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
Методы контроля и диагностика в машиностроении

Диссертационная работа:

Кареев Андрей Евгеньевич. Разработка методов обработки сигналов акустической эмиссии на основе кластерного анализа для повышения надежности контроля машиностроительных конструкций : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.11.- Новосибирск, 2006.- 160 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/1303

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. ЗАДАЧИ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО КОНТРОЛЯ ПРИ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1. Особенности использования метода акустической эмиссии в прочностном эксперименте 13

1.2. Задачи исследования 17

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКОВ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

2.1. Обзор методов определения координат источников сигналов акустической эмиссии 26

2.2. Методы определения времени прихода сигнала акустической эмиссии по его оцифрованной форме 34

2.3. Определение координат источников сигналов акустической эмиссии по разности времен прихода 48

2.4. Метод динамической кластеризации для повышения точности определения координат источника сигналов акустической эмиссии 71

Выводы по главе 2: 87

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

3.1. Анализ информативных параметров сигналов акустической эмиссии.. 89

3.2. Определение статистических взаимосвязей параметров сигналов акустической эмиссии с процессом разрушения материала 95

3.3. Разработка методики прогнозирования развития дефектов в элементах авиационных конструкций из композиционных материалов 103

Выводы по главе 3: 109

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДИК ПРИ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

4.1. Акустико-эмиссионный контроль при усталостных испытаниях металлических образцов 111

4.2. Акустико-эмиссионный контроль при прочностных испытаниях литых деталей тележки грузового вагона 127

4.3. Прочностные испытания тонкостенных авиационных конструкций с использованием распределенной акустико-эмиссионной системы 136

Выводы по главе 4: 144

ВЫВОДЫ 146

ЛИТЕРАТУРА 148 

Введение к работе:

Актуальность работы:

В настоящее время метод акустико-эмиссионного (АЭ) контроля активно используется в различных областях машиностроения. Успехи в области микроэлектроники и компьютерной технологии позволили разработать более совершенные микропроцессорные диагностические системы для АЭ контроля. Одним из главных преимуществ метода АЭ является возможность локализации дефекта в процессе диагностирования конструкции. Известные методы определения координат дефектов, основанные на разности времен прихода (РВП) сигнала АЭ на датчики пьезоантенны, приводят к большому разбросу точек локализации и погрешностям до 5-Ю %. Современные быстродействующие АЭ-системы наряду с записью формы сигналов и ее анализом в режиме реального времени, позволили уменьшить погрешность локализации развивающихся дефектов до 5 %, поскольку по цифровой реализации более точно находится начало сигнала АЭ. Таким образом, до сих пор актуальной остается задача, связанная с повышением точности локализации дефектов машиностроительных конструкций, а, следовательно, и достоверности АЭ-контроля.

Для решения этой задачи необходимо разработать методики повышения точности определения координат дефектов и оценки степени их опасности при диагностике машиностроительных конструкций методом АЭ. В настоящей работе поставленная задача решалась с использованием кластерного анализа. Использование вероятностного подхода к расчету времени прихода сигнала АЭ на преобразователи акустической эмиссии (ПАЭ) позволило осуществить переход к определению координат источника сигнала АЭ от точки к зоне на поверхности объекта контроля (ОК). С использованием метода кластеризации осуществляется совместный анализ координат источников отдельных сигналов, и с высокой точностью определяются координаты дефектов.

Значительный вклад в усовершенствование метода АЭ внесли работы таких отечественных и зарубежных ученых, как В.И. Иванов, СИ. Буйло, Ю.Б. Дробот, И.В. Гулевский, С.А. Недосека, Б.Е. Патон, P.P. Скальский, В.В. Шип и др.

В известных работах развитие дефектов оценивалось, как правило, путем сравнении изменения определенного параметра сигналов АЭ с эталонной кривой. Исследования, проведенные в настоящей работе, показали, что комплексный подход и совместное использование нескольких параметров сигналов АЭ повышают надежность прогнозирования разрушения. Дополнительные возможности метода разработаны на основе анализа основных параметров сигналов АЭ (амплитудное распределение (АР), спектральные характеристики, время нарастания сигнала, скорость нарастания переднего фронта и т.д.).

В авиационной технике метод АЭ применяется, в основном, при контроле образцов из авиационных материалов, стоек шасси, элементов крыла, клепаных панелей. Использование метода АЭ для контроля элементов авиационных конструкций имеет ряд особенностей. Во внимание должна быть принята невозможность повторения эксперимента, а также требование проведения контроля в режиме реального времени, с выдачей заключения. При ресурсных испытаниях стойки шасси нагружаются в нескольких точках силами, изменяющимися по определенной программе. Трение в соединительных элементах и в местах крепления стоек шасси к нагружающим устройствам является источником шумов. При испытаниях авиационных панелей дополнительными источниками шумов являются заклепочные соединения. При этом акустическая активность может быть вызвана некачественным соединением, люфтом или срезанием заклепки. При переходе через клепаное соединение акустический сигнал испытывает очень сильное затухание, поэтому зоны контроля формируются та ким образом, чтобы все ПАЭ, образующие пьезоантенну, находились на одной панели.

К фильтрации шумов применяются два подхода. Первый, менее надежный подход, основан на анализе характеристик сигнала и сопряжен со значительными трудностями, такими как зависимость формы сигнала АЭ от расстояния от источника до ПАЭ, влияние качества установки ПАЭ на ОК, акустические характеристики ОК и т.д. Во втором подходе сигналы от шумов исключаются по месту возникновения. Для пространственной селекции сигналов необходимо разработать новые методы, направленные на повышение точности локализации и надежности контроля.

При разработке технологии контроля литых деталей (элементы тележки грузового железнодорожного вагона) следует учитывать, что надрессорные балки и боковые рамы представляют собой коробчатые конструкции с множеством ребер жесткости и технологических отверстий. Литые детали характеризуются большим затуханием, а сложная форма поверхности в зонах контроля затрудняет локализацию с применением простых методов определения координат источника по РВП сигнала АЭ. Для надежного диагностирования подобных деталей требуется методика, позволяющая с высокой точностью определять координаты дефектов на ОК.

Цель работы:

Разработка методов повышения точности определения координат дефектов и оценки степени их опасности при диагностике машиностроительных конструкций методом акустической эмиссии с использованием кластерного анализа.

Методы исследований:

Для достижения цели диссертационной работы использовался математический аппарат высшей алгебры, теории вероятностей, математической статистики, кластерного анализа, ряд методов вычислительной техники и математического моделирования.

Достоверность полученных результатов подтверждается значительным объемом проведенных экспериментальных исследований процесса разрушения материала на металлических образцах и элементах металлических и композиционных авиационных и железнодорожных конструкций с применением современной сертифицированной аппаратуры АЭ-контроля.

Научная новизна:

1. Дана оценка влияния погрешностей определения времени прихода сигнала на датчики пьезоантенны и неточности установки преобразователей на погрешность определения координат источника сигналов.

2. Предложен способ обработки сигналов акустической эмиссии в процессе проведения эксперимента, включающий в себя кластеризацию сигналов, позволяющий повысить точность определения координат источника сигналов.

3. Предложена методика, позволяющая с помощью кластерного анализа по изменению параметров сигналов акустической эмиссии определить момент изменения характера разрушения в металлических образцах.

4. Разработана методика прогнозирования развития макродефекта в элементах конструкций на основе анализа изменения плотности вероятности распределения амплитуд сигналов акустической эмиссии внутри одного кластера.

Практическая ценность и значимость:

По результатам работы подготовлена и реализована комплексная методика обработки АЭ-информации при статических и циклических испытаниях элементов машиностроительных металлических и композиционных конструкций, вошедшая в состав программных комплексов АЭ-контроля СЦАД-16.02, СЦАД-16.03, СЦАД-16.09Р. Методика соответствует аппаратным возможностям комплекса и позволяет в режиме реального времени определять места возникновения дефектов с минимальным разбросом точек локализации дефекта. АЭ-системы СЦАД-16.02, СЦАД-16.03 сертифицированы (сертификат Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии РФ RU.C.28.007.A №19913/2, зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений №18892-05). Распределенная АЭ-система СЦАД-16.09Р также сертифицирована (сертификат Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии РФ RU.C.27.007.A №21988, зарегистрирована в Государственном реестре средств измерений №30141-05). АЭ-комплексы СЦАД-16.02, СЦАД-16.03, СЦАД-16.09Р используются в работе ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт авиации (СибНИА) им. С.А.Чаплыгина» при циклических испытаниях образцов из авиаматериалов, ресурсных испытаниях элементов самолетов Су-27, Су-30МКИ, С-80ГП, Ту-154Б, Ту-204, RRJ, тяжелого самолета. Кроме того, они внедрены в 39 вагоноремонтных предприятиях железных дорог РФ.

Апробация работы:

Основные результаты работы докладывались на XVI, XVII Всероссийских конференциях «Неразрушающий контроль и диагностика», на XXII Уральской конференции по неразрушающему контролю.

Публикации:

По результатам исследований подготовлено в соавторстве и опубликовано 13 статей в центральных технических журналах «Дефектоскопия», «Контроль. Диагностика», в соавторстве опубликована в издательстве «Машиностроение-Полет» книга, подготовлено в соавторстве 4 доклада на конференциях по НК, при участии автора написано 4 отчета по НИР.

На защиту выносятся:

1. Метод обработки сигналов акустической эмиссии с использованием кластерного анализа, позволяющий повысить точность определения координат дефекта.

2. Метод обработки сигналов акустической эмиссии при испытаниях металлических образцов и элементов авиационных конструкций, позволяющий производить фильтрацию сигналов и разделять сигналы от различных механизмов разрушения.

3. Способ оценки степени опасности усталостных трещин с использованием основных параметров зарегистрированных сигналов при акустико-эмиссионном контроле элементов металлических машиностроительных конструкций.

Структура и объем диссертации:

Диссертационная работа изложена на 160 страницах, включает в себя 7 таблиц и 61 рисунков, состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 117 наименований.

Подобные работы
Ремизов Андрей Леонидович
Разработка методов и средств ультразвуковой дефектоскопии паяных строительных металлоконструкций толщиной 4 - 20мм
Левин Валерий Алексеевич
Разработка методов активного контроля геометрических параметров абразивных кругов с целью повышения точности и экономичности каландрования
Тихонов Дмитрий Сергеевич
Разработка методов и аппаратуры для ультразвуковой дефектометрии сварных соединений трубопроводов АЭС
Ушаков Валентин Михайлович
Развитие методов и разработка средств и способов ультразвукового контроля изделий с криволинейной поверхностью
Соколов Игорь Вячеславович
Разработка помехоустойчивых методов и средств многофункциональной ультразвуковой дефектоскопии сложноструктурных изделий
Круглова Екатерина Владимировна
Разработка и исследование методов радиографического контроля глубины дефектов сварных соединений
Смирнов Даниил Николаевич
Методы и средства визуализации и обработки результатов неразрушающего контроля
Кимстач Анатолий Владимирович
Методы контроля и диагностика остаточных напряжений в сварных соединениях при ультразвуковой обработке
Бехер Сергей Алексеевич
Анализ параметров сигналов акустической эмиссии и ее потоковых характеристик при диагностировании металла осей колесных пар
Вэй Дунбо
Разработка и совершенствование методов неразрушающего контроля конструкций тепловых двигателей

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