Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Информационно-измерительные системы

Диссертационная работа:

Краячич Александр Валерьевич. Исследование и разработка информационно-измерительной системы для непрерывного мониторинга состояния прочности сложных механических конструкций : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.16 / Краячич Александр Валерьевич; [Место защиты: Рос. гос. ун-т нефти и газа им. И.М. Губкина].- Москва, 2008.- 203 с.: ил. РГБ ОД, 61 08-5/1285

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Список условных сокращений 3

Введение 4

Глава 1 Структура построения ИИС для непрерывного мониторинга состояния сложных

механических конструкций 9

1.1 Анализ требований к системе непрерывного мониторинга состояния прочности конструкций и определение

необходимых типов первичных преобразователей 9

  1. Определение сил для контроля массы и центровки самолета 15

  2. Структура и основные характеристики ИИС 22

  3. Требования к составу сервисного и специального программного обеспечения ИИС 34

Выводы к главе 1 36

Глава 2 Разработка методики и средств получения метрологических характеристик ИИС
38

  1. Методика и средства получения метрологических характеристик измерительных каналов ИИС 38

  2. Разработка автоматизированной калиброванной меры, имитирующей первичные преобразователи 58

  3. Определение характеристик погрешности автоматического калибратора мер 66

  4. Автоматизация процесса получения метрологических характеристик ИИС с программно-управляемой

структурой измерительной части 78

Выводы к главе 2 86

Глава 3 Алгоритмы калибровки и коррекции результатов измерения ИИС 88

  1. Организация контроля измерительных каналов 89

  2. Алгоритмы и программы калибровки измерительных каналов 90

  3. Алгоритмы и программы коррекции результатов измерения 94

Выводы к главе 3 100

Глава 4 Обработка данных непрерывного мониторинга состояния прочности
конструкций. Опыт применения 101

4.1 Разработка алгоритма и особенности применения программ сбора и обработки тензометрической

информации 101

  1. Тензометрия и спектральный анализ в мониторинге состояния прочности конструкций и их программная реализация 112

  2. Алгоритмы и программы представления данных мониторинга состояния прочности конструкций 115

  3. Специальное и сервисное программное обеспечение 134

  4. Анализ опыта применения ИИС для мониторинга состояния прочности мостовых конструкций 139

  5. Исследования измерительного модуля с методическим объектом, имитатора полуоси шасси 146

Выводы к главе 4 154

Заключение 155

Литература 158

Приложение 1 Формирование калибровочных значений АКМ 162

Приложение 2 Результаты метрологических испытаний 180

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

Введение к работе:

Актуальность проблемы. С развитием информационных технологий и совершенствованием измерительной техники, появилась возможность создания систем непрерывного мониторинга состояния прочности сложных механических конструкций с целью обеспечения их безопасной эксплуатации. К таким сложным механическим конструкциям можно отнести самолёты, продуктопроводы и резервуары в нефтегазовой и химической отраслях, трубопроводную обвязку атомных реакторов и газоперекачивающих станций, плотины, мостовые и современные строительные сооружения и многие другие.

Непрерывный мониторинг состояния прочности позволяет в течение длительного времени получать информацию о напряженно-деформированном состоянии (НДС), о нагрузках, различных воздействиях и других показателях эксплуатации конструкции и принимать эффективные решения по управлению режимом эксплуатации. Средства непрерывного мониторинга состояния (НМС) прочности конструкции это система наблюдения за условиями работы и поведением конструкции, направленная на обеспечение сохранения её функциональных потребительских свойств в заданных пределах с использованием измерительной аппаратуры, обеспечивающей предоставление информации о состоянии конструкции в реальном масштабе времени.

Традиционно оценка технического состояния сложной механической конструкции осуществлялась на основе осмотров, обследований (осмотров сооружения, сопровождаемых инструментальными измерениями) или испытаний [1, 2, 3, 35, 36].

Осмотры сложных конструкций являются трудоемкими процессами из-за большого объема обследования и сложности доступа к контролируемым узлам конструкции. В результате осмотров могут быть выявлены лишь те дефекты, которые очевидно нарушают внешние конструктивные параметры конструкции (трещины, недопустимые деформации и т.п.). При этом причины появления указанных дефектов не всегда могут быть точно установлены, что затрудняет принятие решений по их конструктивному устранению и предупреждению.

Применение НМС позволяет фиксировать условия работы и реакцию конструкции непрерывно на внешние воздействия, поэтому внештатные или пиковые воздействия, такие как землетрясения, ураганные порывы ветра и т.п. вместе с соответствующими изменениями в условиях работы конструкции будут зарегистрированы.

Важное преимущество НМС сложной механической конструкции это накопление экспериментальных данных о нагрузках и воздействиях, об условиях работы конструкции, которые могут быть эффективно использованы для повышения надежности и сроков

безопасной эксплуатации других сооружений, в том числе при разработке нормативных документов и проектировании.

Основные задачи [20, 23, 30, 39] при создании системы НМС прочности связаны с разработкой достаточно совершенной измерительной системы, с применением которой персонал получает надёжную информацию о состоянии конструкции в реальном масштабе времени.

К этим задачам относятся:

выбор типа и количества регистрируемых параметров и аппаратных средств для сбора данных;

разработка алгоритмов преобразования регистрируемых данных к виду, пригодному для контроля;

сохранение данных и предоставление их по запросу;

выбор средств и форм предоставления данных для пользователя (разработка интерфейса «Измерительная система-пользователь»).

Основное отличие систем НМС прочности эксплуатируемых конструкций от измерительных систем для стендовых или лабораторных испытаний конструкций, или других испытаний это разнообразие измеряемых параметров и непрерывный режим работы, сопоставимый со сроками службы конструкции. Во многих случаях существует большая линейная протяженность объекта измерения, при которой использование одного измерительного прибора или нескольких локально расположенных приборов не возможно из-за ограничений в длине кабелей, присоединяющих датчики и средства вычислительной техники. В этих случаях, как по соображениям экономичности, так и по техническим характеристикам, целесообразно применение средств беспроводной связи.

Измерительные системы для НМС прочности должны иметь небольшие массогабаритные параметры, работать на открытом воздухе в условиях больших перепадов температур, высокой влажности, атмосферных осадков. Кроме того, эти системы должны обладать низким энергопотреблением, что позволяет обеспечивать бесперебойность их питания на довольно длительном промежутке времени от внутреннего источника электроэнергии.

Основными исходными данными о состоянии прочности конструкции являются общие перемещения и деформации конструкции или сооружения и его частей; напряжения (относительные деформации) в сечениях элементов; местные деформации (раскрытие трещин и швов, смещений в соединениях), а также угловые деформации, взаимные перемещения частей сооружения, усилий в элементах и т.п.

Выявление состояния прочности и условий работы конструкций и сооружений, при действии переменных нагрузок (в ограниченном диапазоне частот) должно выполнятся

системой мониторинга в реальном масштабе времени с применением методов спектрального анализа и подсчёта усталостного повреждения конструкции.

Особо важным фактором надёжности при длительной эксплуатации систем НМС прочности является наличие в ней встроенной подсистемы диагностики работоспособности и упрощённой оценки метрологических характеристик измерительных трактов. Периодическое детальное определение метрологических параметров системы НМС должно проводиться без демонтажа системы с объекта, что требует создания автоматизированных калибруемых мер, дистанционно управляемых по каналам беспроводной связи.

Учитывая вышеперечисленное, можно отметить, что в настоящее время существует проблема создания информационно-измерительных систем (ИИС) для непрерывного мониторинга состояния прочности сложных механических конструкций с целью обеспечения их безопасной эксплуатации.

В представленной работе, в отличие от ряда выполненных работ [6, 7, 20, 23, 30, 38, 41] по данной тематике, последовательно рассматриваются этапы исследований и разработки аппаратно-программных средств для создания информационно-измерительной системы и автоматизированной калибруемой меры (АКМ), обеспечивающей ее метрологические испытания. Решение каждого этапа потребовало значительных интеллектуальных и материальных затрат при проектировании, создании и внедрении ИИС.

Цель работы - разработка малогабаритной информационно-измерительной системы для непрерывного мониторинга состояния прочности сложных механических конструкций. Достижение цели включает разработку оригинальных способов реализации измерительных средств, сбора, преобразования и обработки измерительной информации, системного и прикладного программного обеспечения, разработку полностью автоматизированного процесса анализа основных метрологических характеристик ИИС, обеспечивающих единство измерений и сопоставимость результатов испытаний.

Методы исследований. Результаты разработок, изложенные в диссертации, базируются на системном подходе и получены путем теоретических и экспериментальных исследований. В работе использованы методы функционального, спектрального, корреляционного анализа, линейной алгебры, и современные методы измерительной и вычислительной техники.

Научная новизна. Сформулирована, обоснована и решена научно-техническая проблема создания малогабаритных ИИС для обеспечения непрерывного мониторинга состояния прочности сложных механических конструкций, имеющая важное народно-хозяйственное значение, связанная с созданием основ и практической реализацией специализированных средств измерения. Предложен подход к решению этой проблемы, базирующийся на разработанных автором методах и алгоритмах построения средств измерения, позволяющих автоматизировать процесс получения достоверной информации с многочисленной гаммы датчиков активного и пассивного

типов, территориально рассредоточенных и расположенных в критических зонах объекта испытания.

Этот подход потребовал создания новых аппаратно-программных средств: введения встроенного аварийно-профилактического контроля, предварительной калибровки и последующей коррекции результатов измерения в процессе эксплуатации, построения и разработки алгоритмов работы многофункциональной структуры измерительной части ИИС.

Предложены:

Вариант построения и алгоритмы управления измерительной частью переменной структуры ИИС;

метод калибровки ИИС для функционирования в широком температурном диапазоне эксплуатации (-40 — +60) С и алгоритмы коррекции результатов измерения в этих условиях эксплуатации;

метод построения автоматической калиброванной меры (АКМ) и алгоритмы полной автоматизации процесса получения метрологических характеристик многофункциональной многоканальной ИИС;

алгоритмы и программное обеспечение для мониторинга состояния прочности объекта контроля.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Полученные результаты позволяют обоснованно разрабатывать ИИС для измерений разнообразных величин при проведении испытаний на прочность и определения расхода ресурса сложных механических конструкций, вьшолнять непрерывный мониторинг состояния прочности при эксплуатации, а также автоматически оценивать основные метрологические характеристики системы.

Предложенные методы по реализации ИИС легли в основу создания ряда систем «ТЕНЗОР» [27, 28], используемых для системы измерения массы и центровки самолётов (СИМЦ) и непрерывного мониторинга прочности конструкции пешеходного моста из композитных материалов.

На защиту выносятся предложенные методы построения, алгоритмы функционирования и программное обеспечение для вновь разработанной информационно-измерительной системы.

Апробация работы. Доклад на научно-техническом симинаре (НТС) НИЦ «Комплекс» в ноябре 2007г. во «Всероссийском электротехническом институте имени В.И. Ленина». Доклад в марте 2008г. на НТС НИО-16 в «Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Н.Е.Жуковского». Доклад на межкафедральном семинаре в июне 2008г. в «Российском государственном университете нефти и газа имени И.М.Губкина».

Публикации. Цикл статей в журнале издательства ИПУ РАН «Датчики и системы» №№ 5, 6, 8 и 10 за 2006 г [13, 14, 15, 16], разрешённый ВАК РФ для публикации материалов докторских и кандитатских диссертаций.

Подобные работы
Максимов Николай Васильевич
Разработка и исследование автоматизированной системы испытаний низкочастотных многоканальных информационно-измерительных систем
Андреев Сергей Викторович
Исследование и разработка человеко-машинных систем управления автомобилем с использованием аппарата нечеткой логики
Артеменко Юрий Николаевич
Исследование и разработка информационно-измерительной системы радиотелескопа миллиметрового диапазона РТ-70
Братцев Кирилл Евгеньевич
Разработка и исследование информационно-измерительных систем параметров двухполюсных электрических цепей
Муратов Ирек Мугазамович
Разработка и исследование информационно-измерительных систем контроля конвейерного оборудования
Полозов Станислав Валерьевич
Разработка и исследование информационно-измерительной системы поддержки принятия решений при диагностике и прогнозировании
Агальцов Андрей Геннадиевич
Разработка и исследование лазерного преобразователя информации для системы непрерывного автоматического контроля точек росы
Чикуров Тимофей Георгиевич
Исследование и разработка многофункциональной диэлькометрической информационно-измерительной системы
Ключников Андрей Иванович
Исследование и разработка проблемно-ориентированных информационно-измерительных систем для определения расхода нефти и газа
Дробков Владимир Петрович
Разработка и исследование ультразвуковых методов и информационно-измерительной системы измерения расхода нефтеводогазового потока

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net