing Figures

Сущность изобретений и возможность достижения технического результата будут более понятны из последующего описания со ссылками на позиции чертежей, где на:The essence of the inventions 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 приведена фотографии фрагмента сложной пространственной конструкции из ПКМ.fig. 1 shows photographs of a fragment of a complex spatial structure made of PCM.

Фиг. 2 приведены фотографии элементов и микрошлифов сложной пространственной конструкции с реальными дефектами: макродефектами типа нарушения сплошности и дефектами нарушения структуры, «сомкнутыми» дефектами,FIG. 2 shows photographs of elements and microsections of a complex spatial structure with real defects: macrodefects such as discontinuity and structural defects, "closed" defects,

фиг. 3 приведена, в качестве примера, термограмма сложной пространственной конструкции досилового нагружения с шумовыми температурными полями,fig. 3 shows, as an example, a thermogram of a complex spatial structure of pre-force loading with noise temperature fields,

фиг. 4 приведена функциональная схема системы теплового контроля,fig. 4 shows a functional diagram of the thermal control system,

фиг. 5 приведены термограммы фрагментов реального изделия в процессе испытаний:fig. 5 shows thermograms of fragments of a real product during testing:

5а - до пропускания электрического тока,5a - before passing the electric current,

5б - после пропускания электрического тока (после разогрева),5b - after passing an electric current (after warming up),

5в-д - в процессе приложения механической силовой нагрузки в различные моменты увеличивающейся нагрузки,5v-d - in the process of applying a mechanical power load at various moments of increasing load,

5е - после прекращения приложения силовой нагрузки,5e - after the termination of the application of the power load,

фиг. 6 - фотография экспериментальной установки,fig. 6 - photograph of the experimental setup,

фиг. 7 - фотографии двух экспериментальных образцов с «сомкнутыми» внутренними дефектами,fig. 7 - photographs of two experimental samples with "closed" internal defects,

фиг. 8 - фотография устройства регистрации информации,fig. 8 - photo of the information recording device,

фиг. 9 - фотография процесса внедрения оптического волокна с волоконными брэгговскими решетками в изделие,fig. 9 - photograph of the process of introducing optical fiber with fiber Bragg gratings into the product,

фиг. 10 - схема модельного изделия с дефектом,fig. 10 - diagram of a model product with a defect,

фиг. 11 - график изменение деформации в одном из критических узлов изделия,fig. 11 - graph of the change in deformation in one of the critical nodes of the product,

фиг. 12 - график изменения температуры на поверхности образца в области трещины,fig. 12 - graph of temperature change on the sample surface in the crack area,

фиг. 13 - график разрушения изделия,fig. 13 - graph of product destruction,

фиг. 14 - фотография процесса изготовления изделия методом намотки,fig. 14 - photograph of the process of manufacturing a product by winding,

фиг. 15 - фотография силовой нагрузки изделия,fig. 15 - photograph of the power load of the product,

фиг. 16 - график изменения температуры от нагрузки на изделие.fig. 16 is a graph of temperature changes versus product load.

На приведенных фигурах использованы следующие позиции:The following positions are used in the figures shown:

1 - контролируемое изделие,1 - controlled item,

2 - дефект в изделии (нарушение сплошности, избыточное напряжение),2 - a defect in the product (discontinuity, overvoltage),

3 - термографическая аппаратура,3 - thermographic equipment,

4 - механическая система силового нагружения изделия,4 - mechanical system of power loading of the product,

5 - электрический генератор,5 - electric generator,

6 - электронный блок управления,6 - electronic control unit,

7 - блок обработки сигналов,7 - signal processing unit,

8 - блок управления механической системой силового нагружения изделия,8 - control unit for the mechanical system of power loading of the product,

9 - первый блок памяти,9 - the first block of memory,

10 - сумматор,10 - adder,

11 - пороговое устройство,11 - threshold device,

12 - регистратор,12 - registrar,

13 - поле обзора термографической аппаратуры,13 - field of view of thermographic equipment,

14 - оптическое волокно,14 - optical fiber,

15 - устройство регистрации деформации,15 - deformation recording device,

16 - блок сравнения,16 - comparison block,

17 - датчик деформации - волоконные брэгговские решетки (ВБР),17 - strain gauge - fiber Bragg gratings (FBG),

18 - второй блок памяти.18 - the second block of memory.

На фигурах использованы следующие обозначения:The following symbols are used in the figures:

Pi - величина механической нагрузки для i-й термограммы,P i - the value of the mechanical load for the i-th thermogram,

Pomax - предельная силовая нагрузка на изделие,P omax is the ultimate power load on the product,

i=1…N - номер ступени (величины) механической нагрузки,i = 1 ... N is the number of the step (value) of the mechanical load,

N - предельная ступень величины механической нагрузки, PN=P0max,N is the limiting step of the magnitude of the mechanical load, P N = P 0max ,

T - температура (°С),T - temperature (° С),

I - величина электрического тока,I - the magnitude of the electric current,

τ - время (с),τ - time (s),

j - плотность тока на удалении от дефекта,j is the current density at a distance from the defect,

а, b - полуоси эллипса,a, b - semi-axes of the ellipse,

Figure 00000004
- предельная допустимая деформация контроля в критическом узле j изделия.
Figure 00000004
is the maximum permissible deformation of the control in the critical node j of the product.

ΔТ(х,у)=Т0(х,у)-Ti(х,у) разность значений температуры в 10-й критическом узле изделия j=10.ΔT (x, y) = T 0 (x, y) -T i (x, y) the difference in temperature values in the 10th critical node of the product j = 10.

Предпочтительный вариант осуществления изобретенияPreferred embodiment of the invention

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 (системы термографии) используются тепловизоры фирмы FLIR, Testo, термографы фирмы ИРТИС, например, ИРТИС-2000 или аналогичные по техническим характеристикам.All used electronic units 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, E.P. Ugryumov, Digital circuitry: textbook for universities - 3rd ed. Revised and additional - SPb .: - BHV-Petersburg, 2010.). As a thermal imaging device (thermography system), thermal imagers from FLIR, Testo, thermographs from IRTIS, for example, IRTIS-2000 or similar in technical characteristics, are used.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

В процессе наружения изделия происходит изменение конфигураций внутренних дефектов (нарушений сплошности). Например, «сомкнутые» дефекты могут «разомкнуться» на различную величину в зависимости от приложенной нагрузки. В этом случае изменяется их электрическое сопротивление. При пропускании электрического тока через изделие в районе таких дефектов в соответствии с известными физическими законами будет происходить выделение энергии:In the process of identifying the product, changes in the configurations of internal defects (discontinuities) occur. For example, "closed" defects can "open" by different amounts depending on the applied load. In this case, their electrical resistance changes. When an electric current is passed through the product in the area of such defects in accordance with the known physical laws, energy will be released:

ΔQ=IxΔR(2R+ΔR)ΔQ = IxΔR (2R + ΔR)

ΔQ - выделяемая энергия на дефекте,ΔQ is the energy released at the defect,

I - величина электрического тока,I - the magnitude of the electric current,

R - электрическое сопротивление дефекта,R is the electrical resistance of the defect,

ΔR - изменение электрического сопротивления дефекта.ΔR - change in electrical resistance of the defect.

Избыток энергии локальной внутренней области материала в соответствии с законами теплопередачи формирует локальное изменение температуры на поверхности изделия, которое регистрируется термографической температурой и служит признаком наличия внутреннего дефекта.The excess energy of the local internal area of the material in accordance with the laws of heat transfer forms a local temperature change on the surface of the product, which is recorded by the thermographic temperature and serves as a sign of the presence of an internal defect.

Поэтому данный метод контроля актуален, т.к. позволяет оценить качество (надежность) изделия в процессе квазиреальных силовых нагрузок по анализу температурных полей поверхности изделия.Therefore, this control method is relevant, since allows you to assess the quality (reliability) of the product in the process of quasi-real power loads by analyzing the temperature fields of the product surface.

Величина и приложение нагрузки определяются реальными условиями эксплуатации изделия и ограничиваются допустимым уровнем деформации в изделии. В процессе нагружения изделие жестко закреплено, т.к. нагрузки могут достигать значительных величин. В процессе контроля может немного изменяться форма и геометрические размеры изделия за счет его деформации.The magnitude and application of the load are determined by the actual operating conditions of the product and are limited by the permissible level of deformation in the product. During loading, the product is rigidly fixed, because loads can reach significant values. In the process of control, the shape and geometric dimensions of the product may slightly change due to its deformation.

Устройство регистрации термограмм (термографическую аппаратуру) располагают перед объектом контроля из условия совмещения поля обзора термографической аппаратуры и площади контроля контролируемого объекта.The device for recording thermograms (thermographic equipment) is placed in front of the controlled object from the condition of combining the field of view of the thermographic equipment and the controlled area of the controlled object.

Проведем теоретическое обоснование предлагаемого метода.Let's carry out a theoretical justification of the proposed method.

Постановка задачи. Пусть через некоторый объем материала протекает постоянный электрический ток плотностью j, для которого справедливо:Formulation of the problem. Let a constant electric current of density j flow through a certain volume of material, for which it is true:

Figure 00000005
Figure 00000005

где j - плотность тока,where j is the current density,

ρ - удельное электрическое сопротивление,ρ - electrical resistivity,

E - электрический потенциал.E is the electrical potential.

Электрический ток в проводящей среде вызывает тепловыделение. Интенсивность теплового источника (мощность, выделяемая в единице объема) определяется законом Джоуля-Ленца:An electric current in a conductive medium generates heat. The intensity of the heat source (the power released per unit volume) is determined by the Joule-Lenz law:

Figure 00000006
Figure 00000006

следовательно, уравнение теплопроводности для области с проходящим электрическим током примет вид:therefore, the heat conduction equation for the region with the passing electric current takes the form:

Figure 00000007
Figure 00000007

где α - коэффициент температуропроводности,where α is the thermal diffusivity,

τ - время,τ - time,

T - температура.T is the temperature.

В тонкостенном элементе конструкции раскрытие трещин, ориентированных под углом к вектору плотности тока, можно считать равносильным уменьшению площади поперечного сечения. Тогда в первом приближении можно воспользоваться известными результатами работы, в которой нагрев участка меньшего сечения описывается формулой:In a thin-walled structural element, the opening of cracks oriented at an angle to the current density vector can be considered equivalent to a decrease in the cross-sectional area. Then, in the first approximation, you can use the known results of work, in which the heating of a section of a smaller section is described by the formula:

Figure 00000008
Figure 00000008

где J и Jм - плотности тока на участках основного сечения и меньшего сечения;where J and J m are the current density in the sections of the main section and the smaller section;

S и Sм - сечения основного и уменьшенного в размерах участков;S and S m - sections of the main and reduced in size sections;

F и Fм - поверхности охлаждения проводника основного и уменьшенного в размерах участков;F and F m - conductor cooling surfaces of the main and reduced in size sections;

ρ - удельное сопротивление проводника;ρ is the specific resistance of the conductor;

λ - коэффициент теплопроводности материала проводника;λ - coefficient of thermal conductivity of the conductor material;

kT - коэффициент теплоотдачи.k T is the heat transfer coefficient.

Оценка по формуле (4) показывает, что уменьшение площади сечения приводит к незначительному увеличению температуры. Проведем более детальный анализ тепловыделения вблизи вершины раскрытой трещины.Estimation by formula (4) shows that a decrease in the cross-sectional area leads to a slight increase in temperature. Let us carry out a more detailed analysis of heat release near the tip of an open crack.

Рассмотрим модельную задачу о протекании плоского тока в пластине, содержащей несплошность эллиптической формы (фиг. 10).Let us consider a model problem of the flow of a plane current in a plate containing an elliptical discontinuity (Fig. 10).

Размеры пластины считаем большими по сравнению с размерами несплошности. Тогда граничные условия jx=j, jу=0 могут быть поставлены на бесконечности.The dimensions of the plate are considered large in comparison with the dimensions of the discontinuity. Then the boundary conditions j x = j , j у = 0 can be set at infinity.

Решение системы уравнений (1) может быть получено отображением внешности эллипса на внешность круга; комплексный потенциал при этом получается следующим:The solution to the system of equations (1) can be obtained by mapping the exterior of the ellipse to the exterior of the circle; the complex potential in this case is obtained as follows:

Figure 00000009
Figure 00000009

где z=x+iy, а плотность тока находится как градиент вещественной части (5).where z = x + iy, and the current density is found as the gradient of the real part (5).

В пределе при стремлении к нулю меньшей полуоси эллипса (а) получаем распределение плотности тока в окрестности трещины. Так, при х=0 имеем:In the limit, as the lesser semi-axis of the ellipse tends to zero (a), we obtain the distribution of the current density in the vicinity of the crack. So, for x = 0 we have:

Figure 00000010
Figure 00000010

Формула (6) может быть преобразована путем замены: у=b+Δr к виду, определяющему асимптотику плотности тока у вершины трещины:Formula (6) can be transformed by replacing: y = b + Δr to the form that determines the asymptotic behavior of the current density at the crack tip:

Figure 00000011
Figure 00000011

откуда видно, что плотность тока концентрируется у вершины трещины.whence it is seen that the current density is concentrated at the crack tip.

Здесь Δr - изменение расстояние от вершины трещины.Here Δr is the change in distance from the crack tip.

Интенсивность тепловыделения согласно закону Джоуля-Ленца (2) пропорциональна квадрату плотности тока, т.е.The intensity of heat release according to the Joule-Lenz law (2) is proportional to the square of the current density, i.e.

Figure 00000012
Figure 00000012

и уравнение (3) принимает вид:and equation (3) takes the form:

Figure 00000013
Figure 00000013

Фундаментальное решение уравнения (9) имеет вид:The fundamental solution to equation (9) has the form:

Figure 00000014
Figure 00000014

где erfc - функция ошибки,where erfc is the error function,

q - мощность теплового источника в окрестности вершины трещины.q is the power of the heat source in the vicinity of the crack tip.

На фиг. 12 приведен график изменения температуры на поверхности образца в области трещины в зависимости от времени при различных размерах трещины и начальной температуре 20°С. Ширина пластины В принималась фиксированной и равной удвоенной длине трещины, величина тока I=jB.FIG. 12 shows a graph of the temperature change on the sample surface in the crack area as a function of time for different crack sizes and an initial temperature of 20 ° C. The plate width B was taken to be fixed and equal to the doubled crack length, the current value I = j B.

В результате получаем существенное повышение температуры в области трещины весьма малых размеров, причем рост изменения температуры пропорционален длине раскрытой трещины.As a result, we obtain a significant increase in temperature in the region of a crack of very small dimensions, and the increase in temperature change is proportional to the length of the open crack.

Таким образом, теоретические результаты показывают возможность обнаружения трещин при их раскрытии путем пропускания электрического тока через элемент конструкции, содержащий «сомкнутый» дефект.Thus, the theoretical results show the possibility of detecting cracks when opening them by passing an electric current through a structural element containing a "closed" defect.

Электросиловой термооптический контроль пространственных объектов осуществляется следующим образом (фиг. 4).Electric power thermo-optical control of spatial objects is carried out as follows (Fig. 4).

Перед началом контроля через контролируемое изделие 1 посредством электрического генератора 5 под управлением электронного блока управления 6 пропускают электрический ток для разогрева изделия.Before starting the control, an electric current is passed through the controlled item 1 by means of an electric generator 5 under the control of an electronic control unit 6 to warm up the item.

Регулируют величину электрического тока (J) таким образом, чтобы температура изделия не превышала допустимую - T0max. Для проведенных экспериментальных исследований определены следующие параметры: ориентировочное значение силы тока 1-8А, напряжение 0,2-0,4В.The amount of electric current (J) is regulated so that the temperature of the product does not exceed the permissible value - T 0max . For the experimental studies, the following parameters were determined: the approximate value of the current strength is 1-8A, the voltage is 0.2-0.4V.

Далее выполняют действия:Next, perform the actions:

Определяют в контролируемом изделии 1 критические узлы (j)- узлы с повышенной вероятностью разрушения при приложении нагрузки (Pi),Critical nodes (j) are determined in the controlled item 1 - nodes with an increased probability of destruction when a load is applied (P i ),

здесь i=1…N - номер ступени (величины) механической нагрузки,here i = 1 ... N is the number of the step (value) of the mechanical load,

N - предельная ступень величины механической нагрузки,N is the limiting step of the magnitude of the mechanical load,

j=1…J, где J - наибольшее число критических узлов в изделии.j = 1 ... J, where J is the largest number of critical nodes in the product.

В процессе изготовления изделия в него закладывают оптоволоконную линию 14 с датчиками деформации - волоконными брэгговскими решетками (ВБР) 17 таким образом, что бы датчики деформации располагались в критических узлах (j).In the process of manufacturing the product, a fiber-optic line 14 with strain sensors - fiber Bragg gratings (FBG) 17 - is laid in it in such a way that the strain sensors are located in critical nodes (j).

На фиг. 9 приведена фотография внедрения (закладки) оптического волокна с ВБР в контролируемое изделие.FIG. 9 shows a photograph of the introduction (insertion) of an optical fiber with FBG into a controlled product.

Перед силовым воздействием определяют предельную допустимую деформацию в критических узлах (j) изделия

Figure 00000015
Before the force action, the maximum permissible deformation in the critical nodes (j) of the product is determined
Figure 00000015

Определение предельно допустимой деформации можно осуществить рядом известных способов физико-механических испытаний, например: Простые деформации: лаб. практикум /сост.: B.C. Вакулюк, О.В. Каранаева, В.Ф. Павлов [и др.]. - Самара: Изд-во СГАУ, 2015. - 76 с. ISBN 978-5-7883-1026-8Determination of the maximum permissible deformation can be carried out by a number of known methods of physical and mechanical tests, for example: Simple deformations: lab. workshop / comp .: B.C. Vakulyuk, O.V. Karanaeva, V.F. Pavlov [and others]. - Samara: SSAU Publishing House, 2015 .-- 76 p. ISBN 978-5-7883-1026-8

Под управлением электронного блока управления 6 термографической аппаратурой 3 осуществляют регистрацию температурного поля поверхности контролируемого изделия 1 и измеряют величину и координаты его аномальных участков Т0(х,у), который сохраняется в блоке памяти 18, где х,у - координаты поверхности контролируемого изделия.Under the control of the electronic control unit 6 by the thermographic equipment 3, the temperature field of the surface of the controlled item 1 is recorded and the value and coordinates of its anomalous areas T 0 (x, y) are measured, which is stored in the memory unit 18, where x, y are the coordinates of the surface of the controlled item.

Посредством механической системы силового нагружения 4 изделия 1 и блока управления механической системой силового нагружения 8 изделия под управлением электронного блока 6 прикладывают к изделию механическую нагрузку Pi,By means of the mechanical power loading system 4 of the product 1 and the control unit of the mechanical power loading system 8 of the product under the control of the electronic unit 6, a mechanical load P i is applied to the product,

Посредством оптического волокна 14, датчиков деформации ВБР 17 и устройством регистрации деформации 16 осуществляют измерение деформации в j=1…J критических узлах при i-й нагрузке

Figure 00000016
By means of optical fiber 14, strain sensors FBG 17 and a strain recorder 16, strain is measured in j = 1 ... J critical nodes at the i-th load
Figure 00000016

Результаты измеренной деформации

Figure 00000017
поступают на блок сравнения 16. Одновременно по команде электронного блока управления 6 на другой вход блока сравнения 16 поступает величина предельной допустимой нагрузки в критических узлах
Figure 00000018
Measured strain results
Figure 00000017
are fed to the comparison unit 16. At the same time, at the command of the electronic control unit 6, the value of the maximum permissible load in critical nodes arrives at the other input of the comparison unit 16
Figure 00000018

В блоке сравнения 16 осуществляется сравнение поступивших на его входы величин деформации следующим образом:Comparison unit 16 compares the deformation values received at its inputs as follows:

- если

Figure 00000019
то с выхода блока сравнения 16 на электронный блок управления 6 поступает сигнал на увеличение нагрузки на изделие и по команде блока 6 происходит увеличение прикладываемой нагрузки - Pi+1. Далее все измерения блоками 14, 17, 15 и сравнение результатов блоком 16 повторяется.- if a
Figure 00000019
then from the output of the comparison unit 16 a signal is sent to the electronic control unit 6 to increase the load on the product, and at the command of the unit 6 an increase in the applied load - P i + 1 occurs. Further, all measurements by blocks 14, 17, 15 and comparison of the results by block 16 is repeated.

- если

Figure 00000020
с выхода блока сравнения 16 на электронный блок управления 6 поступает сигнал на прекращение увеличения нагрузки на изделие 1 и по команде блока 6 происходит завершение увеличения прикладываемой нагрузки. Одновременное по команде блока 6 на термографическую аппаратуру 3 осуществляется прекращение регистрации температурного поля поверхности изделия 1. Одновременно сигнал с блока сравнения 16 поступает на блок обработки сигналов 7, по команде которого на сумматор 10 из блока 7 на сумматор поступает текущий сигнал о значении температурного поля поверхности изделия 1 - Ti(х,у). Одновременно сигнал от блока 16 поступает на второй блок памяти 18, по команде которого блок 18 передает в сумматор 10 сигнал Т0(х,у).- if a
Figure 00000020
from the output of the comparison unit 16 a signal is sent to the electronic control unit 6 to stop increasing the load on the product 1, and at the command of unit 6, the increase in the applied load is completed. Simultaneously, by the command of block 6, the thermographic equipment 3 terminates the registration of the temperature field of the surface of the product 1. At the same time, the signal from the comparison unit 16 goes to the signal processing unit 7, at the command of which the current signal about the value of the temperature field of the surface is sent to the adder 10 from unit 7 products 1 - T i (x, y). At the same time, the signal from the unit 16 is fed to the second memory unit 18, at the command of which the unit 18 transmits the signal T 0 (x, y) to the adder 10.

В сумматоре 10 осуществляется измерение разности термограмм:The adder 10 measures the difference in thermograms:

ΔТ(х,у)=Т0(х,у)-Ti(х,у)ΔT (x, y) = T 0 (x, y) -T i (x, y)

и по разности двух термограмм ΔТ(х,у) поверхности изделия до и после приложения механической нагрузки в пороговом устройстве 11 определяют наличие внутренних избыточных напряжений и дефектов. Далее полученная информация регистрируется в блоке 12.and the difference between two thermograms ΔT (x, y) of the product surface before and after the application of a mechanical load in the threshold device 11 determines the presence of internal excess stresses and defects. Further, the information received is recorded in block 12.

Пороговое значение в блоке 11 может выбираться из различных критериев. Это зависит от типа изделия, условий проведения контроля.The threshold value in block 11 can be selected from various criteria. It depends on the type of product, inspection conditions.

Наиболее общий метод определения порогового значения описан в книге авторов В.А. Барынин, О.Н. Будадин, А.А. Кульков. Современные технологии неразрушающего контроля конструкций из полимерных композиционных материалов. - М.: ИД «Спектр», 2013. - 243 с: ил и цв. вкл. 16 с. Стр. 20-26. Это метод безэталонного определения порогового значения сигнала.The most general method for determining the threshold value is described in the book by the authors V.A. Barynin, O. N. Budadin, A.A. Kulkov. Modern technologies for non-destructive testing of structures made of polymer composite materials. - M .: Publishing House "Spectrum", 2013. - 243 p: silt and color. incl. 16 s. P. 20-26. It is a method of no-reference determination of the signal threshold value.

Экспериментальные исследования заявляемого способа проводились на установке, собранной в соответствии с функциональной схемой (фиг. 4) с использованием тепловизионного устройства ИРТИС-2000. Фотография экспериментальной установки приведена на фиг. 6.Experimental studies of the proposed method were carried out on an installation assembled in accordance with the functional diagram (Fig. 4) using a thermal imaging device IRTIS-2000. A photograph of the experimental setup is shown in Fig. 6.

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

На фиг. 3, в качестве примера, приведена термограмма всей поверхности контролируемого образца конструкции до проведения экспериментов. На данной термограмме ясно видны шумовые температурные поля.FIG. 3, as an example, a thermogram of the entire surface of the controlled sample of the structure is shown before the experiments. Noise temperature fields are clearly visible on this thermogram.

Для проведения экспериментальных исследований были изготовлены специальные образцы, аналогичный конструкции реального изделия, в которых в процессе изготовления были изготовлены «сомкнутые» дефекты.For experimental research, special samples were made, similar to the design of a real product, in which "closed" defects were made during the manufacturing process.

Фотография образцов с «сомкнутыми» дефектами приведена на фиг. 7.A photograph of samples with "closed" defects is shown in Fig. 7.

На фиг. 5а-в приведены термограммы фрагментов реального изделия в процессе испытаний:FIG. 5a-c show thermograms of fragments of a real product during testing:

5а - до пропускания электрического тока,5a - before passing the electric current,

5б - после пропускания электрического тока (после разогрева),5b - after passing an electric current (after warming up),

5в - в процессе приложения механической силовой нагрузки в различные моменты увеличивающейся нагрузки.5c - in the process of applying a mechanical force load at various moments of increasing load.

Из приведенных на фиг. 5а-в результатов ясно видно, как на фрагменте изделия в процессе приложения силовой нагрузки проявляется локальный участок температурного поля, соответствующего внутреннему «сомкнутому» дефекту.From those shown in FIG. 5a-c of the results, it is clearly seen how a local section of the temperature field corresponding to an internal "closed" defect appears on a fragment of the product during the application of a force load.

В процессе изготовления изделия методом намотки (фиг. 14) в контролируемое изделие (1) интегрируется оптическое волокно (14) с ВБР (17).In the process of manufacturing a product by the winding method (Fig. 14), an optical fiber (14) with an FBG (17) is integrated into the controlled product (1).

На фиг. 9 приведена фотография процесса внедрения оптического волокна с волоконными брэгговскими решетками (ВБР) в изделие.FIG. 9 shows a photograph of the process of introducing an optical fiber with fiber Bragg gratings (FBG) into a product.

Далее изделие (1) подвергалось механической нагрузке.Further, the product (1) was subjected to mechanical stress.

На фиг. 15, в качестве примера, приведена фотография силовой нагрузки изделия. Регистрация деформации в критических узлах изделия осуществлялась устройством регистрации информации, фотография которого приведена на фиг. 8.FIG. 15, as an example, is a photograph of the power load of the product. Registration of deformation in critical units of the product was carried out by an information recording device, a photograph of which is shown in Fig. eight.

На фиг. 11 - график изменение деформации в критическом узле №10 (j=70) изделия.FIG. 11 is a graph of the change in deformation in the critical node No. 10 (j = 70) of the product.

В соответствии с предлагаемым способом при достижении наибольшей допустимой деформации в данном критическом узле

Figure 00000021
нагружение изделия прекратилось и нагрузка была «снята» во избежание «травмирования» контролируемого изделия и без ущерба для достоверности результатов контроля. Это состояние соответствует термограмме 5г фиг. 5. Для наглядности процесс регистрации термограмм был продолжен после «снятия» нагрузки. Из термограмм наглядно видно уменьшение разности значения температуры на дефектном и бездефектном участках.In accordance with the proposed method, upon reaching the greatest permissible deformation in a given critical node
Figure 00000021
loading of the product was stopped and the load was “removed” in order to avoid “injury” of the controlled product and without prejudice to the reliability of the control results. This state corresponds to the thermogram 5d of Fig. 5. For clarity, the process of registration of thermograms was continued after the "removal" of the load. The thermograms clearly show a decrease in the temperature difference in the defective and defect-free areas.

На фиг 16, в качестве примера, приведен экспериментальный график, построенный по термограммам фиг. 5 зависимости изменения температуры между значением температуры на дефектном участке до нагружения и значением температуры на дефектном участке в процессе нагружения: ΔТ(х,у)=Т0(х,у)-Ti(х,у) от величины нагрузки (номеров термограмм).FIG. 16 is an example of an experimental graph based on the thermograms of FIG. 5 dependences of the temperature change between the temperature value in the defective area before loading and the temperature value in the defective area during loading: ΔТ (x, y) = T 0 (x, y) -T i (x, y) on the value of the load (numbers of thermograms ).

Таким образом, цель, поставленная перед создаваемым техническим решением, достигнута: обеспечивается достоверное обнаружение «сомкнутых» дефектов при щадящей нагрузке на контролируемое изделие.Thus, the goal set for the technical solution being created has been achieved: reliable detection of "closed" defects is ensured with a gentle load on the controlled product.

По результатам контроля делается заключение:Based on the results of the control, a conclusion is made:

- о надежности изделия и его способности противостоять нагрузкам,- about the reliability of the product and its ability to withstand loads,

- о наличие «слабых» мест изделия, т.е. даются рекомендации разработчику об усилении конструкции или конкретных ее элементов,- about the presence of "weak" points of the product, i.e. recommendations are given to the developer on strengthening the structure or its specific elements,

- о величине остаточного ресурса изделия (по динамике изменения температурных полей в местах концентраторов напряжения),- on the value of the residual resource of the product (according to the dynamics of changes in temperature fields in the places of stress concentrators),

- о наличии внутренних дефектов типа нарушения сплошности, в т.ч. «сомкнутых» дефектов.- on the presence of internal defects such as discontinuity, incl. "Closed" defects.

Изобретения имеют следующие преимущества:The inventions have the following advantages:

- повышают информативность результатов контроля сложных пространственных конструкций,- increase the information content of the results of monitoring complex spatial structures,

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

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

- позволяют снизить вероятность аварий за счет определения реальных технических характеристик конструкций,- allow to reduce the probability of accidents by determining the real technical characteristics of structures,

- обеспечивают достоверное выявление опасных «сомкнутых» дефектов при «щадящей» силовой нагрузке на контролируемой изделие.- provide reliable detection of dangerous "closed" defects with a "sparing" power load on the controlled product.

Claims (56)

1. Способ термографии изделий из полимерных композиционных материалов, включающий1. A method of thermography of products made of polymer composite materials, including - силовое нагружение изделия,- force loading of the product, - регистрацию образовавшегося на поверхности в результате внутренних термомеханических процессов температурного поля, и- registration of the temperature field formed on the surface as a result of internal thermomechanical processes, and - выявление внутренних дефектов по анализу температурного поля,- identification of internal defects by analyzing the temperature field, отличающийся тем, чтоcharacterized in that - в изделии определяют критические узлы с повышенной вероятностью разрушения при приложении нагрузки,- critical nodes with an increased probability of destruction when a load is applied are determined in the product, - в процессе изготовления изделия в него закладывают оптоволоконную линию с датчиками деформации, представляющими собой волоконные брэгговские решетки таким образом, чтобы датчики деформации располагались в критических узлах,- in the process of manufacturing the product, a fiber-optic line with strain sensors is laid in it, which are fiber Bragg gratings so that the strain sensors are located at critical nodes, - перед силовым воздействием определяют предельную допустимую деформацию в критических узлах изделия
Figure 00000022
- before the force action, the maximum permissible deformation in the critical nodes of the product is determined
Figure 00000022
где j - номер критического узла в изделии,where j is the number of the critical node in the product, - перед силовым воздействием через изделие пропускают электрический ток до его разогрева,- before forceful action, an electric current is passed through the product until it warms up, - регулируют величину электрического тока (J) таким образом, чтобы температура изделия не превышала допустимую - T0max,- regulate the amount of electric current (J) in such a way that the temperature of the product does not exceed the permissible value - T 0max , - осуществляют регистрацию температурного поля поверхности и измеряют величину и координаты его аномальных участков Т0(х,у),- register the surface temperature field and measure the magnitude and coordinates of its anomalous areas T 0 (x, y), здесь х,у - координаты поверхности контролируемого изделия,here x, y are the coordinates of the surface of the tested product, - прикладывают к изделию механическую нагрузку Pi,- apply a mechanical load P i to the product, здесь i=1…N - номер ступени прикладываемой ступенчато механической нагрузки,here i = 1 ... N is the step number of the applied stepwise mechanical load, N - предельная ступень величины механической нагрузки,N is the limiting step of the magnitude of the mechanical load, - измеряют величину деформации в критических узлах
Figure 00000023
- measure the amount of deformation at critical nodes
Figure 00000023
- путем сравнения значений предельной допустимой нагрузки и величины деформации в критических узлах определяют возможность дальнейшего увеличения механической нагрузки на изделие следующим образом:- by comparing the values of the maximum permissible load and the magnitude of deformation in critical nodes, determine the possibility of further increasing the mechanical load on the product as follows:
Figure 00000024
Figure 00000024
- после прекращения увеличения механической нагрузки осуществляют регистрацию температурного поля поверхности изделия Ti(х,у),- after the termination of the increase in the mechanical load, the temperature field of the product surface T i (x, y) is recorded, - измеряют разность термограмм:- measure the difference in thermograms: ΔТ(х,у)=Т0(х,у)-Ti(х,у)ΔT (x, y) = T 0 (x, y) -T i (x, y) и по разности двух термограмм ΔТ(х,у) поверхности изделия до и после приложения механической нагрузки определяют наличие внутренних избыточных напряжений и дефектов.and the presence of internal excess stresses and defects is determined by the difference between two thermograms ΔТ (x, y) of the product surface before and after the application of a mechanical load. 2. Устройство для термографии изделий из полимерных композиционных материалов, включающее2. A device for thermography of products made of polymer composite materials, including - термографическую аппаратуру (3), установленную с возможностью размещения изделия в поле ее обзора,- thermographic equipment (3), installed with the possibility of placing the product in its field of view, - механическую систему силового нагружения изделия (4), установленную с возможностью возбуждения механических колебаний в изделии,- mechanical system of power loading of the product (4), installed with the possibility of excitation of mechanical vibrations in the product, - блок управления механической системой силового нагружения изделия (8),- control unit for the mechanical system of power loading of the product (8), - пороговое устройство (11),- threshold device (11), - подключенный к его выходу регистратор (12),- a recorder connected to its output (12), - электрический генератор (5),- electric generator (5), - электронный блок управления (6),- electronic control unit (6), - блок обработки сигналов (7),- signal processing unit (7), - первый блок памяти (9), и- the first block of memory (9), and - сумматор (10), при этом- adder (10), while - выход блока управления механической системой силового нагружения изделия (8) подключен к входу механической системы силового нагружения изделия (4),- the output of the control unit for the mechanical system of power loading of the product (8) is connected to the input of the mechanical system of power loading of the product (4), - выход термографической аппаратуры (3) подключен к входу блока обработки сигналов (7),- the output of the thermographic equipment (3) is connected to the input of the signal processing unit (7), - первый выход электронного блока управления (6) подключен к входу термографической аппаратуры (3),- the first output of the electronic control unit (6) is connected to the input of the thermographic equipment (3), - второй выход электронного блока управления (6) подключен к входу электрического генератора (5), установленного с возможностью нагрева изделия (1),- the second output of the electronic control unit (6) is connected to the input of an electric generator (5) installed with the possibility of heating the product (1), - третий выход электронного блока управления (6) подключен к входу блока управления механической системой силового нагружения изделия (8), а- the third output of the electronic control unit (6) is connected to the input of the control unit for the mechanical power loading system of the product (8), and - четвертый его выход (6) подключен к входу первого блока памяти (9),- its fourth output (6) is connected to the input of the first memory block (9), отличающееся тем, что в него введеныcharacterized in that it contains - оптическое волокно (14), заложенное в поверхность контролируемого изделия,- optical fiber (14) embedded in the surface of the controlled product, - устройство регистрации деформации (15),- deformation recording device (15), - блок сравнения (16),- comparison block (16), - датчик деформации, представляющий собой волоконные брэгговские решетки (ВБР) (17), входящие в оптическое волокно, и- strain gauge, which is a fiber Bragg gratings (FBG) (17) included in an optical fiber, and - второй блок памяти (18), при этом- the second memory block (18), while - первый выход блока обработки сигнала (7) подключен к второму входу сумматора (10),- the first output of the signal processing unit (7) is connected to the second input of the adder (10), - второй выход блока обработки сигнала (7) подключен к первому входу второго блока памяти (18),- the second output of the signal processing unit (7) is connected to the first input of the second memory unit (18), - первый выход второго блока памяти (18) подключен к первому входу сумматора (10),- the first output of the second memory block (18) is connected to the first input of the adder (10), - выход сумматора (10) подключен к пороговому устройству (11),- the output of the adder (10) is connected to the threshold device (11), - выход оптического волокна (14) с датчиками деформации (17) подключен к входу устройства регистрации деформации (15),- the output of the optical fiber (14) with strain sensors (17) is connected to the input of the strain recording device (15), - выход устройства регистрации деформации (15) подключен к первому входу блока сравнения (16),- the output of the deformation recording device (15) is connected to the first input of the comparison unit (16), - второй вход блока сравнения (16) подключен к пятому выходу электронного блока управления (6),- the second input of the comparison unit (16) is connected to the fifth output of the electronic control unit (6), - третий вход блока сравнения (16) подключен к выходу первого блока памяти (9),- the third input of the comparison block (16) is connected to the output of the first memory block (9), - первый выход блока сравнения (16) подключен одновременно к первому входу электронного блока управления (6), к второму входу блока обработки сигнала (7) и к второму входу блока памяти (18), а- the first output of the comparison unit (16) is connected simultaneously to the first input of the electronic control unit (6), to the second input of the signal processing unit (7) and to the second input of the memory unit (18), and - второй выход блока сравнения (16) подключен к второму входу электронного блока управления (6).- the second output of the comparison unit (16) is connected to the second input of the electronic control unit (6).
RU2020118855A 2020-06-01 2020-06-01 Method for electric power thermal-optical control of spatial objects and device for its implementation RU2736320C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118855A RU2736320C1 (en) 2020-06-01 2020-06-01 Method for electric power thermal-optical control of spatial objects and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118855A RU2736320C1 (en) 2020-06-01 2020-06-01 Method for electric power thermal-optical control of spatial objects and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2736320C1 true RU2736320C1 (en) 2020-11-13

Family

ID=73460844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020118855A RU2736320C1 (en) 2020-06-01 2020-06-01 Method for electric power thermal-optical control of spatial objects and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2736320C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2793298C1 (en) * 2021-12-30 2023-03-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Method for non-destructive quality control of the design and resource of an automotive gas cylinder made of polymer composite materials and a device for its implementation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU646219A1 (en) * 1975-07-16 1979-02-05 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт Им. В.В.Куйбышева Method of determining building structure element fire resistance
RU2383009C2 (en) * 2007-11-22 2010-02-27 Олег Николаевич Будадин Method for thermal control of residual stresses and defects of structure
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
CN104280294A (en) * 2014-10-15 2015-01-14 北京航空航天大学 Dynamic temperature measuring device in high-temperature breaking strength tensile test
RU2690033C1 (en) * 2018-09-14 2019-05-30 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" (АО "ЦНИИСМ") Method of electric power thermography of spatial objects and device for its implementation
DE102018003818A1 (en) * 2018-05-11 2019-11-14 Hans-Jürgen Hantke A method and apparatus for nondestructive optical determination of a stress condition in a visible light impermeable member

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU646219A1 (en) * 1975-07-16 1979-02-05 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт Им. В.В.Куйбышева Method of determining building structure element fire resistance
RU2383009C2 (en) * 2007-11-22 2010-02-27 Олег Николаевич Будадин Method for thermal control of residual stresses and defects of structure
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
CN104280294A (en) * 2014-10-15 2015-01-14 北京航空航天大学 Dynamic temperature measuring device in high-temperature breaking strength tensile test
DE102018003818A1 (en) * 2018-05-11 2019-11-14 Hans-Jürgen Hantke A method and apparatus for nondestructive optical determination of a stress condition in a visible light impermeable member
RU2690033C1 (en) * 2018-09-14 2019-05-30 Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" (АО "ЦНИИСМ") Method of electric power thermography of spatial objects and device for its implementation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2793298C1 (en) * 2021-12-30 2023-03-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Method for non-destructive quality control of the design and resource of an automotive gas cylinder made of polymer composite materials and a device for its implementation
RU2794868C1 (en) * 2022-07-29 2023-04-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Method for making a sample from ice with embedded optic sensors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10444173B2 (en) Method and system of thermographic non-destructive inspection for detecting and measuring volumetric defects in composite material structures
Vergani et al. A review of thermographic techniques for damage investigation in composites
RU2506575C1 (en) Method of thermal monitoring of reliability of structures from polymer composite materials by analysis of internal stresses and device for its realisation
Cadelano et al. Corrosion detection in pipelines using infrared thermography: Experiments and data processing methods
Vavilov et al. Infrared thermographic evaluation of large composite grid parts subjected to axial loading
Amiri et al. Nondestructive estimation of remaining fatigue life: thermography technique
RU2383009C2 (en) Method for thermal control of residual stresses and defects of structure
RU2690033C1 (en) Method of electric power thermography of spatial objects and device for its implementation
RU2740183C1 (en) Method of electric power thermography of spatial objects with noisy surface and device for its implementation
RU2736320C1 (en) Method for electric power thermal-optical control of spatial objects and device for its implementation
Kawai et al. Rapid evaluation of fatigue limit using infrared thermography: comparison between two methods for quantifying temperature evolution
RU2616438C1 (en) Method of thermal controlling composite materials
Al-Athel et al. Damage characterization of embedded defects in composites using a hybrid thermography, computational, and artificial neural networks approach
RU2686498C1 (en) Ultrasonic thermotomography method and device for its implementation
Wronkowicz et al. Enhancement of damage identification in composite structures with self-heating based vibrothermography
Cruanes et al. Study of the fatigue behavior of the chloroprene rubber for uniaxial tests with infrared method
Sun et al. Calibrating Johnson’s formula for applying DCPD method to an axial through-wall crack in a pipe
RU2772403C1 (en) Automated ultrasonic thermal tomography system
Zaeimi et al. Fatigue limit estimation of metals based on the thermographic methods: A comprehensive review
RU2793298C1 (en) Method for non-destructive quality control of the design and resource of an automotive gas cylinder made of polymer composite materials and a device for its implementation
RU2644031C1 (en) Method of thermal non-destructive control of stability of the quality of products from polymer composite materials in the process of their serial production
RU2751122C1 (en) Method for thermal control of the state of the object
RU2537520C1 (en) Method of thermal control of complex spatial objects and device for its realisation
CN108303430A (en) A kind of reusable workpiece crack simulator
GRŚ Image and data processing techniques in characterization of material nonuniformity by active ir thermography