Диссертация (1024744), страница 11
Текст из файла (страница 11)
[137]Следует отметить, что на деградацию свойств конструкционногоматериала также оказывает значительное влияние группа факторов (свойстваповерхности, химический состав, вид и длительность обработки и т.п.).Вместе с тем, c развитием технологий XXI века открываетсяпринципиально новые возможности исследования свойств и состоянияматериалов. Широкие перспективы представляют методы сканирующейзондовой,конфокальной,электроннойрастровоймикроскопии,спектроскопии, рентгенографии и т.п.Результаты подобных исследований повышают уровень априорнойинформации и являются исходными данными для точного определенияостаточного ресурса конструкционного материала. Результат измеренияможет быть выражен в виде [138]:/F j ( x, y, z , α , β , γ ) = f j(t ) ⋅ F j ( x, y, z , α , β , γ ) + ν i (t ) ,где/F j ( x, y , z , α , β , γ ) -функция,получаемая(2.24)послесканированияисследуемого образца (детали); ν j (t ) - суммарная погрешность результатаизмерения;F j ( x, y , z , α , β , γ )- исходное состояние поверхности исследуемого образцадо начала измерения (действительное значение размеров и физикомеханических характеристик относительно начала сканирования);x, y , z- параметры измерения по линейным координатам;α , β , γ - параметры измерения по угловым координатам;f j(t )- функция преобразования физических величин поверхностиизмерения, зависящая от времени.Проблема остаточного ресурса является актуальной в последниедесятилетиянафонеисчерпанияосновныхфондовотечественнойпромышленности, включая объекты энергетики, транспорта, нефте- игазодобычи.
Разработан целый ряд новых нормативных документов,72устанавливающих требования для оценки технического состояния ипродления срока службы с оценкой остаточного ресурса. Вместе с тем, стоитотметить, что большинство документов в своем содержании раскрываюторганизационную составляющую, порядок работы, однако практически несодержат методики оценки остаточного ресурса с учетом деградацииконструкционных материалов, действующих нагрузок.
[139, 140]Фазохронометрическоеинформационно-метрологическоесопровождение функционирования объектов машиностроенияоткрываетпринципиально новые возможности:- контроля деградации свойств конструкционных материалов инакопления усталости металла валопровода;- обеспечивает переход от системы планово-предупредительныхремонтов к ремонту по фактическому состоянию.Точность,быстродействиеиполнотасоставаполучаемыххарактеристик функционирования в сочетании с математическими моделямиобеспечиваюткакконтрольдеградациивовремениконструкционных материалов, так и оценку остаточногосвойствресурса.Фазохронометрический подход может служить надежным измерительныминструментом оценки ресурса с учетом реально действующих нагрузок наконструктивные элементы оборудования.
На Рис. 2.9 приведен примерхронограммы вращения валопровода турбоагрегата ТВВ-200-2- К-200-130,содержащейинформациюопереходныхнагружении в процессе эксплуатации.процессахициклическом73Рис. 2.9.Хронограмма вращения валопровода турбоагрегатаТВВ-200-2- К-200-130, n=960Тогдасиспользованиемизмерительнойфазохронометрическойинформации в сочетании с результатами исследований современнымиметодами (атомно-силовая микроскопия, спектроскопии и др.) может бытьоценен предел усталости на новом метрологическом уровне, например [139]:σ −N1 = α (τ ) ⋅ N − β (τ ) ,(2.25)где α (τ ) , β (τ ) - величины, определяющие характеристики усталостнойпрочности материала и учитывающие исходное состояние материала и егодеградацию во времени в процессе эксплуатации;N – число циклов нагружения, которое может быть определено изаприорной фазохронометрической информации.Струны и струнные элементы находят широкое применение как вмузыкальных инструментах, так и в иных областях, например, визмерительнойтехнике существует множество различныхструнныхтензометров, струнных акселерометров, трещиномеров и т.п.
Струнные74датчики нашли широкое применение благодаря своей простоте и невысокойстоимости.Колебания систем на примере струнных в различных средахрассмотреныдостаточношироко.Многоработпосвященотакжеисследованию струн на примере различных музыкальных инструментов.[141,142,143,144,145]. В научной литературе широко освещены вопросыизучениясобственныхсобственныхчастот,частот,установленыособенностичисленно-аналитическоеизменениямоделированиезадачсвободных колебаний струн и стержней в различных средах и т.п.В то же время, практически на затрагиваются вопросы измерениядеградации во времени в процессе эксплуатации, метрологическогообеспечения измерений свойств и др.
Не секрет, что в процессе испытаний иэксплуатацииконструкционныенагрузкамнапряжениям,иматериалы,подверженныеконструкционныематериалыразличным«медленно»изменяют свои свойства, однако прочностные расчеты не всегда учитывают вполной мере технологию обработки поверхности как механическую, так итермомеханическую, ионно-плазменную, магнитно-импульсную и т.п.В представленной работе предложен новый подход к изучению свойствконструкционных материалов на примере исследования гитарных струнмузыкальных инструментов. Разработана методика измерений, основанная наиспользованииизмерительныхсовременныхдостиженийтехнологийизмерительнойтехникииинформационно-метрологическогосопровождения.В основе концепции предлагаемого исследования лежит гипотеза отом, что на скорость деградации могут оказать значительное влияние такиефакторы, как, топография поверхности, элементный и химический состава,которые также необходимо учесть.
Применение фазохронометрическиогометода, теории редукции измерений открывает новые возможности изученияповедения и деградации свойств конструкционных материалов, в том числеупругих и реологических.75Информационная ёмкость стробирования определяется погрешностямиквантования интервалов времени δτс и высокоскоростной регистрациидискретных отсчетов координаты δz или фазы δϕ.Информационнаяёмкостьвариантастробоскопическогометодаоценивается выражением [147]:I1 = log 2Sϕτ,∆ϕ ⋅ 2σ τ 0(2.26)где Sϕτ - Ф*Т площадь участка фазовой плоскости, на которуюотображается совокупность состояний изучаемой системы, Ф – интервал,определяющий область изменения фазы (координаты), Т – соответственно,времени.При этом выигрыш в величине информационной ёмкости на основедостиженийвобластиметрологиибыстропротекающихпроцессов,радиоэлектроники и оптики по сравнению с вариантом, обусловленным«механическим» повышением точности оценивается выражением [147,148]: ∆ϕ 2σ τ 0 I '2 − I1 = log 2 ⋅ δϕ δτ c (2.27)Тем самым обеспечиваются прецизионные исследования циклическихмашин и механизмов, функционирующих на предельно высоких для такихсистем частотах.На Рис.
2.10 представлена концепция исследования конструкционныхматериалов на примере струн. [149] Состояние параметров конструкционныхматериаловоказываетнепосредственноевлияниенанадежностьибезопасность эксплуатации оборудования машиностроения. Одной изключевых проблемявляется создание систем диагностики и оценкитехнического состояния, прогнозирования остаточного ресурса и аварийнойзащиты эксплуатируемого оборудования транспортных и энергетическихобъектов.76Рис. 2.10.Концепция исследованияНа Рис.
2.11 представлена измерительная схема предлагаемого методаконтроляРис. 2.11.Схема измерения параметров «стареющего» линейного осциллятора в видеструны в дискретные моменты времени τ i77Принцип работы стенда: струна закрепляется с одной сторонынеподвижно, а с другой стороны необходимо обеспечить регулируемоенатяжение через систему обратной связи.Для регистрации периодаколебаний применяется измерительная система излучатель - приемник.Свободные затухающие колебания возбуждаются автоматически. Периодколебаний измеряется с помощью фотоэлектрического метода. Лазерныйдиод и приемный фотодиод согласованы по длине волны. Световой потокмодулируется прохождением нулевого положения струны.
Погрешностьизмерения интервалов времени составляет не более ± 5 ⋅ 10 −8 сек. [150]На Рис. 2.12. представлена схема измерений параметров стареющеголинейного осциллятора в виде струны в дискретные моменты времени:Рис. 2.12.схема измерений параметров стареющего линейного осциллятора в видеструны в дискретные моменты времени:БП – блок питания, М – микроконтроллер, ПК – персональные компьютер,специализированное программное обеспечениеВ качестве примера реализации подобных измерительных системможет быть рассмотрена установка, обеспечивающая измерение сложенияколебаний и демонстрацию явлений механического резонанса, приведеннуюв работе [151].Предлагаемая конструкция обеспечивает чувствительность фазовыхсоотношений, благодаря измерению которых и можно контролировать во78временидеградациюмедленноменяющихсясвойствконструкционныхматериалов.Подобнаяинженернаяреализацияизмерительнойустановкиобеспечивает возможность измерения некоторых особенностей колебанийструны, например зависимости спектрального состава колебаний отнатяжения и условий возбуждения струны и т.п.
[151]Рис. 2.13.Конструктивная реализация измерительной системы контроля параметров«стареющего» линейного осциллятора в виде струныНаРис.2.13системанеподвижногозакреплениясостоитизизмерительной бабки, поз.3, оснастки для закрепления струны поз.5, крышкидля дополнительной фиксации оснастки, поз.22 с зажимным винтом поз.13,измерительная бабка имеет паз типа «ласточкин хвост» и можетперемещаться по направляющим на основании и стопориться винтом поз. 23.На Рис.
2.14 представлены результаты исследования поверхностиструн.79а) Изображение поверхностиб) Изображение поверхностисреза струны D’addario EXP26,среза струны ГМ «БронзовыйРЭМвек», РЭМРис. 2.14.На результат измерения временных интервалов (периода и его кратныхдолей, соответствующих прохождению соответствующих фаз колебанийосциллятора) оказывают влияние такие группы факторов, как изменениеразмеров струны в результате растяжения, шероховатость поверхности, силанатяжения образца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
