Диссертация (Разработка технологий неразрушающего контроля монолитных конструкций из углепластика с использованием ультразвуковых антенных решеток), страница 14

Врезультате проведенной работы была разработана ПИ АПЯС412231.003.004ПИ«Неразрушающий контроль крупногабаритных интегральных монолитных конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ) акустическимметодом с применением дефектоскопов с фазированными решетками типа100А1550», адаптированная под контроль деталей и конструкций из углепластика,изготавливаемых методом вакуумной инфузии, с использованием дефектоскопана фазированных решетках«A1550 IntroVisor».

Разработанная ПИ являетсяальтернативой ТР 1.2.2215-2011, согласно которой контроль осуществляется сиспользованием зарубежного дефектоскопа на фазированных решетках OmniScan PA 16:128. Благодаря разработанной ПИ удалось преодолеть трудности НКтаких крупногабаритных конструкций из ПКМ, выполненных по технологииинфузионного формования, как монолитные панели, панели с приформованными элементами жесткости (рёбрами или стрингерами), в том числе с нанесенными на поверхности панелей молниезащитных бронзовых сеток (Рис. 4.11).Рис.

4.11. Образец стрингерной панели с нанесенной на ее поверхностьмолниезащитной бронзовой сетки4.4. Выводы главы 41.С учетом выбранных оптимальных параметров контроля при проведении исследований монолитных образцов из углепластика разработана технология неразрушающего контроля ТР 1.2.2215-2011 «Ультразвуковой контрольконструкций из углепластика с использованием фазированных решеток». Разработанная технология решает задачу высокопроизводительного НК деталей иконструкций из углепластика, применяемых в ближне-среднемагистральных101самолетах семейства МС-21: выявление наиболее опасных несплошностей (дефектов) в углепластиках с чувствительностью контроля, эквивалентной выявлению плоскодонного отражателя диаметром 5 мм, что в 2 раза выше чем прииспользовании традиционных методов УЗК с использованием одноэлементныхпреобразователей; обеспечение производительности контроля до 30 м2/ч, чтоприблизительно в 10 раз выше при использовании тех же традиционных методов УЗК с использованием одноэлементных преобразователей.2.Совместно с ООО «АКС» разработаны производственные инструкциипо высокопроизводительному неразрушающему контролю ПКМ с использованиемотечественногодефектоскопасантеннымирешеткамиПИАПЯС412231.003.002ПИ «Неразрушающий контроль интегральных конструкций из ПКМ» и АПЯС412231.003.003ПИ«Неразрушающий контроль кон-струкций из ПКМ с нанесенными покрытиями различных типов».

Разработанные ПИ решили задачи НК интегральных конструкций из углепластика изделийавиационной техники ПАО «Компания «Сухой» как при их изготовлении, так ипри эксплуатации воздушного судна. Производственная инструкция ПИАПЯС412231.003.002ПИ внедрена на ПАО «Компания «Сухой».3.Совместно с ООО «АКС» проведена адаптация дефектоскопа с антеннымирешетками«A1550IntroVisor»иразработанаПИАПЯС412231.003.004ПИ «Неразрушающий контроль крупногабаритных интегральных монолитных конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ) акустическим методом с применением дефектоскопов с фазированными решетками типа А1550». Разработанная ПИ решает задачу высокопроизводительного НК крупногабаритных деталей и конструкций из углепластика,применяемых в ближне-среднемагистральных самолетах семейства МС-21, сиспользованием отечественного оборудования с выявлением основных типовнесплошностей (дефектов) ПКМ в интегральных конструкциях самолета МС21.102ГЛАВА 5.ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ НЕРАЗРУШАЮЩИХИССЛЕДОВАНИЙ МОНОЛИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ И КОНСТРУКЦИЙ ИЗУГЛЕПЛАСТИКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНИКИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК5.1.

Алгоритмы построения вероятности обнаружения дефектов от их размеров для проведения оценки достоверности результатов неразрушающегоконтроляЧтобы построить кривую вероятности обнаружения дефекта в зависимости от его размера для конкретной методики контроля конкретным методом,необходимо повторить все действия, описанные в методике контроля, на специальных образцах с искусственными дефектами. При контроле выходная информация может быть представлена либо в виде численного отклика (анализируется отношение численного отклика от дефекта ̂ к размеру дефекта a), либов виде бинарного отклика (анализируется информации об обнаружении илипропуске дефекта). При этом для каждого вида предоставления информациитребуется свой математический алгоритм обработки полученных данных [118,119].Существует два наиболее распространенных за рубежом математическихалгоритма для построения зависимости вероятности обнаружения дефектов отих размеров:- алгоритм обработки данных «обнаружил/пропустил» (известный за рубежом как «hit/miss»);- алгоритм обработки данных с численным откликом.Оба алгоритма для обработки данных результатов контроля металлических изделий довольно подробно описаны в [118].103Первый алгоритм основан на обработке статистических данных с использованием функции правдоподобия.

Данные результатов контроля представляются в виде бинарного отклика. Для полученной совокупности данных строится график функции правдоподобия, зависящей от двух параметров распределения вероятности обнаружения дефектов от их размеров, математического ожидания (μ) и дисперсии (σ). Этот график представляет собой двухмерную поверхность. Значения параметров μ и σ, при которых функция правдоподобияпринимает максимальной значение, будут являться параметрами распределениязависимости вероятности обнаружения дефекта от его размера для полученногонабора данных результатов контроля. Построение границ доверительного интервала строится путем сечения поверхности функции правдоподобия на определенном уровне, соответствующем определенной доверительной вероятности.В результате получается набор парных значений μ и σ, при которых функцияправдоподобия будет принимать одинаковые значения на этом уровне, и длякаждой пары μ и σ строятся графики распределений зависимости вероятностиобнаружения дефекта от его размера, огибающие которых и являются границами доверительного интервала с заданной доверительной вероятностью.Суть второго алгоритма заключается в получении данных результатовконтроля в виде зависимости численного отклика от дефекта и его размером.Далее проводится регрессионный анализ с построением доверительных интервалов, соответствующих заданной доверительной вероятности, находятся параметры регрессионной модели, и строится ковариационная матрица.

Параметрырегрессионной модели и решения ковариационной матрицы являются параметрами графиков зависимости вероятности обнаружения дефектов от их размерови границ доверительных интервалов.1045.2. Изготовление специальных образцов из углепластика для проведениявероятностной оценки достоверности результатов неразрушающегоконтроляДля проведения исследований по оценке вероятности обнаружения дефектов при неразрушающем контроле монолитных конструкций из углепластика с использованием АР проведен анализ отечественной и зарубежной научнотехнической информации [89, 90, 118], разработаны требования и изготовленыспециальные образцы с искусственными дефектами разных типов и размеров.Требования необходимы для проведения оценки неразрушающего контроляконструкций из ПКМ, но они также могут служить для инженерных конструкций из других материалов, для которых необходимо построить зависимости вероятности обнаружения дефектов от их размера.Согласно требованиям, образцы для построения вероятностных кривыхдолжны имитировать те элементы конструкций или их отдельные зоны (потолщине, геометрии, материалу, способам получения, обработке, состояниюповерхности и характерным дефектам), при контроле которых в дальнейшемпредполагается оценивать вероятность обнаружения дефектов.

Отклонениеданных параметров у образцов и интересующего элемента конструкции можетповлиять на отношение сигнал/шум при контроле и в результате негативнымобразом сказаться на выявляемости дефектов. При изготовлении образцов допускается использовать материал отличный от материала элемента конструкции, если отличия их акустических свойств незначительны.Искусственные дефекты в образцах должны быть получены способом,который наилучшим образом имитирует реальные условия их образования,иначе их выявление может стать слишком трудоемким или, наоборот слишкомлегким. Размеры, расположение и ориентация искусственных дефектов должнысоответствовать реальным - обнаруживаемым в данном конкретном материалев соответствующей конструкции. Геометрия образца должна обеспечивать размещение дефектов различных размеров и форм в указанных местах.

Характеристики искусственных дефектов: размер, форма, ориентация и расположение, не105должны изменяться в результате конечной обработки образца. Размеры дефектов должны быть распределены по Рэлеевскому закону, максимум которого соответствует значению a50%, которое определяется практически. При этом большинство дефектов будет лежать в переходной области кривой вероятности.60 % размеров дефектов лежат после a50% , обеспечивая большинство информации в области, где вероятность определения близка к единице. Рэлеевское распределение выбрано потому, что оно обладает одним параметром распределения, и поэтому для выбора размеров дефектов требуется минимальное количество предварительных экспериментов.

Размер a50% может быть оценен линейным отношением между ln(â) и ln(a). Линейная кривая может быть получена врезультате контроля двух образцов с искусственными отражателями. Размеродного из искусственных отражателей должен немного превышать пороговоезначение (размер контрольного отражателя), второй должен быть такого размера, чтобы сигнал от него был максимальным, но не выходящим за динамический диапазон применяемой аппаратуры. Точка пересечения этой кривой с пороговым значением соответствует размеру a50%. Также a50% может определятьсяпрактически, путем неоднократного сканирования образца с 10-15 дефектами,размеры которых выбираются с учётом возможностей применяемого метода.Так, по результатам оценки возможностей ультразвукового эхо-импульсногометода контроля деталей из углепластика, размер дефектов для первичногоэксперимента должен варьироваться от 2 мм до 20 мм.Выгодно расположить больше дефектов в области быстрого роста функции вероятности обнаружения.

Однако стоит учитывать, что дефекты большогоразмера, которые всегда обнаруживаются, или маленького размера, которыевсегда пропускаются (или дают сигнал, который классифицируется как шум),дают ограниченную информацию о функции распределения.Чтобы обеспечивать разумную точность в оценке функции вероятностиобнаружения дефектов, комплект образцов должен содержать минимум 60 дефектов для данных результатов контроля в виде бинарного отклика и минимум40 дефектов для данных результатов контроля в виде численного отклика. Та-106кое количество дефектов рекомендуется в [118].