[LT] Išradimas priskiriamas medžiagų ir gaminių mechaninių charakteristikų kontrolės ir matavimo sričiai. Jis gali būti panaudotas konstrukcijų stiprumo kontrolei, defektų vietos nustatymui, užpildo tankio kontrolei, vidinių nuostolių medžiagoje įvertinimui. @Pagal šį išradimą į kontroliuojamą objektą smūgiuoja daužtuku, veikiamu pastovios jėgos, matuoja smūgio jėgos parametrus, pagal kuriuos sprendžia apie kontroliuojamą struktūrą. Pastovi daužtuką veikianti jėga užtikrina paprastą intervalų tarp daužtuko atšokimų ryšį su struktūros slopinimu. Laikinių matavimų tikslumui padidinti naudojama diferencijavimo operacija, padidinanti matuojamų jėgos impulsų frontų statumą. Iš išmatuotų smūgio jėgos serijos laikinių parametrų apskaičiuojami struktūros standumas, vidinis slopinimas ir tankis. @Išradimo įrenginys, turintis elektromechaninę dalį, susidedančią iš korpuso, jame įmontuoto daužtuko, smūgio jėgos keitiklio, daužtuką judinančios įrangos, susidedančios iš elektromagneto ir ilgos spyruoklės, užtikrinančios pastovią daužtuką veikiančią jėgą, ir apdorojimo ir valdymo dalį, susidedančią iš prie jėgos keitiklio prijungto diferencijuojančio stiprintuvo, formuotuvo, valdymo ir skaičiavimo bloko, užtikrina jėgos impulsų matavimą, jų apdorojimą, rezultatų išvedimą.
[EN] The invention relates to a control and measuring speed-torque characteristics. It may be used for a strength control of constructions, detecting a location of defects, a control of a filler density, an estimate of internal damages in the material. According to this invention a subject of inquiry is broken by a hammer with a constant force, the force parameters are measured on which are judged about the structures being in a control. The constant force acting on the hammer ensures an ordinary link between jumping intervals of the hammer and a suppresion of structures. For an increasing of an accuracy of time-domain measurements, there is used an operation of a differentiation increasing a rate of a force edge. A structure rigidy, an internal suppresion and a density are counted in accordance with the time parameters of a run of the measured impact force. The device consists of an electromechanical part comprising a body in which the hammer, a transducer of the impact force, a mechanism for removing the hammer and comprising an electromagnet and a long spring ensuring the constant force acting on the hammer are mounted, a processing and control part comprising a differential amplifier, a moulder, a control and counting unit which are fixed to the force transducer. The device ensures the measurement of the force pulses, their treatment and a deduction of results.
[0001] Išradimas priskiriamas medžiagų ir gaminių mechaninių charakteristikų kontrolės ir matavimo sričiai. Jis gali būti panaudotas konstrukcijų stiprumo kontrolei, defektų vietos nustatymui, užpildo tankio kontrolei, vidinės trinties nuostolių medžiagoje įvertinimui.
[0002] Žinomas būdas [ žr. ripiiSopbi ąjiu Hepa3pymaK>iu, ero kohtpotih MaTepiia/ ioB ir CnpaBOHHiiK. Kh. 2.- M.: MainiiHOCTpoeHiie, 1996. 352 c. Ha CTp. 295 HMne^ aHCHbfii mctoj,.]. kuomet matuojamas kontroliuojamo gaminio mechaninis impedansas matavimo keitiklio kontakto su gaminiu zonoje. Šio būdo esminis trūkumas yra tas, kad juo negalima matuoti judančių objektų mechaninio impedanso, kadangi reikalauja stabilaus kontakto tarp keitiklio ir objekto. Be to, esant didesniems vidiniams kontroliuojamo objekto nuostoliams, labai krenta matavimo tikslumas. .Artimiausias sprendimo esme yra impulsinis struktūros kontrolės būdas, apimantis daužtuko su jutikliu smūgiavimą į objektą, smūgio signalo gavimą ir jo įvertinimą [žr. JAV Patentas Kr. 5048320 Method and Apparatus for Impact- type Inspection of Structures. Sep. 17, 1991. TPK G01N 3/30, G01M 7/00],
[0003] Šis būdas turi eilę trūkumų. Visų pirma: jame daužtuką veikiančios jėgos pobūdis.
[0004] Dėl to nepanaudojama daugkartinio atšokimo teikiamos informacijos apie vidinius struktūros nuostolius gavimo galimybė. Be to, kontroliuojant sudėtingesnes struktūras, o taip pat dėl keitiklio baigtinio greitaeigiškumo, jėgos impulsų forma gerokai skiriasi nuo sinusoidės pusės periodo. Dėl to problematišku tampa betarpiškas jėgos impulso trukmės išmatavimas. Tai veda į matavimo neapibrėžties padidėjimą bei kontrolės informatyvumo sumažėjimą.
[0005] Žinomas įrenginys smūginei struktūros kontrolei [žr. JAV patentas Nr. 4542639 Testing of Structures by Impact. Sep. 24 1985. TPK G01M 7/00, G01N 29/04], turintis elektromechaninę dalį,susidedančią iš korpuso, jame įmontuoto daužtuko, smūgio jėgos keitiklio, daužtuką judinančios įrangos, susidedančios iš elektromagneto ir spyruoklės, ir prie smūgio jėgos keitiklio prijungtą apdorojimo dalį, susidedančią iš stiprintuvo, ir
[0006] skaičiavimo bloko. Šio įrenginio trūkumas yra tas, kad jame naudojama dažninis smūgio jėgos apdorojimas, kuris yra mažiau informatyvus už laikinius smūgio jėgos parametrus.
[0007] Artimiausias siūlomam įrenginiui yra įtaisas smūginei struktūros kontrolei [žr. JAV
[0008] Patentas Kr. 5048320 Method and Apparatus for Impact- type Inspection of Structures. Sep. 17, 1991. TPK G01N 3/30. G01M 7/00], turintis elektromechaninę dalį, susidedančią iš korpuso, jame įmontuoto daužtuko, smūgio jėgos keitiklio, daužtuką judinančios įrangos, susidedančios iš elektromagneto ir spyruoklės,ir prie smūgio jėgos keitiklio prijungtą apdorojimo dalį. susidedančią iš stiprintuvo, formuotuvo, elektromagneto valdymo ir skaičiavimo blokų. Šis įtaisas kaip informatyvius parametrus naudoja smūgio į tiriamą struktūrą trukmę, smūgio jėgos impulso formą ir jos parametrus: impulso kilimo ir leidimosi kampus. Tačiau jame nerandami fizikiniai kontroliuojamos struktūros parametrai: standumas, slopinimas, tankis.
[0009] Išradimo tikslas yra padidinti matavimo tikslumą ir kontrolės informatyvumą.
[0010] Tikslas pasiekiamas tuo, kad į kontroliuojamą objektą smūgiuoja masės m daužtuku, matuoja smūgio jėgos parametrus, pagal kuriuos sprendžia apie kontroliuojamą struktūrą. Daužtuką veikia pastovia jėga kol jis pasiekia tiriamą objektą, daužtukas atšoka nuo objekto ir vėl šios jėgos veikiamas smogia eilę kartų, toliau išmatuoja vieno smūgio metu gautų jėgos impulsų seriją, randa jų išvestinę, iš kurios nustato pirmo impulso trukmę tj bei laiko intervalus tarp pirmojo impulso pabaigos ir antrojo pradžios Tl2 ir antrojo impulso pabaigos ir trečiojo pradžios T 2s , apskaičiuoja santykį
[0011]
[0012] ir pagal jį sprendžia apie struktūros standumą, apskaičiuoja dydį
[0013]
[0014] T12 - laikas tarp pirmojo smūgio pabaigos ir antrojo pradžios, T13 - laikas tarp antrojo smūgio pabaigos ir trečiojo pradžios,
[0015] ir pagal jį sprendžia apie struktūros vidinius nuostolius; remiantis porėtos strukturos tankio p ir daužtuko pirmo impulso trukmės r/ priklausomybe
[0016] Pastovi daužtuką veikianti jėga užtikrina paprastą intervalų tarp daužtuko atšokimų ryšį su vidiniu tiriamos struktūros slopinimu. Išvestinės panaudojimas padidina impulsų frontų statumą, tuo pačiu matavimo tikslumą ir informatyvumą, kadangi padidėja netiesiogiai matuojamų standumo ir vidinių nuostolių tikslumas. Kontrolės informatyvumą taip pat padidina remiantis pirmo impulso trukmės priklausomybe nuo tankio apskaičiuojamas porėtos medžiagos tankis.
[0017] Tokiu būdu. smūgiuodami pastovios jėgos veikiamu daužtuku, tiksliau matuodami daužtuko impulsų trukmes, intervalus taip jų. tiksliau nustatome struktūros standumą, tankį ir vidinius nuostolius, padidiname smūginio struktūros kontrolės būdo informatyvumą.
[0018] Išradimo tikslas pasiekiamas smūginiame struktūros tyrimo įrenginyje, turinčiame elektromechaninę dalį, susidedančią iš korpuso, jame įmontuoto daužtuko, smūgio jėgos keitiklio, daužtuką judinančios įrangos, susidedančios iš elektromagneto ir spyruoklės,ir apdorojimo-valdymo dalį, susidedančią iš diferencijuojančio stiprintuvo, formuotuvo, valdymo- skaičiavimo bloko, indikatoriaus, elektromagneto valdymo stiprintuvo. Diferencijuojančio stiprintuvo įėjimas prijungtas prie jėgos keitiklio išėjimo, o išėjimas sujungtas su formuotuvo įėjimu. Formuotuvo išėjimas sujungtas su valdymo- skaičiavimo bloku. Prie pastarojo taip pat prijungti indikatorius ir elektromagnetą valdantis stiprintuvas, kurio išėjimas prijungtas prie elektromagneto apvijos. Esminis siūlomo įrenginio požymiai yra tie, kad šis įrenginys turi diferencijuojantį stiprintuvą, o elektromechaninės dalies korpuse įmontuota tokio ilgio spyruoklė, kuri užtikrintų pastovią daužtuką veikiančią jėgą. '
[0019] Išradimą iliustruoja 7 brėžiniai;
[0020] Schema, paaiškinanti būdo veikimą, pateikta fig. 1. Tiriamą struktūrą 1 su defektu def veikia daužtuku 2. kuris yra veikiamas spyruoklės 3 ir pastovios jėgos F. Daužtukas 2 pasiekia struktūrą 1, į ją smūgiuoja, atšoka, vėl smūgiuoja ir 1.1. Toliau matuoja smūgio jėgos parametrus, iš kurių randa struktūros standumą, vidinį slopinimą ir tankį. Šio proceso aprašymui fig. 2 pateiktas būdo modelis.
[0021]
[0022] Smūgio metu ly gčių sistemą galima supaprastinti iki vienos lygties, kurioje veikia apibendrintos masės, slopinimai, standumai ir jėgos.
[0023] dx kur m - m0 - r mx , r\ = r), , c = c0 + c, ir x = x0 , — = v0 , kai 1 = 0 .
[0024] Tokios lygties sprendinys, įvertinant pradines sąlygas, yra:
[0025]
[0026] Remiantis pastarąja formule, surandamas struktūros tankis. Koeficientas K* gali būti randamas eksperimentiškai.
[0027] Esant sudėtingesnei standumo ir tankio priklausomybei, tankis gali būti apskaičiuojamas remiantis eksperimentiškai surasta priklausomybe (3).
[0028] Formulė (2) teisinga, jeigu daužtuką tarp smūgių veikia pastovi jėga F. Nesunku įrodyti, kad, veikiant tik standumui c0, intervalas tarp smūgių nepriklausytų nuo slopinimo. Taigi tokiu būdu jo išmatuoti nepavyktų.
[0029] Tiriamos sfuktūros 1 kontrolei gali būti naudojamas fig. 3 pavaizduotas įrenginys. Elektromechaninę įrenginio dalį sudaro daužtukas 2 , jį stumianti ilga spyruoklė 3, daužtuką 2 pakeliantis elektromagnetas 4 ir jėgos keitiklis 5, įdėti į korpusą 6. Jėgos keitiklio 5 išėjimas ir elektromagnetas 4 sujungti su įrenginio apdorojimo- valdymo dalimi. Ją sudaro diferencijuojantis stiprintuvas 7, kurio įėjimas prijungtas prie jėgos keitiklio 3 išėjimo, o išėjimas sujungtas su formuotuvo 8 įėjimu. Formuotuvo 8 išėjimas sujungtas su valdymo- skaičiavimo bloku 9. Prie pastarojo taip pat prijungti indikatorius 10 ir elektromagnetą 4 valdantis stiprintuvas 11.
[0030] Įrenginys veikia taip. Prie kontroliuojamos struktūros 1 prideda daužtuką 2, ant kurio pritvirtintas pjezoelektrinis akselerometras- jėgos keitiklis 5. Į elektromagneto apviją 4 paduoda srovės impulsą, daužtuką 2 pakelia nuo struktūros I. Pasibaigus srovės impulsui, daužtuką 2 veikia ilga spyruoklė 3, daužtukas 2 smogia į struktūrą 1, atšoka ir vėl smogia ir t.t. Ilga spyruoklė 3 užtikrina praktiškai pastovią jėgą. veikiančią į šokinėjantį daužtuką 2. Daužtuko išėjimo signalą- impulsų seriją- paduoda į
[0031] erencijuojancio stipnntuvo 7 įėjimą. Sių lmpulsų forma ^ ^ ^ ^
[0032] kan, po „ uo „ uiio i, , 80« ribose. Diferencine operacijos dėka gaunami žv™, a, esn, dauztuko 2 smūg,o pradžią ir pabaigą fiksuojantys impulso frontai. Todėl šie impulsai, patekę , fonnavimo įrenginį 8, sufonnuoja jo išėjime stačiakampio formos ' " m'kn,ė 'yS1 daUŽIUk° 2 5maS1° m,kmC'' nu0 pradinio dauztuko 2 greičio pnes smūgį, tuo pačiu nuojėgos ,mpulso amplitudės.
[0033] Suformuota impulsų seka iš formuotu™ 8 patenka į valdymo- skaičtavimo bloką 9 aldymo-ska.č.avuno blokas 9 tšmamoja pir™ impulso tnrkmę laiko intervalą ratp pirmojo impulso pabaigos ,r antrojo pradžios 7,, laiko ,nte,va„ ,arp a„,r0Jo impuls! pabaigos , r trečiojo pradžios Tn. į valdymo- skaičiavimo bloką 9 ( vedamas ekspenmentiškai surastas koeficientas A"' iš fonnulės (13) arba ekspenmentinė priklausomybe (j). Tol.au pagal fomtules (1), (2) ir (13) arba (3) apskaičiuojamos atitinkama, standumas c. slopinimas 7. be, porėtos struktūros tankio p reikšmės ir išvedamos į indikatorių 10.
[0034] Matavimų rezultatai gali būti kaupiami valdymo- skaičiavimo bloke 9 ir per sąsaja
[0035] Matavimo- skaičiavimo blokas 9 formuoja paleidžianti impulsą stiprintuvui 11. kuris valdo elektromagnetą 4. Paleidžiantys impulsai formuojami automatiškai arba rankiniu budu.
[0036] Laikinės diagramos, paaiškinančios būdo esmę, pateiktos f, g. 4. Čia a - daužtuko 2 jėgos impulsų seka keitiklio 3 išėjime po elektromagneto 4 vieno iš suveikimų: b - jėgos impulsų išv estinės diferencijuojančio stiprintuvo 7 išėjime: c - impulsai formavimo bloko 8 išėjime.
[0037] Fig. 3 pateikti jėgos impulsai ( ištisinė linijos) ir jų išvestinės ( brūkšninė linija) smūgi uojant į struktūrą be defektų'( a) ir į struktūrą su užpildo praretėjimu ( b) bei išorinio sluoksnio atsiklijavimu ( c). Matome, kad diferencijavimo operacija šiais atvejais leidžia tiksliau fiksuoti laikinius paramemis, nes ši operacija padidina matuojamų jėgos impulsų frontų statumą. Tai padidina matavimų tikslumą. Fig. 6 pateikta ekspenmentinė tankio ir pirmo impulso tmkmės priklausomybė putų
[0038] polistirolui. Abscisių ašyje, remiantis formule (13), atidėta ri = — r,2 - 'kur r, -
[0039] milisekundėmis. Įvairių polistirolo bandinių tankis išmatuotas su 2% paklaida. Impulsų trukmės paklaidą galima paneigti. Matome, kad eksperimentinė priklausomybė (taškai x) su pakankamu praktiniams tikslams tikslumu atitinka teorinę (ištisinė linija).
[0040] Fig. 7 pateiktas gamybos sąlygomis kontroliuotas šilumos tiekimo vamzdžio izoliacijos užpildo- poliuretano tankio p pasiskirstymas išilgai vamzdžio. Vamzdis judėjo transporteriu, o daužtukas periodiškai smogdavo į jo polietileninį apvalkalą.
1. Smūginis struktūros kontrolės būdas, apimantis tai, kad į kontroliuojamą objektą smūgiuoja masės m daužtuku, matuoja smūgio jėgos parametrus, pagal kuriuos sprendžia apie kontroliuojamą struktūrą, besiskiriantis tuo, kad, siekiant padidinti kontrolės informatyvumą, daužtuką veikia pastovia jėga paveikti kontroliuojamam objektui, išmatuoja vieno smūgio metu gautų jėgos impulsų seriją, randa jų išvestinę, iš kurios nustato pirmo impulso trukmę tį bei laiko intervalus taip pirmojo impulso pabaigos ir antrojo pradžios 7/;, antrojo impulso pabaigos ir trečiojo pradžios T23, apskaičiuoja santykį spagai kurį sprendžia apie struktūros standumą, apskaičiuoja dydį 7,pagal kurį sprendžia apie struktūros vidinius nuostolius, apskaičiuoja struktūros tankį, remiantis tankio p ir daužtuko pirmo impulso trukmės rj priklausomybe
2. Įrenginys smūginiam struktūros kontroliavimui, turintis elektromechaninę dalį,susidedančią iš korpuso, jame įmontuoto daužtuko, smūgio jėgos keitiklio, daužtuką judinančios įrangos, susidedančios iš elektromagneto ir spyruoklės, ir apdorojimo-valdymo dalį, susidedančią iš stiprintuvo, formuotuvo, elektromagneto valdymo ir skaičiavimo blokų, besiskiriantis tuo, kad tarp jėgos keitiklio išėjimo ir formuotuvo įjungtas diferencijuojantis stiprintuvas, o elektromechaninės dalies korpuse įmontuota tokio ilgio spyruoklė, kuri užtikrintų pastovią daužtuką veikiančią jėgą.