RU2788337C1 - Способ контроля глубины дефектов типа "складка" в изделиях из стеклопластиковых материалов ультразвуковым методом - Google Patents
Способ контроля глубины дефектов типа "складка" в изделиях из стеклопластиковых материалов ультразвуковым методом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788337C1 RU2788337C1 RU2022116392A RU2022116392A RU2788337C1 RU 2788337 C1 RU2788337 C1 RU 2788337C1 RU 2022116392 A RU2022116392 A RU 2022116392A RU 2022116392 A RU2022116392 A RU 2022116392A RU 2788337 C1 RU2788337 C1 RU 2788337C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fold
- depth
- ultrasonic
- fiberglass
- ultrasonic waves
- Prior art date
Links
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001066 destructive Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 15
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;phenol Chemical compound O=C.OC1=CC=CC=C1 SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000006112 glass ceramic composition Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002990 reinforced plastic Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Использование: для контроля глубины дефектов типа «складка» в изделиях из стеклопластиковых материалов ультразвуковым методом. Сущность изобретения заключается в том, что контроль глубины дефектов типа «складка» в изделиях из стеклопластиковых материалов выполняют ультразвуковым методом, который включает установку излучателя и приемника ультразвуковых колебаний на одинаковом расстоянии L/2 от оси складки, а в бездефектной области стеклопластика на базе L, фиксирование времени распространения волны, огибающей складку, и времени распространения волны на участке стеклопластика без складки, при этом для определения глубины складок используют поверхностные и подповерхностные ультразвуковые волны, которые возбуждают и принимают в материале изделия с помощью пьезоэлектрических преобразователей с коническими волноводами для фокусировки ультразвукового поля и возможности обеспечения оптимального угла ввода ультразвуковых волн в стеклопластиковый материал на частоте от 0,5 до 2 МГц, при этом измерение времени распространения поверхностных или подповерхностных ультразвуковых волн в бездефектной области осуществляют два раза с двух сторон складки на одной линии с измерением времени распространения ультразвуковых волн на складке, и определяют глубину складки по предварительно установленной регрессионной зависимости. Технический результат: повышение точности контроля глубины дефектов типа «складка» в изделиях из стеклопластиковых материалов неразрушающим ультразвуковым методом. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля глубины дефектов типа «складка» в слоистых стеклопластиках и изготовленных из них изделиях сложной формы. Предлагаемое техническое решение предназначено для применения в авиационной и авиакосмической отрасли, а также может быть использовано в судостроительной промышленности, строительной индустрии и других отраслях, использующих изделия из слоистых стеклопластиков.
В процессе формования сложнопрофильных стеклопластиковых изделий неизбежно образуются складки - дефекты армированных пластиков в виде складок упрочняющего наполнителя (ГОСТ 32794-2014. «Межгосударственный стандарт. Композиты полимерные. Термины и определения»). От размера складок зависят прочностные свойства стеклопластика и эксплуатационные характеристики всего изделия. В связи с этим возникает необходимость определения геометрических параметров складок стеклопластиковых изделий, в частности, их глубины методами неразрушающего контроля.
Известен способ определения глубины поверхностных трещин (авторское свидетельство SU 1226301, G01N 29/04, опубл. 23.04.86 г., Бюл. №15), заключающийся в том, что в контролируемом изделии в направлении раскрытой трещины возбуждают импульс рэлеевской волны, отличающийся тем, что с целью расширения технологических возможностей контроля, принимают отраженные от ближней кромки и вершины трещины импульсы рэлеевской волны, измеряют интервал времени между ними и определяют глубину трещины по предлагаемой формуле.
Данный способ не применим для определения глубины складок в стеклопластиках по причине невозможности регистрации отраженных от ближней кромки и вершины трещины импульсов, что обусловлено:
- высоким затуханием ультразвуковых волн (далее - УЗВ) в стеклопластике;
- высокими структурными шумами.
Известен ультразвуковой способ измерения высоты вертикально ориентированных плоскостных дефектов в стеклокерамических материалах элементов конструкций летательных аппаратов (патент РФ № RU 2760487, G01N 29/04, опубл. 25.11.2021 Бюл. № 33), заключающийся в том, что ультразвуковыми волнами при помощи прямого совмещенного ультразвукового преобразователя возбуждают в изделии импульсы продольных ультразвуковых колебаний в направлении, совпадающем с плоскостью дефекта, и принимают отраженные донной поверхностью изделия ультразвуковые колебания, отличающийся тем, что с целью увеличения точности измерения вычисляют отношение амплитуды отраженной от донной поверхности ультразвуковой продольной волны, прошедшей через вертикально ориентированный плоскостной дефект - трещину элемента конструкции летательного аппарата, к амплитуде отраженной от донной поверхности ультразвуковой продольной волны, прошедшей через область элемента конструкции летательного аппарата без дефекта, для проведения измерений применяются ультразвуковые волны в диапазоне частот от 10 МГц до 20 МГц.
Данный способ не применим для определения глубины складок в стеклопластиках по причине невозможности регистрации отраженных от донной поверхности импульсов, что обусловлено:
- высоким затуханием УЗВ в стеклопластике;
- высокими структурными шумами, регистрируемыми приемником импульсов и вызванными структурной неоднородностью стеклопластика.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является ультразвуковой способ контроля бетонных и железобетонных конструкций сооружений в процессе эксплуатации на наличие глубоких трещин (патент РФ № RU 2262695, G01N 29/04, опубл. 20.10.2005 Бюл. №29), включающий дефектоскопию бетонных и железобетонных конструкций ультразвуковым продольным профилированием путем установки излучателя и приемника УЗВ на одинаковом расстоянии от оси трещины, а в ненарушенном бетоне на фиксированной базе, учет времени распространения волны, огибающей трещину, и времени распространения продольных УЗВ в ненарушенном бетоне на фиксированной базе, определение скорости продольных волн в ненарушенном бетоне, а также определение глубины трещины в бетоне, отличающийся тем, что на бетонной поверхности конструкции сооружения, на одинаковом расстоянии L/2 от оси трещины, а в ненарушенном бетоне на базе L устанавливают излучатель и приемник УЗВ, определяют среднюю влажность ненарушенного бетона и среднюю влажность бетона в зоне трещины на участке установки излучателя и приемника УЗВ, после чего рассчитывают глубину трещины в бетоне согласно выражению:
где h - глубина трещины, С - скорость продольных УЗВ в ненарушенном бетоне, t1 и t - время распространения УЗВ, огибающих трещину, и на длине фиксированной базы в ненарушенном бетоне, W и W1 - средняя влажность ненарушенного бетона и бетона в зоне трещины.
Недостатком данного способа является низкая чувствительность и точность определения глубины складок, в связи с необходимостью измерения скорости ультразвуковых волн, которая в стеклопластиковых материалах существенно изменяет величину в зависимости от направления прозвучивания из-за анизотропии физико-механических свойств.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности контроля глубины дефектов типа «складка» в изделиях из стеклопластиковых материалов ультразвуковым методом.
Технический результат обеспечивается тем, что предложен способ контроля глубины дефектов типа «складка» в изделиях из стеклопластиковых материалов ультразвуковым методом, включающий установку излучателя и приемника ультразвуковых колебаний на одинаковом расстоянии L/2 от оси складки, а в бездефектной области стеклопластика на базе L, фиксировании времени распространения волны, огибающей складку, и времени распространения волны на участке стеклопластика без складки, отличающийся тем, что для определения глубины складок используют поверхностные и подповерхностные ультразвуковые волны, которые возбуждают и принимают в материале изделия с помощью пьезоэлектрических преобразователей с коническими волноводами для фокусировки ультразвукового поля и возможности обеспечения оптимального угла ввода ультразвуковых волн в стеклопластиковый материал на частоте от 0,5 до 2 МГц, при этом измерение времени распространения поверхностных или подповерхностных ультразвуковых волн в бездефектной области осуществляют два раза с двух сторон складки на одной линии с измерением времени распространения ультразвуковых волн на складке, и определяют глубину складки по предварительно установленной регрессионной зависимости вида:
где h - глубина складки;
Δt - увеличение времени распространения УЗВ на складке;
a и b - параметры материала, определяемые методом наименьших квадратов по результатам измерений геометрических размеров складок альтернативным методом, причем увеличение времени распространения ультразвуковых волн на складке вычисляют по формуле:
где t - время распространения УЗВ, огибающих складку;
t1 и t2 - время распространения УЗВ в бездефектных участках.
При прохождении поверхностных и подповерхностных УЗВ через складку в перпендикулярном к ней направлении, путь проходимый УЗВ увеличивается, в связи с этим увеличивается и время прохождения УЗВ при постоянном расстоянии по поверхности стеклопластика между источником и приемником УЗВ. Исходя из этого величина увеличения времени распространения УЗВ в области складки, относительно времени распространения УЗВ в бездефектной области линейно зависит от глубины складки. На скорость распространения поверхностных и подповерхностных УЗВ в стеклопластике влияет большое число факторов: направление распространения УЗВ относительно направления выкладки стеклоткани, шероховатость поверхности, пористость и плотность стеклопластика. Поэтому, с целью учета влияния перечисленных факторов на распространение ультразвуковых волн, и, следовательно, для повышения точности определения глубины складок в стеклопластике, необходимо определять время распространения УЗВ на бездефектном участке с двух сторон складки. Частота УЗВ определяется для конкретного стеклопластика в зависимости от затухания УЗВ. Схема позиционирования источника УЗВ 2 и приемника УЗВ 3 относительно складки 1 при проведении измерений с целью определения высоты складки представлена на Фиг.1.
В тонкостенной оболочке оживальной формы из стеклопластика (ФНкв+МФСС-8) на основе фенолформальдегидного связующего, армированного кварцевой стеклотканью ТС 8/3-К-ТО с помощью пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) с коническим волноводом на резонансной частоте 1 МГц на постоянной базе, равной 20 мм, и цифрового ультразвукового дефектоскопа было измерено время распространения подповерхностных УЗВ в области складки t, и в бездефектной области t1 и t2 и по полученным значениям рассчитано увеличение времени распространения УЗВ на складке Δt по формуле 2.
Затем из исследуемого стеклопластикового изделия из областей, содержащих складки, были изготовлены образцы и проведена их рентгеновская компьютерная томография с последующим определением глубины складок по полученным томограммам. Пример томограмм приведен на Фиг. 2.
После была построена зависимость между глубиной складок в образцах, определенной по томограммам, и увеличением времени распространения УЗВ на складке (Фиг. 3), а также методом наименьших квадратов определены параметры материала: a = 0,4965; b = 0,3376. Коэффициент корреляции при этом составил 0,91, а максимальная ошибка регрессии около 0,3 мм, что говорит о хорошей точности предложенного способа.
Пример выполнения предлагаемого технического решения.
В элементе конструкции летательного аппарата из стеклопластика ФНкв+МФСС-8 на основе фенолформальдегидного связующего, армированного кварцевой стеклотканью ТС 8/3-К-ТО был выполнен контроль глубины дефектов типа «складка». В качестве источника и приемника ультразвуковых волн использовались ПЭП резонансной частотой 1 МГц с коническими волноводами. Было выполнено измерение времени распространения ультразвуковых волн в области складки (t=4,8 мкс) путем установки ПЭП на одинаковом расстоянии (10 мм) от оси складки, а также времени распространения ультразвуковых волн в бездефектной области на базе L=20 мм два раза с двух сторон складки (t1=3,05 мкс и t2=3,15 мкс) на одной линии с измерением времени распространения ультразвуковых волн на складке. После этого по формуле (2) было рассчитано увеличение времени распространения УЗВ на складке (Δt=1,7 мкс) и по предварительно полученному методом наименьших квадратов линейному регрессионному уравнению (h = 0,4965×Δt + 0,3376) была рассчитана глубина складки h = 1,2 мм.
Достигаемый технический результат заключается в повышении точности контроля глубины дефектов типа «складка» в изделиях из стеклопластиковых материалов неразрушающим ультразвуковым методом.
Предлагаемый способ имеет следующие преимущества:
- нет необходимости определять скорость УЗВ в исследуемом материале, что упрощает расчеты и повышает точность определения глубины складок в анизотропных материалах;
- измерение времени распространения УЗВ осуществляется методом прохождения с помощью двух пьезоэлектрических преобразователей, что позволяет определять глубину складок в стеклопластиках с высоким затуханием ультразвуковых волн;
- высокая разрешающая способность предложенного способа (возможно измерение глубины складок с глубиной от 0,3 мм).
Claims (5)
- Способ контроля глубины дефектов типа «складка» в изделиях из стеклопластиковых материалов ультразвуковым методом, включающий установку излучателя и приемника ультразвуковых колебаний на одинаковом расстоянии L/2 от оси складки, а в бездефектной области стеклопластика на базе L, фиксирование времени распространения волны, огибающей складку, и времени распространения волны на участке стеклопластика без складки, отличающийся тем, что для определения глубины складок используют поверхностные и подповерхностные ультразвуковые волны, которые возбуждают и принимают в материале изделия с помощью пьезоэлектрических преобразователей с коническими волноводами для фокусировки ультразвукового поля и возможности обеспечения оптимального угла ввода ультразвуковых волн в стеклопластиковый материал на частоте от 0,5 до 2 МГц, при этом измерение времени распространения поверхностных или подповерхностных ультразвуковых волн в бездефектной области осуществляют два раза с двух сторон складки на одной линии с измерением времени распространения ультразвуковых волн на складке, и определяют глубину складки по предварительно установленной регрессионной зависимости вида:
- h = a×Δt + b,
- где h - глубина складки; Δt - увеличение времени распространения ультразвуковых волн на складке; a и b - параметры материала, определяемые методом наименьших квадратов по результатам измерений геометрических размеров складок альтернативным методом, причем увеличение времени распространения ультразвуковых волн на складке вычисляют по формуле:
- Δt = t –,
- где t - время распространения ультразвуковых волн, огибающих складку; t1 и t2 - время распространения ультразвуковых волн в бездефектных участках.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2788337C1 true RU2788337C1 (ru) | 2023-01-17 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2814126C1 (ru) * | 2023-03-07 | 2024-02-22 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Способ определения глубины складок в изделиях из стеклопластиковых материалов с помощью ультразвуковых волн |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5929349A (en) * | 1997-08-22 | 1999-07-27 | Shell Oil Company | Inspection tool for measuring wall thickness of underground storage tanks |
| RU2196982C2 (ru) * | 2001-01-09 | 2003-01-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Способ определения физико-механических характеристик и состава полимерных композиционных материалов в конструкциях ультразвуковым методом |
| RU2231753C1 (ru) * | 2003-02-25 | 2004-06-27 | ЗАО "НИИИН МНПО "Спектр" | Способ измерения толщины изделия с помощью ультразвуковых импульсов |
| RU2422769C1 (ru) * | 2010-03-30 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Способ ультразвуковой эхо-импульсной толщинометрии |
| RU2718645C1 (ru) * | 2019-09-10 | 2020-04-10 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Способ оценки устойчивости тонкостенных стеклопластиковых оболочек |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5929349A (en) * | 1997-08-22 | 1999-07-27 | Shell Oil Company | Inspection tool for measuring wall thickness of underground storage tanks |
| RU2196982C2 (ru) * | 2001-01-09 | 2003-01-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Способ определения физико-механических характеристик и состава полимерных композиционных материалов в конструкциях ультразвуковым методом |
| RU2231753C1 (ru) * | 2003-02-25 | 2004-06-27 | ЗАО "НИИИН МНПО "Спектр" | Способ измерения толщины изделия с помощью ультразвуковых импульсов |
| RU2422769C1 (ru) * | 2010-03-30 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Способ ультразвуковой эхо-импульсной толщинометрии |
| RU2718645C1 (ru) * | 2019-09-10 | 2020-04-10 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Способ оценки устойчивости тонкостенных стеклопластиковых оболочек |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2814126C1 (ru) * | 2023-03-07 | 2024-02-22 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Способ определения глубины складок в изделиях из стеклопластиковых материалов с помощью ультразвуковых волн |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Edwards et al. | Depth gauging of defects using low frequency wideband Rayleigh waves | |
| Zhu et al. | Imaging concrete structures using air-coupled impact-echo | |
| EP2472254B1 (en) | Ultrasonic non-destructive inspection method, in particular for composite material structures for aeronautical applications | |
| Hoegh et al. | Correlation analysis of 2D tomographic images for flaw detection in pavements | |
| Tan et al. | Comparison of Lamb waves and pulse echo in detection of near-surface defects in laminate plates | |
| KR20100045284A (ko) | 위상배열 초음파 탐상을 위한 보정(대비)시험편 및 보정절차 | |
| Brigante et al. | Acoustic methods for the nondestructive testing of concrete: A review of foreign publications in the experimental field | |
| CN105044213B (zh) | 一种纤维增强树脂基复合材料相控阵超声检测晶片延迟法则优化方法 | |
| Kasal et al. | Stress waves | |
| RU2788337C1 (ru) | Способ контроля глубины дефектов типа "складка" в изделиях из стеклопластиковых материалов ультразвуковым методом | |
| KR20100124238A (ko) | 위상배열 초음파 탐상을 위한 보정(대비)시험편 및 보정절차 | |
| RU2814126C1 (ru) | Способ определения глубины складок в изделиях из стеклопластиковых материалов с помощью ультразвуковых волн | |
| RU2760512C1 (ru) | Способ ультразвукового неразрушающего контроля качества изделий из стеклопластиков | |
| JP2011529170A (ja) | カップリングチェックを使用した改良超音波非破壊検査 | |
| RU2611709C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля изделий из полимерных композиционных материалов | |
| RU2461820C1 (ru) | Способ определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов | |
| RU2707984C1 (ru) | Способ определения огнестойкости строительных материалов и элементов конструкций | |
| RU2814130C1 (ru) | Ультразвуковой способ измерения высоты вертикально ориентированных плоскостных дефектов в кварцевой керамике | |
| Yan et al. | Inspection of anisotropic composites using ultrasonic phased arrays | |
| RU2707199C1 (ru) | Способ определения толщины изделия при одностороннем доступе | |
| Chulkov et al. | Determination of the depth of folds in fiberglass products using ultrasonic waves | |
| RU2760487C1 (ru) | Ультразвуковой способ измерения высоты вертикально ориентированных плоскостных дефектов в стеклокерамических материалах элементов конструкций летательных аппаратов | |
| RU2760472C1 (ru) | Способ определения модуля упругости стеклопластиков при ультразвуковом неразрушающем контроле | |
| RU2816862C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля затесненных участков изделий из стеклопластика | |
| RU2775516C1 (ru) | Ультразвуковой способ контроля изделий из кварцевого стекла на наличие кристобалита по шероховатости их поверхности |