Методика расчета информативных гармоник виброакустичеких сигналов в контроле многослойных композиционных конструкций

Разработка методики моделирования информативных гармоник виброакустических сигналов с использованием программы ANSYS. Анализ переходных динамических процессов и построение амплитудно-частотных характеристик виброперемещений специфических точек модели.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 29.06.2017
Размер файла 201,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика расчета информативных гармоник виброакустичеких сигналов в контроле многослойных композиционных конструкций

Широкое применение для контроля многослойных композиционных конструкций нашел ударно-акустический метод (метод свободных колебаний) [1,2]. Однако применение данного вида контроля затрудняется сложностью определения наиболее информативных полос частот, характеризующих наличие дефектов. Решить данную проблему представляется возможным привлечением инженерного компьютерного анализа, реализованного в программе конечноэлементного моделирования ANSYS [3-6].

В работе определена методика расчета, позволяющая выявить различия между колебаниями дефектных и бездефектных участков конструкции, основанная на анализе переходных динамических процессов в ANSYS и построении амплитудно-частотных характеристик виброперемещений специфических точек модели.

Для отработки методики в качестве объекта исследования выбран стандартный образец, рекомендованный для настройки серийно-выпускаемых ударно-акустических дефектоскопов [2].

Модель пластины из оргстекла представлена на рис. 1. Для разбиения модели на элементарную сетку выбран элемент SOLID95, представляющий собой объемный шестигранник с двадцатью узлами. Крепление модели жесткое вдоль плоскости обратной стороне нагружения.

гармоника виброакустический сигнал

Рис. 1. - Модель пластины из оргстекла в ANSYS

На этапе анализа переходных динамических процессов к расчетной точке конструкции прикладывался импульс силы, характеристика которого представлена на рис. 2. Аппроксимация ударного воздействия произведена с помощью симметричного треугольного импульса, являющейся одной из основных классических функций, применяемых в решении теоретических задач в области ударных процессов [7].

Рис. 2. - Характеристика нагрузки

После снятия силы рассчитывался отклик конструкции в точке нагружения. Результаты перемещений специфических точек модели определяются программой как переменные, зависящие от времени [5,6].

В анализе и обработке результатов расчетов рассматривались колебания специфических точек модели вдоль оси координат (ось Z), параллельной вектору приложения силы.

Постпроцессор программы позволяет просмотреть результаты расчета в табличной форме, где каждая переменная зарезервирована для времени. Сохранение такой таблицы производится в формате txt.

Построение амплитудно-частотных характеристик упругих колебаний специфических точек модели произведено с привлечением специально разработанной программы в среде LabView, считывающей txt-файл с результатами расчетов.

На рис. 3 представлены характерные спектры виброперемещений при расчете отклика модели на дефектных и бездефектных участках.

а) б)

Рис. 3. - Результаты расчета динамического отклика специфических точек пластины из оргстекла: а) дефект типа «плоскодонное отверстие» диаметром 3,97 см и глубиной залегания 0,74 см; б) бездефектный участок

Анализ полученных результатов показал, что наличие дефектов типа «плоскодонное отверстие» определяется колебаниями в низкочастотной области спектра. Характерные частоты этих дефектов находятся в диапазоне от 8 до 12 кГц.

С целью проведения экспериментальных исследований и отработки методики расчета информативных гармоник разработан и изготовлен измерительно-диагностический комплекс [8]. Структурная схема и фотография измерительно-диагностического комплекса (ИДК) представлены на рис. 4. ИДК включает в себя датчик с устройством возбуждения, входящие в состав первичного преобразователя, блок управления, АЦП-ЦАП и персональный компьютер. Для приема виброакустического сигнала в системе применяется пьезоэлектрический датчик марки KD 35. Сигнал, воспринимаемый пьезодатчиком, преобразуется из аналогового сигнала в цифровой код в АЦП и анализируется в персональном компьютере.

а) б)

Рис. 4. - Измерительно-диагностичекий комплекс: а) структурная схема; б) фотография

Для снижения влияния внешних вибраций на результаты измерения установка имеет массивное основание. Объект контроля укладывается на резиновую подушку. Перемещение первичного преобразователя вдоль заданной линии контроля осуществляется по шариковым направляющим.

Для обеспечения работы измерительно-диагностического комплекса в среде LabVIEW разработан пакет прикладных программ, выполняющий следующие основные функции [9,10]:

· управление электроударником;

· преобразование и запись аналоговых амплитудно-временных сигналов;

· формирование амплитудного спектра с использованием быстрого преобразования Фурье;

· нормализация полученных амплитудных спектров;

· формирование эталонного спектра с использованием спектров бездефектных участков;

· сравнение текущих спектров с эталоном.

В качестве сравниваемого параметра, характеризующего отличительные особенности текущих сигналов, используется площадь спектра, определяемая как сумма амплитуд дискретных частот в выбранном частотном диапазоне.

В программном комплексе реализован алгоритм робастного (помехоустойчивого) взвешивания, позволяющий разделять спектральные составляющие на три категории: правдоподобные данные, область сомнения, явные резко выделяющиеся значения (область удаления).

При формировании эталона и сравнении текущих сигналов для любой статистики строятся доверительные интервалы.

Доверительные интервалы объединяет подход, характерный для процедур отбраковки аномалий: программа интерпретирует совокупность вычисленных значений некоторой статистики (p1, p2, …, pm) как множество измеренных значений некоторого абстрактного параметра и применяет к этой совокупности значений следующую процедуру:

1) вычислить оценку положения ;

2) вычислить оценку разброса S;

3) для заданного уровня значимости построить доверительный интервал:

где t (, m) - -квантиль распределения Стьюдента с m степенями свободы.

Исследуемые образцы укладывались на упругое основание измерительно-диагностичеcкого комплекса. В каждой контрольной точке проводилось по 5 измерений для получения усредненного значения спектров. Эталонный спектр строился по сигналам, полученным с бездефектных участков образцов. Границы доверительных интервалов сформированы в соответствии с уровнем значимости 0,05. Применялась процедура нормализации амплитудных спектров, показавшая в результате экспериментальных исследований высокую достоверность определения дефектов.

На дефектах типа «плоскодонное отверстие» определялась чувствительность измерительно-диагностического комплекса к перемещению первичного преобразователя к границам дефектных участков.

Разметка контрольных точек вдоль дефектов типа «плоскодонное отверстие» представлена на рис. 5. Шаг перемещения первичного преобразователя составил 5 мм.

Рис. 5. - Разметка контрольных точек на пластине из оргстекла

Сравнение текущих сигналов с эталоном в диапазоне от 8 до 12 кГц позволило получить максимальную чувствительность к границам дефектов типа «плоскодонное отверстие». На рис. 6 представлены результаты сравнения. По оси абсцисс отложены номера контрольных точек N, ординат - значения площади спектра S. Значения площади спектра выше верхней границы доверительного интервала соответствуют дефектным участкам контролируемой конструкции. Рассмотрение других частотных диапазонов до 20 кГц устойчивого определения дефектов не дало.

Рис. 6. - Результаты сравнения сигналов с эталоном в диапазоне от 8 до 12 кГц

Анализ экспериментальных исследований показал устойчивое определение дефектов и подтвердил возможность применения разработанной методики для решения задачи поиска информативных гармоник виброакустических сигналов.

Литература

1. Мурашов В.В. Контроль клееных конструкций акустическим методом свободных колебаний // Клеи. Герметики. Технологии. 2012, № 4, с. 40-44.

2. Ланге Ю.В. Акустические низкочастотные методы и средства неразрушающего контроля многослойных конструкций. М.: Машиностроение, 1991, 272 с.

3. Madenci E., Guven I. The Finite Element Method and Applications in Engineering Using Ansys. Springer Science-i-Business Media, LLC, 2006, XVI, 686 p.

4. G Babukanth. Transient Analysis of Disk Brake By using Ansys Software. International Journal of Mechanical and Industrial Engineering (IJMIE), Vol-2, Issue-1, 2012, p. 21-25

5. Глаговский Б.А., Московенко И.Б. Низкочастотные акустические методы контроля в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1977, 208 с.

6. Загретдинов А.Р., Кондратьев А.Е., Ваньков Ю.В. Разработка прибора и методики ударно-акустического контроля многослойных композиционных конструкций // Казань: Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2013, №9-10, c. 97-104.

7. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011611774. Detector / Ваньков Ю.В., Кондратьев А.Е., Акутин М.В., Загретдинов А.Р. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 12.01.2011.

8. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013612668. Программный комплекс для обеспечения работы измерительно-диагностической установки / Кондратьев А.Е., Загретдинов А.Р., Политова Т.О. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 24.01.2013.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Общая характеристика и изучение переходных процессов систем автоматического управления. Исследование показателей устойчивости линейных систем САУ. Определение частотных характеристик систем САУ и построение электрических моделей динамических звеньев.

    курс лекций [591,9 K], добавлен 12.06.2012

  • Физические основы электрокардиографии. Структурная схема электрокардиографа, виды помех и их устранение, погрешности измерения амплитудно-временных параметров. Разработка функционального генератора - имитатора сигналов для поверки электрокардиографа.

    дипломная работа [1,1 M], добавлен 26.02.2012

  • Построение математической модели измерительной системы. Метод синтеза алгоритмов обработки измерительной информации о многокомпонентных перемещениях и деформациях подвижного объекта. Постановка и реализация задачи, анализ полученных результатов.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 06.04.2015

  • Исследование частотных характеристик безынерционного звена. Электрическая принципиальная схема инвертирующего усилителя. Исследование апериодического звена 1-го порядка. Построение графика ЛАЧХ, частотные характеристики апериодического звена 2-го порядка.

    контрольная работа [1,3 M], добавлен 11.04.2010

  • Построение структурной схемы нескорректированной системы и определение передаточных функций звеньев. Построение логарифмических амплитудно-частотных характеристик для исходной системы. Синтез и моделирование последовательного корректирующего устройства.

    курсовая работа [90,6 K], добавлен 21.12.2010

  • Разработка аппарата управления. Определение структуры и расчет базы телемеханических сигналов. Основные виды двоичных кодов. Расчет помехоустойчивости передачи и приема многотактных сигналов. Порядок расчета помехоустойчивости передаваемой информации.

    курсовая работа [962,6 K], добавлен 27.05.2022

  • Описание модели конструкции с обоснованием принятого разбиения на элементы. Результаты расчета виброакустических характеристик танкера без средств акустической защиты. Сопоставление результатов с нормируемыми параметрами. Обоснование выбранных средств.

    курсовая работа [796,6 K], добавлен 27.12.2012

  • Получение расчетных передаточных функций объекта. Методика расчета параметров автоматического регулирования по МПК, МПК с О, ММЧК, построение оптимальных графиков переходных процессов и оценка прямых показателей качества. Анализ полученных результатов.

    курсовая работа [172,3 K], добавлен 11.04.2012

  • Методика выполнения измерений: сущность, аппаратура, образцы, методика испытания, обработка результатов. Теоретические основы расчета неопределенности. Проектирование методики расчета неопределенности измерений. Пример расчета и результаты измерений.

    курсовая работа [296,2 K], добавлен 07.05.2013

  • Передаточные функции объекта регулирования и регулятора, построение переходных и частотных характеристик его звеньев. Проверка устойчивости системы автоматизированной системы. Построение годографа Михайлова и Найквиста. Автоматизация процесса сушки.

    курсовая работа [4,0 M], добавлен 03.05.2017

  • Исследование роли композитных материалов в многослойных конструкциях в аэрокосмической промышленности. Анализ дефектов, встречающихся в процессе эксплуатации. Совершенствование ультразвуковой дефектоскопии с помощью многослойных композитных материалов.

    дипломная работа [2,2 M], добавлен 08.04.2013

  • Определение передаточной функции разомкнутой системы, стандартной формы ее записи и степени астатизма. Исследование амплитудно-фазовой, вещественной и мнимой частотных характеристик. Построение годографа АФЧХ. Алгебраические критерии Рауса и Гурвица.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 09.05.2011

  • Определение значений параметров настройки и переходных функций по задающему и возмущающему воздействию для И, П и ПИ-регуляторов. Амплитудно-частотная характеристика замкнутой САР и оценка переходных процессов САУ по интегральным квадратичным критериям.

    курсовая работа [811,8 K], добавлен 28.06.2011

  • Построение механических характеристик рабочей машины под нагрузкой и на холостом ходу. Выбор элементов принципиальной электрической схемы и монтажного исполнения двигателя, расчет переходных процессов в электроприводе и разработка ящика управления.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 18.11.2010

  • Определение передаточных функций и переходных характеристик звеньев системы автоматического управления. Построение амплитудно-фазовой характеристики. Оценка устойчивости системы. Выбор корректирующего устройства. Показатели качества регулирования.

    курсовая работа [347,1 K], добавлен 21.02.2016

  • Анализ структурных, кинематических и динамических характеристик рычажного механизма по заданным условиям. Определение положений звеньев и построение траекторий точек звеньев механизма. Инерционная нагрузка звеньев. Кинематический расчет начального звена.

    курсовая работа [744,0 K], добавлен 03.02.2013

  • Применение FnsysIcem для проектирования и расчета конструкций, интерфейс программы. Полное построение модели двойного тигля, служащего в химической промышленности для изготовления световолокна. Создание геометрии, блоков, построение сетки, экспорт в CFX.

    курсовая работа [3,5 M], добавлен 27.11.2009

  • Изучение методики проектирования и расчета параметров магистралей горючего и окислителя с помощь программы "Динамика КС". Исследование процессов моделирования запуска двигателя для ракеты Р5. Структурная схема гидравлического тракта от насоса до КС.

    курсовая работа [321,3 K], добавлен 06.10.2010

  • Разработка модели концентрации с учетом физических параметров жидкости. Движение жидкости в трубопроводе, в баке и в пределах зоны резания. Модель концентрации механических примесей. Использование программных продуктов для получения результатов расчета.

    курсовая работа [351,0 K], добавлен 25.01.2013

  • Методика расчета термодинамических характеристик рабочего тела. Вычисление значений термодинамических параметров в узловых точках цикла, характеристик процессов. Построение цикла в заданных системах координат. Термодинамические характеристики цикла.

    курсовая работа [678,1 K], добавлен 12.07.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.