CC BY
8Решетневскуе чтения. 2018
УДК 629.7.018.4:620.178.3
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА ВЫЯВЛЕНИЯ ТРЕЩИН ПО ПОРТРЕТАМ ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ
В. А. Берне1, 2, Е. П. Жуков1*, Е. А. Лысенко3, В. В. Маленкова1, 2, П. А. Лакиза2
1 Сибирский научно-исследовательский институт авиации имени С. А. Чаплыгина Российская Федерация, 630051, г. Новосибирск, ул. Ползунова, 21 2Новосибирский государственный технический университет Российская Федерация, 630073, г. Новосибирск, просп. Карла Маркса, 20 3АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: zh-ep@yandex.ru
Проведены параметрические исследования чувствительности способа выявления трещин в металлических элементах конструкций летательных аппаратов по искажениям портретов вынужденных колебаний.
Ключевые слова: летательный аппарат, разрушение, вибродиагностика, портрет колебаний, нелинейные искажения.
RESEARCH ON THE CRACK DETECTION METHOD BY THE FORCED VIBRATIONS PORTRAITS
V. A. Berns1,2, E. P. Zhukov1*, E. A. Lysenko3, V. V. Malenkova1,2, P. A. Lakiza2
1Siberian Aeronautical Research Institute named after S. A. Chaplygin 21, Polzunov Str., Novosibirsk, 630051, Russian Federation
2Novosibirsk State Technical University 20, Karl Marx Av., Novosibirsk, 630073, Russian Federation 3JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
E-mail: zh-ep@yandex.ru
Parametric studies on the sensitivity of the crack detection method in the metal elements of the airplane structures by the forced oscillations portraits distortions are carried out.
Keywords: airplane, fracture, vibration-based diagnostics, oscillation portrait, harmonic distortion.
Введение. В процессе наземной экспериментальной отработки космических аппаратов в результате воздействия вибрационных и акустических нагрузок в элементах конструкции аппаратов могут возникать усталостные трещины [1; 2]. Для диагностирования трещин перспективными являются вибрационные методы, практическая реализация которых применительно к реальным конструкциям является актуальной задачей [3-5].
Метод исследований. На диагностируемую конструкцию устанавливались датчики ускорений, и с помощью независимых источников гармонических вибраций в ней создавались вибрационные колебания, которые фиксировались датчиками ускорений. Динамическим проявлением усталостной трещины являются соударения «берегов» и сухое трение в вершинах трещины под действием вибрационной нагрузки. В [6] показано, что идентификационным признаком ударных импульсов и сухого трения могут являться нелинейные искажения портрета колебаний, вертикальная развертка которого пропорциональна сигналу датчика ускорений, а горизонтальная - первой гармонике этого сигнала. Для численной оценки искажений
из ряда Фурье для портрета колебаний вычиталась первая гармоника, в остатке ряда определялся абсолютный максимум за период колебаний. Полученная величина нормировалась и обозначалась как Строилось поле распределения этого параметра по поверхности конструкции, и местоположения трещин определялись по положениям датчиков, величины £ которых имеют локальные максимумы (см. рисунок, стрелками отмечены положения трещин).
Поле распределения параметра £,
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
Результаты и обсуждения. Эффективность обнаружения усталостных трещин по искажениям портретов колебаний проиллюстрирована на примере диагностирования металлической панели. Панель имела продольный и поперечный силовые наборы, а также местные подкрепления. Проведены экспериментальные исследования изменений портретов колебаний при появлении трещин в различных элементах панели на разных этапах развития. Установлено, что максимальные искажения портретов колебаний составляют сотни процентов и достоверно отслеживают расположения дефектов и их величины. Разработаны программы обработки результатов экспериментов, позволяющие устранить влияние начального состояния панели и проследить за развитием каждого дефекта в отдельности.
Параметрические исследования чувствительности предложенного метода выявления трещин показали, что увеличение амплитуды колебаний панели приводит к стабилизации качественной картины распределения локальных максимумов параметра 4, и положения максимумов соответствуют местоположениям дефектов. Отмечено, что способ нормирования искажений портретов колебаний оказывает влияние на эффективность диагностирования трещин.
Библиографические ссылки
1. Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов / В. А. Афанасьев, В. С. Барсуков, М. Я. Гофин и др. ; под ред. Н. В. Холодкова. М. : Изд-во МАИ, 1994. 412 с.
2. Выявление дефектов космических аппаратов в процессах испытаний на вибрационные и акустические воздействия в испытательной лаборатории / В. И. Халиманович, А. К. Шатров, Е. А. Лысенко и др. // Вестник СибГАУ. 2005. № 6. С. 174-178.
3. Damage Identification and Health Monitoring of Structural and Mechanical Systems from Changes in Their Vibration Characteristics: A Literature Review / S. W. Doebling, C. R. Farrar, M. B. Prime, D. W. Shevitz // Technical Report LA-13070-MS. Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM. 1996. 132 p.
4. Dilena M., Morassi А. Damage detection in discrete vibrating systems // Journal of Sound and Vibration. 2006. Vol. 289. P. 830-850. Doi: 10. 1016/j.jsv.2005.02.020.
5. Perera R., Fang S.-E., Huerta С. Structural crack detection without updated baseline model by single and multiobjective optimization // Mechanical System and Signal Processing. 2009. Vol. 23, Iss. 3. P. 752-768. Doi: 10.1016/j.ymssp.2008.06.010.
6. Диагностирование трещин в металлических панелях по нелинейным искажениям портретов колебаний / В. А. Берне, Е. П. Жуков, В. В. Маленкова и др. // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2018. Т. 20, № 2. С. 6-17. Doi: 10.17212/1994-6309-2018-20.2-6-17.
References
1. Afanas'ev V. A. [et al.]. Eksperimental'naya otrabotka kosmicheskikh letatel'nykh apparatov [Experimental verification of spacecraft]. Edited by Kholodkov N. V. Moscow, MAI publ., 1994, 412 p. (In Russ.)
2. Khalimanovich V. I., Shatrov A. K., Lysenko E. A., Evtifev M. D. [Detection of defects in spacecrafts during vibration/acoustic tests under laboratory environment]. VestnikSibGAU. 2005, No 6. P. 174-178 (In Russ.)
3. Doebling S. W., Farrar C. R., Prime M. B., Shevitz D. W. Damage Identification and Health Monitoring of Structural and Mechanical Systems from Changes in Their Vibration Characteristics: A Literature Review. Technical Report LA-13070-MS. Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM, 1996. 132 p.
4. Dilena M., Morassi А. Damage detection in discrete vibrating systems. Journal of Sound and Vibration. 2006. Vol. 289. P. 830-850. Doi: 10.1016/j.jsv.2005.02.020.
5. Perera R., Fang S.-E., Huerta С. Structural crack detection without updated baseline model by single and multiobjective optimization. Mechanical System and Signal Processing. 2009. Vol. 23, Iss. 3. P. 752-768. Doi: 10.1016/j.ymssp.2008.06.010.
6. Berns V. A., Zhukov E. P., Malenkova V. V., Lysenko E. A. [Diagnosis of cracks in metal panels by non-linear distortions of vibration portraits]. Metal Working and Material Science, 2018, Vol. 20, No. 2. P. 6-17. Doi: 10.17212/1994-6309-2018-20.2-6-17 (In Russ.)
© Бернс В. А., Жуков Е. П., Лысенко Е. А., Маленкова В. В., Лакиза П. А., 2018
