Диссертация (Изменение несущей способности авиационных конструкций из композиционных материалов в зависимости от силового воздействия), страница 9

Для проведениясравнения результатов можно использовать следующие подходы: Построение плоской картины распределения дефектов:В данном случае производится осреднение каждого столбца значенийЛКО на плоскость и вывод изображения с распределением осредненныхданных в точке. Закрашивание производится исходя из присвоения каждомукоридору значений определенной цветовой гаммы. Между сечениямипроводится линейная интерполяция с добавлением 3 промежуточных точек(рис. 39)73Рис. 39.

Плоское представление распределения дефектов в образце Построение объемной картины распределения дефектов.Проводится на основе послойного анализа графика распределения ЛКОи построение диаграмм распределения дефектов вдоль монослоя [48]. Проведение анализа по осреднённым характеристикам, котороеможетпозволитьввестипоправочныекоэффициентывзависимости от конструктивно-технологических параметров иучесть накопление повреждений.3.2. Описание специальногоисследованиястендадляпроведенияЭкспериментальные исследования проводились на вычислительномтомографеВТ-600ХАпроизводствафирмыООО"Промышленнаяинтроскопия".Процесс исследования структуры материала с применением ВРТсостоит из следующих основных этапов:- выбор режимов сканирования для исследуемых образцов иопределение сетки сечений сканирования (выбор сечений может проводитсякак вручную, так и по рентгеновскому изображению контролируемогоизделия);-сканированиевыбранныхсеченийиизмерениелинейногокоэффициента ослабления рентгеновского излучения;-реконструкция полученных результатов сканирования, определениесоотношения низко- и высокочастотных данных, получение диаграмм74распределения коэффициента ослабления и геометрических параметровсечений:- обработка полученных данных реконструкции сечений при помощивыбранных критериев;-построениевизуальнойкартины,отображающейсостояниеструктуры исследуемого образца по нагрузке и/или габаритным размерам.При построении методики приняты следующие допущения:При проведении сканирования образца под нагрузкой считаетсячто нагрузка не меняется.

Минимизация этого эффекта достигаетсяконструктивным исполнением стенда.Отсутствие прогрева тензометрических датчиков при снятиидеформации. Минимизация этого эффекта достигается снижением времениопроса датчиков.Базовое состояние образца (наличие внутренних дефектов, в томчисле макродефектов) считается особенностью технологического процессаизготовления конструкции и рассматривается только в качестве исходнойинформации без отбраковки изделия.Нарисунке40представленасхемарасположениястендовогоприспособления на рабочем столе томографа.

Для снижения влияниянагружателя на результаты исследования в зоне сканирования располагаетсятолько элемент корпуса и исследуемый элемент конструкции, все остальныеэлементы стенда должны быть вынесены за пределы рабочей зоны, самкорпус должен иметь круглую форму, что связано с процессом полученияинформации при сканировании методом ВРТ,75Рис.

40. Расположение исследовательского стенда на рабочем столетомографаРазработанный стенд служит для создания одноосной растягивающейсилынаконтролируемыйобразецсодновременнымпроведениемнеразрушающего контроля методом ВРТ. Формирование конструкции ифункционала стенда основывалось на следующих принципах, определенныхна основе анализа приведенного выше:Конструкция должна создавать и фиксировать определенныйуровень нагрузки на протяжении длительного времени.Элементыстендадолжныобеспечиватьвозможностьопределения приложенной нагрузки и деформации исследуемого образца.Рабочая зона должна составлять не менее 100 мм.Стенднедолженсоздаватьдополнительныеартефактысканирования.Изменение параметров сканирования после включения в схемусканирования стендового приспособления должны быть минимальными.Стенд должен надежно фиксировать образец в процессеиспытания, компенсировать возможную не параллельность при установкеобразца и создавать нагрузку достаточную для разрушения образца.76Стенд должен устанавливаться на рабочий стол томографа и немешать проведению сканирования (не требовать отключения или демонтажаотдельных элементов стенда или томографа)Общий вид стенда представлен на рисунке 41.

Функционально стендсостоит из двух отдельных блоков:Блоксбораинформациионапряженно-деформированномсостоянии (НДС)Устройство создания силового воздействия, фиксации образца иэлементов получения информации о НДС, создающий растягивающее усилиедо 10 000 кгс.Рис.41. Общий вид и функиональные элементы стенда для наружения77Стенд включает в себя три конструктивные части – верхнюю, среднююи нижнюю. Верхняя часть состоит из силового корпуса, который закрываетсякрышкой. К крышке на шарнирном креплении крепится стакан навескидинамометра (силового стакана с расположенными на нем тензодатчиками),в нижней части которого расположен патрон для закрепления образца.Соединение динамометра и патрона осуществляется так же через шарнирноесоединение, что позволяет реализовать позиционирование образца внутристенда и формировать одноосное силовое нагружение.Средняя часть состоит из силового стакана цилиндрической формы,выполненного из низкоплотного полимерного композиционного материала,что позволяет избежать применения повышенного рентгеновского излученияи получения в процессе сканирования дополнительных артефактов откорпуса, так называемая «прозрачная зона».

В тело стакана вставляютсяметаллические втулки, которые через резьбовое соединение обеспечиваютсиловую замкнутость стенда. В средней зоне расположена рабочая часть, вкоторой производится исследование структуры материала. Установкаобразца осуществляется так, что рабочая зона образца совпадает с«прозрачной зоной» стенда, что позволяет минимизировать уровеньприменяемой энергии и уменьшить количество артефактов сканирования.Нижняя часть состоит из нижнего патрона крепления образца,соединенного с механизмом загрузки.

Механизм загрузки состоит из двухстаканов – внутреннего и внешнего, между которыми расположенытарельчатые пружины, обеспечивающие плавное увеличение нагрузки. Такжетарельчатые пружины обеспечивают поддержание нагрузки на заданномуровне при проведении сканирования. Внутренний стакан через резьбовоесоединение соединен с винтом, через который проводится нагружение. Дляуменьшения трения между неподвижным винтом (закрепленным на рабочемстоле) и силовым корпусом нижней части стенда располагается подшипник.78Для осуществления вращения используются ручки, жестко закреплённые насиловом корпусе нижней части.Полный перечень элементов стенда представлен на рис.

42.В блок сбора информации входит тензостанция, позволяющая сниматьпараметры деформаций с тензодатчиков на образце и определять уровеньсилового воздействия через электронный динамометр или тензодатчики,установленные на силовой стакан.

Соединение тензодатчиков и тензостанцииосуществляется через кабель, выходящий через верхнюю крышку и непопадающий в зону сканирования. Со стенда снимается информация оуровне силового воздействия и информация с тенздатчиков на образце.Информация о НДС в исходном виде представляет собой разницунапряжений в мВ, которая потом пересчитывается в силу и деформацию спомощью переводных коэффициентов.Датчик силы служит для определения нагрузки, созданной при помощивинтового механизма. Тарировка датчика проводилась на испытательноймашине Zwick/Roell Z250 на растягивающую и сжимающую нагрузки.Датчик силы состоит из металлического цилиндра с прикрепленными кнемутензодатчиками.Информацияонапряженно-деформированномсостоянии с датчиков снимается при помощи микровольтметра. Датчик силы,закрепленный на испытательной машине, при испытании на растягивающуюнагрузку представлен на рис.43.При тарировке на испытательной машине датчика силы фиксировалисьзначения прикладываемой нагрузке и соответствующие им показаниятензодатчиков в милливольтах.

По результатам получен график зависимостиусилия от изменения показаний микровольтметра, то есть показанийтензодатчиков. Графики этих зависимостей представлены на рис.44.79Рис. 42. Функциональные элементы стенда80Рис.43 Датчик силы на испытательной машине. Тарировка нарастяжениеРис. 44. Завсимость напряжения от приложенной к датчику силынагрузкиN – занчения приложенной силы,U – напряжение с тензодатчиков.81По графику вида явная линейна зависимость данных параметров, чтопозволяет использовать на всех участках нагружения один коэффициентперевода значений напряжения в приложенную силу - kp.В дальнейшем данный коэффициент применяется для пересчетапараметров НДС с индикатора нагрузки, получаемые в милливольтах, вединицы силы (кН).Коэффициент перевода для растягивающей нагрузки:kp NкН 7,58UмВ .Коэффициент перевода для сжимающей нагрузки:kсж N сжкН 7, 72UмВ .Средний коэффициент перевода:kср NсрU 7,65кНмВ .Тензостаниця, состоит из генератора стабилизированного тока, блокаиз 8-ми «Т-мостов» балластных сопротивлений, переключателя каналов ииндикатора разности напряжений на плечах Т-моста.

Для тарировки быливырезаны образцы-свидетели уменьшенной ширины, на которые былинаклеены тензорезисторы, применяемые при испытаниях.Образцывырезались из аналогичной пластины, что и в последующих исследуемыхобразцах. Идентификация деформаций, замеряемая тензорезистором наобразце,производиласьпоэкстензометруиспытательноймашины,установленному на данный образец. Установленный на испытательнуюмашинуобразецсприклееннымтензорезисторомдлятарировкитензостанции представлен на рис.

45. Щупы экстензометра испытательноймашины «перекрывают» зону для замера деформации на образце с82наклеенным тензорезистором.После тарировки тензостанции образцы-свидетели доводились до разрушения с целью определения максимальнойнагрузки на исследуемые образцы, изготовленные по выбранной технологиии с заданной схемой армирования. Полученные упруго-прочностныехарактеристики образцов в дальнейшем используются для предварительнойоценки разрушающей нагрузки, необходимой для выбора шага нагружения.Полученные значения разрушающей нагрузки и предельных деформацийпредставлены в таблице 4.Таблица 4Результаты испытаний образцов -свидетелейвид нагружениярастяжениеПолученагеометр. р- модульразруш.пред.пред.ры сечениясиланапряж.деформ.упругостиммГПакНМПа%18.5 х 369.235.26340.8120.1 х 371.734.75750.77зависимость,снимаемойтензостанциейразницейпотенциалов и приложенной нагрузки от деформации образца.

На рис. 46 и47 представлены графики, построенные по полученым значениям, приразных напряжениях. «Истинное» значение относительной деформации наобразцезарегистрирована«штатным»машины (нижняя шкала по оси абсцисс).83экстензометромиспытательнойРис. 45. Образец для тарировки тензостанцииРис. 46. Зависмость нагрузки от напряжения и деформаций(напряжение 10В)84Рис. 47. Зависмость нагрузки от напряжения и деформаций(напряжение 20В)В результате был получен переводной коэффицент между снимаемойразницей потенциалов при различной нагрузки и значениями деформаций,представленный в Таблице 5, что близко к значению, указанному в паспортена тензодатчик.Таблица 5.Значения переводного коэффициентаНапряжение, ВРазницаДеформации,%потенциалов, мВКоэффициент100,468,92,4200,21423,41,96Среднее значение852,18Для комплексной проверки работоспособности всей системы созданияНДС в образце, текущего замера относительных деформации и стабильностипараметров томографии был исследован образец из сплава Д16Т.

Результатыиспытаний металлического образца и тензометрия при увеличивающейсярастягивающей нагрузке представлены в таблице 6.Таблица 6.ДеформацияпоперечныйДатчикДеформацияпродольныйнагруженияДатчикЭтапнагрузкиУровеньЗначения тензометрии.мВкНмВ%мВ%012,600000113,13,790,0030,0700,0020,037213,35,680,0060,1400,0040,076314,212,350,0110,2440,0040,089414,515,000,0120,2620,0050,100514,917,130,0150,3200,0060,126615,118,950,0160,3490,0070,153Получены данные по изменению контролируемого сечения (вчастности изменения площади) и достижения разрушающей нагрузки. Дляподтверждения правильности снятия нагрузки были сопоставлены расчетныйпредел пропорциональности и данные тензометрии на алюминиевом образце.При испытании второго алюминиевого образца контролировались параметрыдеформации(рис.48).Приповторном86испытаниипроизошлопреждевременноеразрушениеобразцавзонезахвата,вследствиенедостаточного усилия зажима губок. Губки захвата были доработаны.Сканирование проводилось по 10 сечениям с фиксацией параметров,изложенных в разделе 2.Рис.48.