CC BY
50
УДК 539.3
КРИТЕРИИ ДЕФЕКТНОСТИ ПЛАСТИН С ТОКОМ ПО ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИМ МУАРОВЫМ УЗОРАМ
© В.М. Иванов1*, Т.Н. Плужникова2), А.В. Лановая1*, А.И. Желтов1
^Тамбовский государственный технический университет,
^Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Россия, е-mail: [email protected]
Ключевые слова: муаровый узор; магнитное поле; трещина; фрактальная размерность.
Установлено, что процессы разрушения и залечивания трещин в проводниках можно контролировать с помощью электронно-оптического муара. Показано, что оценка результатов разрушения и залечивания центральных и краевых трещин связана с различными искажениями муаровых узоров, обусловленными изменяющейся концентрацией магнитного поля на этих дефектах.
Известно, что трещина не только повышает концентрацию механических напряжений, но и электромагнитных полей, которые создают значительные электродинамические усилия, зачастую превосходящие предел текучести и приводящие к разрушению, поэтому для тех конструкций с дефектами, которые находятся под воздействием электрического тока, необходима оценка напряженности магнитного поля на контуре дефекта. Получить опытное значение традиционными методами измерений затруднительно, а в ряде случаев невозможно. Метод электронно-оптического муара позволяет получить экспериментальные результаты и аналитические оценки напряженности магнитного поля вокруг отверстия и трещины. Картины электроннооптических муаровых эффектов представляют собой сложный информационный полигон, содержащий спектр критериев наличия и взаимодействия дефектов в проводнике с генерируемым в нем электромагнитным полем.
Результаты фильтрации муаровых узоров на бездефектных образцах, образцах с различной длиной трещины и образцах с залеченной трещиной показали, что количество черных и белых пикселей на муаровых картинах для бездефектных образцов примерно одинаково. Муаровые картины образцов с дефектами давали большую разницу в массивах черных и белых пикселей, причем она была тем сильнее, чем несимметричнее муаровый узор. Число искажений муаровых полос для дефектов различной геометрии также отличается и связано с асимметрией муаровых картин. Муаровые картины на залеченных трещинах похожи на те, которые были получены на магнитном поле пластины с центральным отверстием малого размера. Отличительным признаком являлась незначительная асимметрия изображений с неизменным количеством полос при постоянном токе (рис. 1).
Рис. 1. Муаровые узоры на магнитном поле плоской пластины при неизменном токе: а) бездефектная пластина, б) пластина с центральным отверстием, в) пластина с краевой трещиной, г) пластина с залеченной трещиной.
Рис. 2. Зависимость К от протяженности трещины в пластине с неизменным током: 1 т - длина трещины; Ь - ширина пластины. Радиус при вершине трещины а = сош!
Введем меру искажения муаровых картин для групп рассматриваемых образцов (бездефектные, с отверстием, с трещиной, с залеченной трещиной) в виде коэффициента, который определяется простым отношением количества черных пикселей в областях искаженного фильтрованного муарового узора к количеству этих пикселей на картине для бездефектного образца (рис. 1).
P
К = -£■,
P0
(1)
где Ра - количество черных пикселей на искаженной локальным полем муаровой картине; Р0 - количество черных пикселей на муаровой картине бездефектного образца.
Следует отметить, что муаровая картина обрабатывается лишь в той области, где узор наиболее искажен, т. е. во всех экспериментах по центру изображения. Это исключает вмешательство муаровых полос на периферии и, следовательно, значительно снижает вклад краевого эффекта на значения К. Результаты вычислений К при машинной обработке муаровых картин от магнитных полей проводников с острыми краевыми надрезами - трещинами - представлены на рис. 2. Коэффициент искажения муаровых узоров может быть мерой оценки концентрации электромагнитной энергии вокруг непроводящих дефектов и служить информационным критерием их наличия в проводниках [1-5].
Аппроксимация экспериментальных результатов позволяет найти аналитическую зависимость длины трещины от степени искажения муаровых картин:
=З4К
(2)
(З)
Таким образом, машинная обработка муаровых картин позволяет наблюдать топографию асимметрии магнитного поля плоского проводника, местонахождение дефектов, их конфигурацию и размер. Информативным критерием в этом случае является коэффициент искажения муарового изображения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Борисов В.Т., Головин Ю.М., Иванов В.М. Влияние электрического тока на прочность стальных пластин с концентраторами напряжений // Проблемы прочности. 984. № 2. С. 92-45.
2. Иванов В.М., Лановая А.В., Печагин Е.А., Винокуров Е.Б., Мануш-кин А.А. Исследование магнитного поля проводника с трещиной по электронно-оптическим муаровым картинам // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. 2007. Т. 15. Вып. 3. С. 577-579.
3. Козицкий Н.Н., Полунин В.И., Лановая А.В., Лозенков А.А. Развитие фрактальных структур электронно-оптического муара при измерении магнитных полей рассеяния в малых объемах // Актуальные проблемы современной науки: сб. тр. Самара, 2007. С. 154156.
4. Ivanov V.M., Vinokurov E.B., Pechagin E.A., Potapochkina M.I., Lano-vaja A. V. Mathematical model of electron-optical moire pattern of magnetic field on electronic equipment element defects // TRANSACTIONS of the Tambov State Technical University. 2008. V. 14. № 2. Р. 247253.
5. Калинин В.Ф., Иванов В.М., Печагин Е.А., Лановая А.В., Иванова Л. М. Способ измерения магнитных полей по электроннооптическим муаровым картинам: положительное решение о выдачи патента; заявитель и патентообладатель Тамб. гос. техн. ун-т.
№ 2007123081/28(025129); заявл. 19.06.2007 г.
Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.
Ivanov V.M., Pluzhnikova T.N., Lanovaya A.V., Zheltov A.I. Deficiency criteria of the current plate by electro-optical moire pattern
It is established, that processes of cracking and crack healing in conductors can be supervised by means of electro-optical moire. It is demonstrated, that the evaluation of cracking and healing of central and edge cracks is connected with the various distortions of moire patterns caused by changing concentration of the magnetic field on these defects.
Key words: moire pattern; magnetic field; crack; fractal di-
Т
105З
