RU56620U1 - DEVICE FOR FORECASTING RESIDUAL RESOURCE AND PHYSICAL AND MECHANICAL PARAMETERS OF MATERIALS UNDER NON-DESTRUCTIVE CONTROL - Google Patents
DEVICE FOR FORECASTING RESIDUAL RESOURCE AND PHYSICAL AND MECHANICAL PARAMETERS OF MATERIALS UNDER NON-DESTRUCTIVE CONTROL Download PDFInfo
- Publication number
- RU56620U1 RU56620U1 RU2005129291/22U RU2005129291U RU56620U1 RU 56620 U1 RU56620 U1 RU 56620U1 RU 2005129291/22 U RU2005129291/22 U RU 2005129291/22U RU 2005129291 U RU2005129291 U RU 2005129291U RU 56620 U1 RU56620 U1 RU 56620U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- personal computer
- values
- basis
- defects
- digitized
- Prior art date
Links
Abstract
Полезная модель относится к средствам для исследования свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий в виде одиночных ударных воздействий. Устройство содержит источник прикладываемого к исследуемому объекту ударного воздействия, выполненный в виде молотка со встроенным зонным экраном Френеля, акселерометр, связанный с исследуемым объектом и предназначенный для преобразования возникающих в материале акустических сигналов в электрические колебания, и персональный компьютер, связанный с акселерометром микрофонным входом. Последний выполнен с возможностью отображения на экране полученных электрических колебаний в реальном масштабе времени и определения на фоне экспоненциального затухания местонахождения максимального дефекта по длине исследуемого объекта, регулирования источника ударного воздействия по уровню электрических колебаний, оцифровывания электрических колебаний посредством встроенного аналого-цифрового преобразователя - «звуковой карты», осуществления программного спектрального анализа оцифрованного акустического сигнала путем Фурье-преобразования в частотных диапазонах 17-55, 50-450 и 1900-2700 Гц, выведения на экран спектра оцифрованного акустического сигнала во всех трех диапазонах, накопления результатов по нескольким измерениям, количество которых выбрано из условия обеспечения требуемой помехоустойчивости, вычисления после каждого измерения трех The utility model relates to means for studying the properties of solid materials by applying mechanical forces to them in the form of single impacts. The device contains a source of shock applied to the object under investigation, made in the form of a hammer with an integrated Fresnel zone screen, an accelerometer connected to the object being studied and intended for converting the acoustic signals arising in the material into electrical vibrations, and a personal computer connected to the microphone by the accelerometer. The latter is made with the possibility of displaying on the screen the obtained electrical oscillations in real time and determining the location of the maximum defect along the length of the studied object against the background of exponential attenuation, adjusting the source of the shock by the level of electric oscillations, digitizing the electric oscillations using the built-in analog-to-digital converter - “sound card ", The implementation of the spectral analysis of the digitized acoustic signal by Fourier e-transformations in the frequency ranges 17-55, 50-450 and 1900-2700 Hz, displaying the spectrum of the digitized acoustic signal in all three ranges, accumulating the results of several measurements, the number of which is selected from the condition for ensuring the required noise immunity, calculation after each measurement three
максимумов, нахождения величин дефектов по вычисленным максимумам с использованием табличных значений и определения предположительных причин дефектов, итогового расчета остаточного ресурса и физико-механических параметров объекта. Выбранные частотные диапазоны регламентируют развитие соответственно малоцикловой усталости на базе винтовых дислокации, расслоений без обезуглероживания на базе краевых дислокации и трещин с обезуглероживанием на базе когерентности потоков свободных вакансий, идущих на торможение винтовых и краевых дислокации. Предложенное диагностирующее устройство характеризуется повышенной точностью. Технический результат выражается в более точном и быстром выявлении дефектов образцов, а также в выработке рекомендаций по увеличению остаточного ресурса. 9 з.п. ф-лы. 2 ил.maximums, finding the values of defects according to the calculated maximums using tabular values and determining the probable causes of defects, the final calculation of the residual life and physico-mechanical parameters of the object. The selected frequency ranges govern the development of, respectively, low-cycle fatigue on the basis of screw dislocations, delamination without decarburization on the basis of edge dislocations and cracks with decarburization on the basis of coherence of the flows of free vacancies, which are used to slow down screw and edge dislocations. The proposed diagnostic device is characterized by increased accuracy. The technical result is expressed in a more accurate and faster identification of sample defects, as well as in the development of recommendations for increasing the residual life. 9 s.p. f-ly. 2 ill.
Description
Устройство для прогнозирования остаточного ресурса и физико-механических параметров материалов при неразрушающем контролеA device for predicting the residual life and physico-mechanical parameters of materials with non-destructive testing
Полезная модель относится к средствам для исследования свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий в виде одиночных ударных воздействий.The utility model relates to means for studying the properties of solid materials by applying mechanical forces to them in the form of single impacts.
Известны устройства для исследования характеристик твердых материалов, выполненные по структуре «источник ударного воздействия - исследуемый материал - акселерометр - персональный компьютер (ПК)» (RU 2100794 С1, G 01 N 3/48, 27.12.1997; US 5736631 A, G 01 N 3/30, 07.04.1998, US 5490411 A, G 01 N 3/30, 13.02.1996).Known devices for the study of the characteristics of solid materials, made according to the structure "source of shock - test material - accelerometer - personal computer (PC)" (RU 2100794 C1, G 01 N 3/48, 12/27/1997; US 5736631 A, G 01 N 3/30, 04/07/1998, US 5,490,411 A, G 01 N 3/30, 02/13/1996).
Недостатки известных устройств определяются узкой областью практического использования, охватывающей лишь отдельные специфические материалы, для которых выявляются только общие и типовые характеристики. Кроме того, нельзя признать удовлетворительным качество исследования, обеспечиваемое известными устройствами, поскольку испытания материалов проводятся с силой ударного воздействия в жестко ограниченном диапазоне.The disadvantages of the known devices are determined by a narrow field of practical use, covering only certain specific materials, for which only general and typical characteristics are revealed. In addition, the quality of the study provided by the known devices cannot be recognized as satisfactory, since materials are tested with impact force in a strictly limited range.
Наиболее близким к предложенному является устройство, реализующее прогнозирование остаточного ресурса металла неразрушающим контролем отклика акустоэмиссионного излучения и включающее в себя средства для ввода в исследуемую среду излучения, съема амплитудно-частотного спектра, его узкополосовой фильтрации, выделения и анализа составляющих спектра испускания, в том числе и с использованием ПК (RU 2003134817 A, G 01 N 29/14, 10.05.2005).Closest to the proposed one is a device that realizes the prediction of the residual metal resource by non-destructive testing of the response of acoustic emission radiation and includes means for introducing radiation into the medium under study, removing the amplitude-frequency spectrum, its narrow-band filtering, isolating and analyzing the components of the emission spectrum, including using a PC (RU 2003134817 A, G 01 N 29/14, 05/10/2005).
В известном устройстве спектральный анализ осуществляется посредством быстрого преобразования Фурье со взвешиванием спектральных полос оконной функцией по отдельным информативным частотам. При этом анализ физико-механических свойств и исходного материала и амплитудно-частотного спектра на момент диагностики производится в трех наиболее информативных частотных диапазонах по частотному параметру - смещению резонансных частот к своим минимальным значения, а для определения прогноза остаточного ресурса и текущих физико-механических параметров используется коэффициент перехода. Корректность данного коэффициента обеспечивается взвешиванием спектральных полос оконной функцией Хэмминга позволяющей одновременно устанавливать эквивалентный эталонный угол трения структурных неоднородностей естественных шероховатостей с учетом деградации на момент диагностики по одной из максимальных амплитуд частотных резонансов, эквивалентный угол трения структурных неоднородностей естественных шероховатостей In the known device, spectral analysis is carried out by means of a fast Fourier transform with the weighting of the spectral bands of the window function at individual informative frequencies. At the same time, the analysis of the physical and mechanical properties of both the starting material and the amplitude-frequency spectrum at the time of diagnosis is carried out in the three most informative frequency ranges in terms of the frequency parameter — the shift of the resonant frequencies to their minimum values, and to determine the forecast of the residual life and current physical and mechanical parameters, conversion factor. The correctness of this coefficient is ensured by weighing the spectral bands by the Hamming window function, which allows one to simultaneously establish the equivalent reference angle of friction of structural inhomogeneities of natural roughness, taking into account degradation at the time of diagnosis using one of the maximum amplitudes of frequency resonances, the equivalent angle of friction of structural inhomogeneities of natural roughness
на момент диагностики с учетом деградации по максимальным амплитудам частотных резонансов и эквивалентный угол трения структурных неоднородностей естественных шероховатостей на момент полной деградации. Механические свойства, в том числе, циклическая трещиностойкость на момент диагностики определяется по выявленной аналитической зависимости, а прогноз остаточного ресурса - через эталонную циклическую трещиностойкость, циклическую трещиностойкость на момент аварии и времени эксплуатации на момент диагностики.at the time of diagnosis, taking into account degradation in maximum amplitudes of frequency resonances and the equivalent angle of friction of structural inhomogeneities of natural roughness at the time of complete degradation. The mechanical properties, including cyclic crack resistance at the time of diagnosis, are determined by the identified analytical dependence, and the forecast of residual life is determined through the reference cyclic crack resistance, cyclic crack resistance at the time of the accident and the operating time at the time of diagnosis.
Однако известное техническое решение характеризуется существенными погрешностями прогнозирования, обусловленными необходимостью проведения значительного количества достаточно сложных расчетных операций.However, the known technical solution is characterized by significant forecasting errors due to the need to conduct a significant number of fairly complex settlement operations.
Задачей полезной модели является повышение точности подобного диагностирующего устройства. Технический результат выражается в более точном и быстром выявлении дефектов образцов, а также в выработке рекомендаций по увеличению остаточного ресурса.The objective of the utility model is to increase the accuracy of such a diagnostic device. The technical result is expressed in a more accurate and faster identification of sample defects, as well as in the development of recommendations for increasing the residual life.
Поставленная задача решается предложенным устройством для прогнозирования остаточного ресурса и физико-механических параметров материалов при неразрушающем контроле, которое содержит источник прикладываемого к исследуемому объекту ударного воздействия, выполненный в виде молотка со встроенным зонным экраном Френеля, обеспечивающим фокусировку энергии удара, The problem is solved by the proposed device for predicting the residual life and physico-mechanical parameters of materials with non-destructive testing, which contains a source of impact applied to the object under investigation, made in the form of a hammer with an integrated Fresnel zone screen that provides focusing of the impact energy,
акселерометр, связанный с исследуемым объектом и предназначенный для преобразования возникающих в материале акустических сигналов в электрические колебания, ПК, связанный с акселерометром микрофонным входом и выполненный с возможностью отображения на экране полученных электрических колебаний в реальном масштабе времени и определения на фоне экспоненциального затухания местонахождения максимального дефекта по длине исследуемого объекта, регулирования источника ударного воздействия по уровню электрических колебаний, оцифровывания электрических колебаний посредством встроенного аналого-цифрового преобразователя - «звуковой карты», осуществления программного спектрального анализа оцифрованного акустического сигнала путем Фурье-преобразования в частотных диапазонах 17-55, 50-450 и 1900-2700 Гц, регламентирующих развитие соответственно малоцикловой усталости на базе винтовых дислокации, расслоений без обезуглероживания на базе краевых дислокации и трещин с обезуглероживанием на базе когерентности потоков свободных вакансий, идущих на торможение винтовых и краевых дислокации, выведения на экран спектра оцифрованного акустического сигнала во всех трех диапазонах, an accelerometer associated with the studied object and designed to convert the acoustic signals arising in the material into electrical vibrations, a PC connected to the accelerometer with a microphone input and configured to display the received electrical vibrations on the screen in real time and determine the location of the maximum defect against the background of the exponential decay the length of the object under study, the regulation of the source of shock by the level of electrical oscillations, digitized I oscillations through the built-in analog-to-digital Converter - a “sound card”, the implementation of the spectral analysis of the digitized acoustic signal by the Fourier transform in the frequency ranges 17-55, 50-450 and 1900-2700 Hz, regulating the development of, respectively, low-cycle fatigue based on screw dislocations, delaminations without decarburization on the basis of edge dislocations and cracks with decarburization on the basis of coherence of the flows of free vacancies, which are used for braking of screw and edge location, displaying the spectrum of the digitized acoustic signal in all three ranges,
накопления результатов по нескольким измерениям, количество которых выбрано из условия обеспечения требуемой помехоустойчивости;accumulation of results from several measurements, the number of which is selected from the condition of ensuring the required noise immunity;
вычисления после каждого измерения трех максимумов и нахождения величин дефектов по вычисленным максимумам с использованием табличных значений и определения предположительных причин дефектов;calculating after each measurement three maxima and finding the values of defects from the calculated maxima using tabular values and determining the alleged causes of the defects;
итогового расчета остаточного ресурса и физико-механических параметров объекта.the final calculation of the residual resource and physical and mechanical parameters of the object.
Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки полезной модели.Partial essential features of the utility model contribute to the solution of the problem.
В качестве ПК был использован отечественный ноутбук «Partner E415L VIA» с установленным программным обеспечением «Iron-6», являющийся по своей сути сложным измерительным комплексом [1] с возможностью обработки электроакустического сигнала акселерометра в реальном масштабе времени [2]. Технические характеристики ПК обеспечивали индикацию и сохранение результатов измерений [3]. ПК выполнен с возможностью осуществления спектрального анализа по программе «Iron-6» со взвешиванием оцифрованного акустического сигнала и ограничением во времени базисных функций с помощью оконной функции, коэффициенты которой подобраны из условия достижения оптимального соотношения между уровнем боковых лепестков и шириной центрального лепестка.As a PC, we used the domestic Partner E415L VIA laptop with the installed Iron-6 software, which is essentially a complex measuring complex [1] with the ability to process the electro-acoustic signal of the accelerometer in real time [2]. PC specifications provided indication and storage of measurement results [3]. The PC is made with the possibility of performing spectral analysis according to the Iron-6 program with weighing of the digitized acoustic signal and time-limited basis functions using a window function, the coefficients of which are selected to achieve the optimal ratio between the level of the side lobes and the width of the central lobe.
ПК может быть выполнен с возможностью осуществления спектрального анализа с помощью быстрого Фурье-преобразования по отдельным частотам с разрешением по спектру, равным 0,5 Гц во всех выбранных частотных диапазонах. При этом предполагается взвешивание оцифрованного сигнала и ограничение по времени базисных функций преобразования с помощью оконной функции Хэмминга.A PC can be configured to perform spectral analysis using a fast Fourier transform for individual frequencies with a spectrum resolution of 0.5 Hz in all selected frequency ranges. In this case, it is assumed that the digitized signal is weighted and that the basis transformation functions are limited in time using the Hamming window function.
ПК может быть выполнен с возможностью осуществления спектрального анализа с помощью вейвлет-преобразования по отдельным частотам согласно алгоритму Герцеля с разрешением по спектру, равным 0,5 Гц во всех выбранных частотных диапазонах. При этом предполагается взвешивание оцифрованного сигнала и ограничение по времени и амплитуде базисных функций преобразования с помощью оконной функции Хэмминга-Маллата.A PC can be configured to perform spectral analysis using wavelet transform at individual frequencies according to the Goertzel algorithm with a spectrum resolution of 0.5 Hz in all selected frequency ranges. In this case, it is assumed that the digitized signal is weighted and the time and amplitude are limited by the basis transformation functions using the Hamming-Mallat window function.
ПК выполнен с возможностью определения при спектральном анализе в каждом частотном диапазоне значений резонансной частоты, соответствующей максимальной амплитуде, углов разориентации зеренных кристаллических структур, габаритов дефектов, величин максимальной резонансной амплитуды, а также выведения на экран таблицы для определения причины деградации.The PC is made with the possibility of determining during spectral analysis in each frequency range the values of the resonant frequency corresponding to the maximum amplitude, the disorientation angles of the grain crystal structures, the dimensions of the defects, the values of the maximum resonant amplitude, and also displaying a table on the screen to determine the cause of degradation.
При неразрушающем контроле используются кроме преобразования акустического сигнала в цифровой и разложения его на спектры, следующие параметры о диагностируемом металле, получаемые из справочных материалов: временный предел прочности, предел текучести, For non-destructive testing, in addition to converting the acoustic signal into digital and decomposing it into spectra, the following parameters about the diagnosed metal obtained from reference materials are used: temporary tensile strength, yield strength,
относительное удлинение, относительное сужение, модуль упругости, объемная плотность и теплопроводность.elongation, elongation, elastic modulus, bulk density and thermal conductivity.
Диагностика материала трубопроводов, эстакад, железнодорожных рельс, надрессорных балок железнодорожных вагонов, портальных кранов, кожухов конвертеров, воздухонагревателей доменных печей, фюзеляжей самолетов, корпусов кораблей и других металлоконструкций осуществляется без зачистки металла от грязи, краски и ржавчины через контакт со шпилькой акселерометра.Material diagnostics for pipelines, overpasses, railway rails, spring beams for railway cars, gantry cranes, converter housings, blast furnace air heaters, aircraft fuselages, ship hulls and other metal structures is carried out without cleaning metal from dirt, paint and rust through contact with the accelerometer stud.
На фиг.1 представлена общая структура построения предложенного устройства для прогнозирования остаточного ресурса и физико-механических параметров материалов при неразрушающем контроле, а на фиг.2 в качестве примера показаны полученные данным устройством информативные спектры оцифрованного принудительного акустического отклика памяти эммиссионно адсорбционных структурных изменений металла кожуха конвертора.Figure 1 shows the general structure of the proposed device for predicting the residual life and physico-mechanical parameters of materials with non-destructive testing, and figure 2 shows, by way of example, the informative spectra of the digitized forced acoustic response memory of the emissive adsorption structural changes of the metal of the converter casing .
В состав устройства входят:The device includes:
источник прикладываемого к исследуемому объекту ударного воздействия, выполненный в виде молотка 1 со встроенным зонным экраном Френеля, обеспечивающим фокусировку энергии удара;a source of impact applied to the object under investigation, made in the form of a hammer 1 with an integrated Fresnel zone screen, which provides focusing of the impact energy;
акселерометр 2, например типа «KD-45» фирмы «Robotron» (ГДР), связанный с исследуемым объектом и предназначенный для преобразования возникающих в материале акустических сигналов в электрические колебания;accelerometer 2, for example, type "KD-45" company "Robotron" (GDR), associated with the studied object and designed to convert the acoustic signals arising in the material into electrical vibrations;
ПК 3, связанный с акселерометром 2 микрофонным входом (встроенный в ПК микрофон отключен).PC 3 connected to the accelerometer 2 microphone input (the microphone built into the PC is disabled).
Позицией 4 на фиг.1 обозначен исследуемый объект (материал), например металл.Position 4 in figure 1 indicates the investigated object (material), for example metal.
Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.
С помощью молотка 1 осуществляется закачка энергии и ударное возбуждение объекта 4. Контакт с поверхностью объекта 4 осуществляется через встроенный в молоток 1 зонный экран Френеля, обеспечивающий фокусировку энергии и, тем самым, увеличение скорости звука минимум на 2%. (минимальная зона Френеля имеет диаметр: 2 мм, углубление между минимальной зоной и кольцевой зоной 2÷4 мм, ширина кольцевой зоны: 4-6 мм.) При этом напряжение соударения зонного экрана молотка 1 с поверхностью объекта 4 превышает 2 Па.With the help of hammer 1, energy is injected and shock excitation of object 4. Contact with the surface of object 4 is realized through the Fresnel zone screen built into the hammer 1, which ensures focusing of energy and, thereby, an increase in the speed of sound by at least 2%. (The minimum Fresnel zone has a diameter of 2 mm, the recess between the minimum zone and the annular zone is 2–4 mm, the width of the annular zone is 4–6 mm.) In this case, the collision stress of the zone shield of hammer 1 with the surface of object 4 exceeds 2 Pa.
Акустические сигналы, возникающие в металле 4 при ударном возбуждении, преобразуются акселерометром 2 в электрические колебания. Сигнал с выхода акселерометра 2 подается на стандартный микрофонный (линейный) вход ПК 3, оцифровывается встроенным аналого-цифровым преобразователем («звуковой картой») и анализируется специальной программой "Iron-6". Уровень сигнала отображается на экране, что позволяет оператору регулировать силу удара. Запуск программы производится оператором путем двойного щелчка по иконке "Iron", находящейся на рабочем столе ПК 3.Acoustic signals that occur in the metal 4 during shock excitation are converted by the accelerometer 2 into electrical vibrations. The signal from the output of the accelerometer 2 is fed to the standard microphone (linear) input of PC 3, digitized by a built-in analog-to-digital converter (“sound card”) and analyzed by a special program “Iron-6”. The signal level is displayed on the screen, which allows the operator to adjust the strength of the shock. The program is launched by the operator by double-clicking on the "Iron" icon located on the desktop of PC 3.
Программа «Iron-6» производит спектральное преобразование оцифрованного акустического сигнала в 3-х частотных диапазонах. Поля трех частотных диапазонов располагаются друг под другом и ограничены визирными линиями. Границы информативных диапазонов:The Iron-6 program performs spectral conversion of a digitized acoustic signal in 3 frequency ranges. The fields of the three frequency ranges are located one under the other and are limited by sight lines. Borders of informative ranges:
fмс=15÷55 Гц, регламентирующих развитие малоцикловой усталости в виде питтинга, язв, пятнистых ликвации, вторичных структур по границам зерен и т.п. на базе развития винтовых дислокации;f ms = 15 ÷ 55 Hz, which regulate the development of low-cycle fatigue in the form of pitting, ulcers, spotted segregation, secondary structures along grain boundaries, etc. based on the development of screw dislocations;
fмр=50÷450 Гц, регламентирующих развитие расслоений без обезуглероживания в виде флокенов, корочек и т.п. на базе развития краевых дислокации;f Mr = 50 ÷ 450 Hz, regulating the development of bundles without decarburization in the form of flocs, crusts, etc. based on the development of edge dislocations;
fсд-о=1900÷2700 Гц, регламентирующих развитие трещин с обезуглероживанием в виде дендритных ликвации, структурных ликвации, зональных ликвации, крупного зерна, шиферных изломов, нафталиновых изломов, черных изломов, расслоений и т.п. на базе развития когерентности потоков свободных вакансий идущих на торможение винтовых и краевых дислокации, что отражает изменения спектральных атомных магнитных моментов, стабилизирующихся структурной жесткостью упругих доменов.f sd-o = 1900 ÷ 2700 Hz, governing the development of cracks with decarburization in the form of dendritic segregation, structural segregation, zonal segregation, large grains, slate fractures, naphthalene fractures, black fractures, delaminations, etc. based on the development of coherence of the flows of free vacancies that are used to slow down screw and edge dislocations, which reflects changes in the spectral atomic magnetic moments stabilized by the structural rigidity of the elastic domains.
Для повышения скорости работы программы может использоваться быстрое Фурье-преобразование по отдельным частотам (алгоритм Герцеля). Разрешение по спектру - 0,5 Гц во всех диапазонах. Длительность анализируемого сигнала (величина обратная разрешению по спектру) - 2 сек.To increase the speed of the program, a fast Fourier transform for individual frequencies can be used (Goertzel algorithm). Spectral resolution - 0.5 Hz in all ranges. The duration of the analyzed signal (the reciprocal of the resolution in the spectrum) is 2 seconds.
Следует заметить, что преобразование Фурье предполагает бесконечную временную протяженность исходного сигнала. Так как реальный сигнал ограничен во времени, то существует два пути разрешения данного противоречия.It should be noted that the Fourier transform assumes an infinite time length of the original signal. Since the real signal is limited in time, there are two ways to resolve this contradiction.
Первый путь предполагает периодическое продолжение сигнала в бесконечность. При этом непрерывный спектр сигнала распадается на набор спектральных компонент (дискретизация по частоте) и информация теряется в промежутках между спектральными компонентами.The first way involves the periodic continuation of the signal to infinity. In this case, the continuous spectrum of the signal splits into a set of spectral components (frequency sampling) and information is lost in the gaps between the spectral components.
Второй путь состоит в ограничении во времени базисных функций преобразования. В этом случае, если в качестве базовых функций по прежнему остаются cos() и sin(), происходит взаимовлияние участков спектра друг на друга. Ошибка вычисления может достигать 50%. Данный эффект вызван тем, что при локализации базисных функций во времени теряется их локализация в спектральной области. Классический метод сжатия базисных функций по спектру предусматривает их умножение на некоторую функцию, называемую окном. Окно Хэмминга дает хорошие результаты при высокой скорости вычислений.The second way is to limit the time base functions of the transformation. In this case, if cos () and sin () still remain as the basic functions, the spectral regions interact with each other. The calculation error can reach 50%. This effect is caused by the fact that when the basis functions are localized in time, their localization in the spectral region is lost. The classical method of compressing basis functions over a spectrum involves multiplying them by some function called a window. Hamming window gives good results at high speed calculations.
Представляет интерес примененный в данном техническом решении подход, заключающийся в том, что во времени изменяется не только амплитуда базисной функции, но и ее фаза. При этом удается достигнуть максимальной локализации базисной функции по частоте. Имеется строгое математическое доказательство данного факта. Модифицированное таким образом окно часто называют вейвлетом (всплеском). Преобразование по Of interest is the approach used in this technical solution, which consists in the fact that in time not only the amplitude of the basis function changes, but also its phase. In this case, it is possible to achieve maximum localization of the basis function in frequency. There is rigorous mathematical proof of this fact. A window thus modified is often called a wavelet (burst). Conversion by
данным функциям определяют как вейвлет-преобразование [4]. В настоящее время разработаны алгоритмы быстрого вейвлет-преобразования [5], аналогично быстрому преобразованию Фурье. В предложенном устройстве преимущественно используется модифицированное преобразование Хэмминга - Маллата. Как и ранее, разрешение по спектру - 0,5 Гц во всех диапазонах, а длительность анализируемого сигнала - 2 сек.these functions are defined as a wavelet transform [4]. Algorithms for fast wavelet transform [5] have been developed at present, similar to the fast Fourier transform. The proposed device mainly uses a modified Hamming-Mallat transform. As before, the resolution in the spectrum is 0.5 Hz in all ranges, and the duration of the analyzed signal is 2 seconds.
С учетом изложенного для уменьшения взаимовлияния спектральных полос друг на друга предпочтительно производить взвешивание сигнала с использованием модифицированной оконной функцией Хэмминга:In view of the foregoing, in order to reduce the mutual influence of the spectral bands on each other, it is preferable to weight the signal using a modified Hamming window function:
W(i)=(1-K1)-K1*cos(2π*K2*i/N),W (i) = (1-K1) -K1 * cos (2π * K2 * i / N),
где N - число отсчетов, i - номер отсчета.where N is the number of samples, i is the number of samples.
Коэффициенты функции К1 и К2 подбирались экспериментальным путем с целью достижения оптимального соотношения между уровнем боковых лепестков и шириной центрального лепестка. Эксперименты проводились на нескольких эталонных образцах с различными дефектами. Эксперименты показали, что введение второго коэффициента К2, изменяющего коэффициент прямоугольности центрального лепестка, позволяет более точно выявлять дефекты образцов.The coefficients of the function K1 and K2 were selected experimentally in order to achieve the optimal ratio between the level of the side lobes and the width of the central lobe. The experiments were carried out on several reference samples with various defects. The experiments showed that the introduction of the second coefficient K2, which changes the coefficient of rectangularity of the central lobe, allows you to more accurately identify defects in the samples.
Программа «Iron-6» производит накопление результатов по нескольким измерениям, что уменьшает воздействие помех. Число измерений определяется оператором.The Iron-6 program accumulates the results of several measurements, which reduces the effect of interference. The number of measurements is determined by the operator.
Программа «Iron-6» выводит на экран ПК 3 спектр сигнала во всех трех частотных диапазонах. После каждого измерения вычисляются три The Iron-6 program displays the signal spectrum in all three frequency ranges on the PC 3 screen. After each measurement, three are calculated.
максимума и по табличным значениям находятся величины дефектов и определяется их предположительная причина. Так как табличные значения дискретны, то для нахождения промежуточных значений используется линейная аппроксимация.the maximum and tabular values are the values of the defects and their estimated cause is determined. Since tabular values are discrete, a linear approximation is used to find intermediate values.
В каждом диапазоне, в том числе и в эталонном поддиапазоне программа определяет значения резонансной частоты, соответствующей максимальной амплитуде, углы разориентации зеренных кристаллических структур, габариты дефектов, величины максимальной резонансной амплитуды. На монитор выводится таблица для определения причины деградации.In each range, including the reference subband, the program determines the values of the resonant frequency corresponding to the maximum amplitude, the disorientation angles of the grain crystal structures, the dimensions of the defects, and the values of the maximum resonant amplitude. A table is displayed on the monitor to determine the cause of degradation.
Полученные данные могут быть записаны в файл на жестком диске ПК 3 и считаны для последующего анализа.The obtained data can be written to a file on the hard drive of PC 3 and read for subsequent analysis.
Внешний вид экрана программы «Iron-6» с отображением исследования во всех трех частотных диапазонах показан на фиг.2.The appearance of the screen of the program "Iron-6" with the display of the study in all three frequency ranges shown in figure 2.
В заключение производится обработка по методу анализа структурных изменений (МАСИ), результатом которой является таблица с физико-механическими параметрами.In conclusion, processing is carried out according to the method of analysis of structural changes (MASI), the result of which is a table with physico-mechanical parameters.
Таким образом, в предложенном техническом решении фактически имеет место соединение метода свободных колебаний с ультразвуковым методом и с методом магнитной памяти, где оцениваются структурные формы фазовых составов металла в информативных частотных диапазонах: 17,82÷50,2 Гц, характеризующих развитие винтовых дислокации; 81,67÷433,89 Гц, Thus, in the proposed technical solution, there is actually a combination of the free oscillation method with the ultrasonic method and the magnetic memory method, where the structural forms of the phase compositions of the metal are evaluated in informative frequency ranges: 17.82 ÷ 50.2 Hz, characterizing the development of screw dislocations; 81.67 ÷ 433.89 Hz,
характеризующих развитие краевых дислокации; 1899,66÷2674,25 Гц, характеризующих интенсивность и когерентность потоков свободных вакансий идущих на торможение винтовых и краевых дислокации за счет смещения максимальных резонансов: плотности потока энергии волн к своим минимальным частотным значениям, что отражает изменения спектральных атомных магнитных моментов в упругих доменах стабилизированных их структурной жесткостью на момент открытия энергетических щелей.characterizing the development of edge dislocations; 1899.66 ÷ 2674.25 Hz, characterizing the intensity and coherence of the fluxes of free vacancies that are used to slow down screw and edge dislocations due to a shift in the maximum resonances: the wave energy flux density to its minimum frequency values, which reflects changes in the spectral atomic magnetic moments in the elastic domains of stabilized their structural rigidity at the time of opening of energy gaps.
При расчете физико-механических свойств металла диагностируемого объекта учитывается, кроме угла трения структурных неоднородностей естественных шероховатостей без учета адсорбции влаги в межзеренных протоках и угла трения адсорбировавшейся влаги в зависимости от химического состава материала адсорбента, еще и угол метастабильной фазы упругого скручивания межатомных и ковалентных связей в кристаллических плоскостях сцепления субзерен при внешних циклических напряжениях кручения.When calculating the physical and mechanical properties of the metal of the diagnosed object, it takes into account, in addition to the angle of friction of structural inhomogeneities of natural roughness without taking into account moisture adsorption in intergranular ducts and the angle of friction of adsorbed moisture depending on the chemical composition of the adsorbent material, the angle of the metastable phase of elastic twisting of interatomic and covalent bonds in crystalline planes of adhesion of subgrains at external cyclic torsional stresses.
Участие оператора при работе предложенного устройства предусматривает:The participation of the operator in the operation of the proposed device provides:
- создание контакта между заостренной шпилькой акселерометра и поверхностью диагностируемого объекта;- creating a contact between the pointed pin of the accelerometer and the surface of the diagnosed object;
- включение и выключение прибора;- turning on and off the device;
- закачку механических импульсов молотков с фокусирующим устройством при напряжении не менее 2 Па.- injection of mechanical pulses of hammers with a focusing device at a voltage of at least 2 Pa.
- подачу команды на установку анизотропной среды свойственной прокату, поковке, штамповка или поликристаллической среды, присущей литью металлу сварного шва;- giving a command to install an anisotropic medium inherent in rolled, forged, stamped or polycrystalline media inherent to casting a weld metal;
- подачу команды на установку угла адсорбции при рН=7;- giving a command to set the angle of adsorption at pH = 7;
- подачу команды на установку исходных физико-механических свойств металла из базы данных или из справочников;- giving a command to set the initial physical and mechanical properties of the metal from a database or from reference books;
- подачу команды на проведение расчета текущих физико-механических свойств;- giving a command to calculate the current physical and mechanical properties;
- подачу команды на распечатку прогноза остаточного ресурса;- giving a command to print a forecast of residual life;
- подачу команды на распечатку амплитудно-частотных диаграмм с информативными диапазонами.- giving a command to print amplitude-frequency diagrams with informative ranges.
Апробация предложенного устройства, выполненного в виде «Индикатора локальных спектров DIM-2004» на базе отечественного ноутбука: «Partner E415L VIA» укомплектованного акселерометром «KD-45» фирмы «Robotron» (ГДР) производилась на:Testing of the proposed device, made in the form of “Local Spectrum Indicator DIM-2004” on the basis of a domestic laptop: “Partner E415L VIA” equipped with the “KD-45” accelerometer from Robotron (GDR), was carried out on:
- боковых рамах «Бежица» из стального литья марки 20ГЛ ходовой тележки железнодорожного вагона;- side frames "Bezhitsa" made of steel casting grade 20GL running carts of a railway carriage;
- надрессорных балок «Бежица» из стального литья марки 20ГЛ;- “Bezhitsa” nadressornochny beams from steel casting of brand 20GL;
- сварных электро-термитных соединений типа ЭТ стального проката - рельс марки Р65-В-М76Т-25-3/2 ГОСТ Р 51685-2000;- welded electro-thermite joints of the ET type of rolled steel - rail grade P65-V-M76T-25-3 / 2 GOST R 51685-2000;
- алюмо-термитных сварных швов кусков рельс.- aluminum-thermite welds of pieces of rail.
Достоверность результатов прогноза остаточного ресурса по колебалась в диапазоне 70-96%.The reliability of the forecast results of the residual life for ranged from 70-96%.
Литература.Literature.
1. ПАТРИК ГЕЛЛЬ.1. PATRICK GELL.
Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс. ДМК 2001 г.How to turn a personal computer into a measuring complex. DMK 2001
2. Самсонов Б.Б., Плохов Е.М., Кречет Т.В. Теория информации и кодирования. Феникс 2002 г.2. Samsonov B.B., Plohov E.M., Krechet T.V. Theory of information and coding. Phoenix 2002
3.ГУК М.Ю.3.GUK M.Yu.
Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. СПб.: Издательство "Питер", 2000 г.Hardware IBM PC. Encyclopedia. SPb .: Publishing house "Peter", 2000
4. ВОРОБЬЕВ В.И, ГРИБУНИН В.Г.4. VOROBYEV V.I., GRIBUNIN V.G.
Теория и практика вейвлет-преобразования. ВУС, 1999 г.Theory and practice of wavelet transform. VUS, 1999
5. COMPLEX WAVELETS FOR SHIFT INVARIANT ANALYSIS AND5. COMPLEX WAVELETS FOR SHIFT INVARIANT ANALYSIS AND
FILTERING OF SIGNALS.FILTERING OF SIGNALS.
Nick KingsburyNick kingsbury
Signal Processing Group, Dept. of Engineering,Signal Processing Group, Dept. of Engineering,
University of Cambridge, Cambridge CB2 1PZ, UK.University of Cambridge, Cambridge CB2 1PZ, UK.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005129291/22U RU56620U1 (en) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | DEVICE FOR FORECASTING RESIDUAL RESOURCE AND PHYSICAL AND MECHANICAL PARAMETERS OF MATERIALS UNDER NON-DESTRUCTIVE CONTROL |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005129291/22U RU56620U1 (en) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | DEVICE FOR FORECASTING RESIDUAL RESOURCE AND PHYSICAL AND MECHANICAL PARAMETERS OF MATERIALS UNDER NON-DESTRUCTIVE CONTROL |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU56620U1 true RU56620U1 (en) | 2006-09-10 |
Family
ID=37113560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005129291/22U RU56620U1 (en) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | DEVICE FOR FORECASTING RESIDUAL RESOURCE AND PHYSICAL AND MECHANICAL PARAMETERS OF MATERIALS UNDER NON-DESTRUCTIVE CONTROL |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU56620U1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD3948G2 (en) * | 2008-03-28 | 2010-02-28 | Институт Прикладной Физики Академии Наук Молдовы | Device for determining the lubricating ability of lubricants |
| RU2457478C1 (en) * | 2011-03-10 | 2012-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф.Горбачева" (КузГТУ) | Method of detecting pre-destruction zones in welded joints of heat-resistant steels |
| RU2511074C2 (en) * | 2012-02-15 | 2014-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический центр "Геодинамики и диагностики" | Device for forecasting of residual resource at nondestructive control; determination of serious potentially dangerous defects; identification of zones of brittle damage; definition of change in zones of phase structure |
| RU180029U1 (en) * | 2017-07-19 | 2018-05-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | DEVICE FOR RESEARCH OF INFLUENCE OF SIGNIFICANT LOADS ON METAL PROPERTIES |
-
2005
- 2005-09-21 RU RU2005129291/22U patent/RU56620U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD3948G2 (en) * | 2008-03-28 | 2010-02-28 | Институт Прикладной Физики Академии Наук Молдовы | Device for determining the lubricating ability of lubricants |
| RU2457478C1 (en) * | 2011-03-10 | 2012-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф.Горбачева" (КузГТУ) | Method of detecting pre-destruction zones in welded joints of heat-resistant steels |
| RU2511074C2 (en) * | 2012-02-15 | 2014-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический центр "Геодинамики и диагностики" | Device for forecasting of residual resource at nondestructive control; determination of serious potentially dangerous defects; identification of zones of brittle damage; definition of change in zones of phase structure |
| RU180029U1 (en) * | 2017-07-19 | 2018-05-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | DEVICE FOR RESEARCH OF INFLUENCE OF SIGNIFICANT LOADS ON METAL PROPERTIES |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109764986B (en) | Steel member plane stress detection method based on ultrasonic transverse wave phase spectrum | |
| US11366082B2 (en) | Non-linear Lamb wave mixing method for measuring stress distribution in thin metal plates | |
| Michaels et al. | Detection of structural damage from the local temporal coherence of diffuse ultrasonic signals | |
| US9316620B2 (en) | Structural damage detection system, device and method | |
| EP0655623B1 (en) | Relative resonant frequency shifts to detect cracks | |
| US8401820B2 (en) | In situ health monitoring of piezoelectric sensors | |
| US20190004014A1 (en) | Apparatus, systems, and methods for determining nonlinear properties of a material to detect early fatigue or damage | |
| US7270004B2 (en) | Method and apparatus for carrying out non-destructive testing of materials | |
| CN109596252A (en) | Axial stress mornitoring method inside steel member based on shear wave phase spectrum | |
| RU56620U1 (en) | DEVICE FOR FORECASTING RESIDUAL RESOURCE AND PHYSICAL AND MECHANICAL PARAMETERS OF MATERIALS UNDER NON-DESTRUCTIVE CONTROL | |
| US4265120A (en) | Fatigue detection utilizing acoustic harmonics | |
| CN107315048A (en) | A kind of steel member absolute stress recognition methods based on shear wave spectrum analysis | |
| JPS63186122A (en) | Abnormality diagnosing system for structure | |
| Zseleczky | Behind the scenes of peak acceleration measurements | |
| JP4598809B2 (en) | Soundness diagnosis method by sound analysis | |
| CN110412132B (en) | Nonlinear imaging method based on multi-mode ultrasonic phased array detection system | |
| Wang et al. | Damage identification of thin plate-like structures combining improved singular spectrum analysis and multiscale cross-sample entropy (ISSA-MCSEn) | |
| Dunn | Nonlinear vibro-ultrasonics for detection of damage and weak bonds in composites | |
| Białkowski et al. | Early detection of cracks in rear suspension beam with the use of time domain estimates of vibration during the fatigue testing | |
| Bunget et al. | Imaging fatigue damage precursors based on nonlinear phased array ultrasonic measurements of diffuse field | |
| Piñal Moctezuma | Characterization of damage evolution on metallic components using ultrasonic non-destructive methods | |
| Long et al. | Evaluation of Mean Loading Effects on Vibration-Based Active Airframe Damage Detection | |
| Nolan | Electromechanical Impedance Based Structural Health Monitoring for Rapid State Detection | |
| Golhar et al. | Investigation of Iron composition in Aluminium by Ultrasonic Non Destructive technique using Digital signal processing | |
| Heyman | NDE in aerospace-requirements for science, sensors and sense |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20060922 |