Влияние параметров сотовой конструкции на выявляемость дефектов при контроле импедансным методом
Проведено аналитическое исследование механического импеданса сотовых конструкций. Получено и исследовано соотношение, описывающее влияние параметров изделия на результаты контроля. Сделаны выводы о границах применения метода для контроля сотовых панелей....
Saved in:
| Date: | 2006 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2006
|
| Series: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98529 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние параметров сотовой конструкции на выявляемость дефектов при контроле импедансным методом / А.Г. Протасов, А.С. Юрченко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 3. — С. 48-51. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-98529 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-985292016-04-17T03:03:29Z Влияние параметров сотовой конструкции на выявляемость дефектов при контроле импедансным методом Протасов, А.Г. Юрченко, А.С. Неразрушающий контроль Проведено аналитическое исследование механического импеданса сотовых конструкций. Получено и исследовано соотношение, описывающее влияние параметров изделия на результаты контроля. Сделаны выводы о границах применения метода для контроля сотовых панелей. This paper presents the analytical investigation of honeycomb structure mechanical impedance. The correlation between object parameters and efficiency of impedance method is received and investigated. The conclusions, recommendations and limitations of using this method for examinations the honeycomb structure are given. 2006 Article Влияние параметров сотовой конструкции на выявляемость дефектов при контроле импедансным методом / А.Г. Протасов, А.С. Юрченко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 3. — С. 48-51. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98529 620.179 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Неразрушающий контроль Неразрушающий контроль |
| spellingShingle |
Неразрушающий контроль Неразрушающий контроль Протасов, А.Г. Юрченко, А.С. Влияние параметров сотовой конструкции на выявляемость дефектов при контроле импедансным методом Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description |
Проведено аналитическое исследование механического импеданса сотовых конструкций. Получено и исследовано соотношение, описывающее влияние параметров изделия на результаты контроля. Сделаны выводы о границах применения метода для контроля сотовых панелей. |
| format |
Article |
| author |
Протасов, А.Г. Юрченко, А.С. |
| author_facet |
Протасов, А.Г. Юрченко, А.С. |
| author_sort |
Протасов, А.Г. |
| title |
Влияние параметров сотовой конструкции на выявляемость дефектов при контроле импедансным методом |
| title_short |
Влияние параметров сотовой конструкции на выявляемость дефектов при контроле импедансным методом |
| title_full |
Влияние параметров сотовой конструкции на выявляемость дефектов при контроле импедансным методом |
| title_fullStr |
Влияние параметров сотовой конструкции на выявляемость дефектов при контроле импедансным методом |
| title_full_unstemmed |
Влияние параметров сотовой конструкции на выявляемость дефектов при контроле импедансным методом |
| title_sort |
влияние параметров сотовой конструкции на выявляемость дефектов при контроле импедансным методом |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Неразрушающий контроль |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98529 |
| citation_txt |
Влияние параметров сотовой конструкции на выявляемость дефектов при контроле импедансным методом / А.Г. Протасов, А.С. Юрченко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 3. — С. 48-51. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| work_keys_str_mv |
AT protasovag vliânieparametrovsotovojkonstrukciinavyâvlâemostʹdefektovprikontroleimpedansnymmetodom AT ûrčenkoas vliânieparametrovsotovojkonstrukciinavyâvlâemostʹdefektovprikontroleimpedansnymmetodom |
| first_indexed |
2025-07-07T06:41:57Z |
| last_indexed |
2025-07-07T06:41:57Z |
| _version_ |
1836969380089430016 |
| fulltext |
УДК 620.179
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОТОВОЙ КОНСТРУКЦИИ
НА ВЫЯВЛЯЕМОСТЬ ДЕФЕКТОВ ПРИ КОНТРОЛЕ
ИМПЕДАНСНЫМ МЕТОДОМ
А. Г. ПРОТАСОВ, А. С. ЮРЧЕНКО
Проведено аналитическое исследование механического импеданса сотовых конструкций. Получено и исследовано
соотношение, описывающее влияние параметров изделия на результаты контроля. Сделаны выводы о границах
применения метода для контроля сотовых панелей.
This paper presents the analytical investigation of honeycomb structure mechanical impedance. The correlation between
object parameters and efficiency of impedance method is received and investigated. The conclusions, recommendations and
limitations of using this method for examinations the honeycomb structure are given.
В современном авиастроении широко использу-
ются конструкционные материалы, к которым от-
носят композиционные и сотовые структуры, от-
личающиеся высокой прочностью при малом
удельном весе. В отдельных самолетах около 30 %
площади фюзеляжа и крыла изготавливаются из
таких материалов. Основными дефектами сотовых
конструкций являются отслоения сот от обшивки,
вследствие непроклея или смятия стенок ячеек.
Подобные дефекты могут диагностироваться ра-
диационными, тепловыми, акустическими метода-
ми неразрушающего контроля (НК), однако, учи-
тывая ряд специфических особенностей данных
конструкций, наибольшее применение получил
импедансный метод НК [1].
В данной работе рассмотрены особенности
импедансного метода для контроля сотовых па-
нелей, а также влияние свойств контролируемого
объекта на выявляемость дефектов. Представ-
лена и проанализирована зависимость, позволяю-
щая оценить влияние различных факторов на ре-
зультативность контроля.
Математическая модель механического им-
педанса сотовой конструкции. Импедансный ме-
тод базируется на различии механических импе-
дансов дефектных и доброкачественных участков
многослойной конструкции и в общем случае
представляется комплексной величиной [1]:
Z = F
⋅
v⋅
= RH + jXH = |Z|ejϕ, (1)
где Z — механический импеданс конструкции;
F⋅ — комплексная амплитуда силы, приложенной
к поверхности; v⋅ — колебательная скорость в точке
приложения силы; RН, XH — активная и реактивная
составляющие импеданса.
Чувствительность метода тем выше, чем боль-
ше величина отношения механического импедан-
са в доброкачественной и дефектной зонах объек-
та контроля (ОК):
A = Z2
⁄ Z1, (2)
где A — чувствительность импедансного метода;
Z2, Z1 — механические импедансы изделия в доб-
рокачественной и дефектной зонах соответствен-
но.
Зная, какие параметры и каким образом влияют
на величину A, можно существенно повышать эф-
фективность и результативность контроля.
Для математического описания механического
импеданса сотовой конструкции используют не-
которые упрощения и рассматривают отделенный
дефектом участок обшивки как пластину, закреп-
ленную по контуру. Тогда размеры дефекта оп-
ределяются размерами данной пластины и в от-
сутствии потерь входной механический импеданс
такой пластины имеет вид [2]:
Z1 = j[wm – 1
wK1
], (3)
где m — физическая масса пластины диаметра D;
K1 — гибкость круглой пластины диаметра D, воз-
буждаемой в центре сосредоточенной силой; w —
круговая частота.
На рис. 1 схематически изображена сотовая
структура с дефектной зоной, где отсутствует со-
единение между обшивкой и сотовым заполните-
лем. В рамках модели этот участок приближенно
будем считать окружностью диаметра D и раз-
мером минимального дефекта. В соответствии с
моделью эта зона эквивалентна пластине, закреп-
ленной по контуру, и имеет импеданс (3).
Физическую массу и гибкость пластины можно
представить в виде [1]:
© А. Г. Протасов, А. С. Юрченко, 2006
48 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2006
m = 7
256 ρ1πh1D2, (4)
K1 = D2
64πL
= 3
(1 – µ1
2)D2
16πE1h1
3 , (5)
где L — цилиндрическая жесткость круглой плас-
тины диаметра D, закрепленной по контуру; ρ1,
h1, E1, µ1 — плотность, толщина, модуль Юнга,
коэффициент Пуассона материала обшивки соот-
ветственно.
Тогда, подставив выражения (4) и (5) в (3), по-
лучим для импеданса дефектной зоны:
Z1 = j⎡⎢
⎣
7
256 S1 π1h1D2w – 1
16πE1h1
3
3(1 – µ1
2)D2w
⎤
⎥
⎦
, (6)
т. е., зная параметры ОК в рамках данной модели
(6), а также приняв приближенно минимальный
и максимальный размеры дефекта, можно оценить
численное значение механического импеданса де-
фектного участка.
Входной импеданс бездефектной сотовой кон-
струкции, когда слой клея соединяет ребро ячейки
сотового заполнителя с обшивкой, можно запи-
сать в виде [3]:
Z2 = jX
1 – X wK2
,
(7)
где X — механический импеданс грани сотовой
ячейки; K2 — удельная гибкость клеевого слоя.
Данное соотношение получено исходя из элек-
тромеханической аналогии в предложении, что
клеевой шов представляется сосредоточенной
гибкостью, параллельно соединенной с обшивкой,
которая, в свою очередь, является системой с рас-
пределенными параметрами. Характеристику кле-
евого шва и импеданс сотовой ячейки можно пред-
ставить в виде [3]
K2 = l
d = l
E2
(1 – µ2)
(1 + µ2)(1 – 2µ2)
,
(8)
X = wρ2h2, (9)
где l — толщина клеевого шва; d — величина,
характеризующая упругость клея; E2, µ2 — модуль
Юнга и коэффициент Пуассона для клея; ρ2, h2
— плотность материала и толщина сотовой ячейки
соответственно.
Тогда общая формула для бездефектного кле-
евого соединения запишется в виде:
Z2 =
jwρ2h2
1 – w2ρ2h2
l(1 + µ2)(1 – 2µ2)
E2(1 – µ2)
. (10)
Как уже было сказано выше, для анализа вли-
яния параметров контролируемого изделия на эф-
фективность контроля важным представляется со-
отношение импедансов доброкачественных и де-
фектных зон. Подставим в выражение (2) полу-
ченные значения Z1 и Z2:
A =
D2w2ρ2h2
⎡
⎢
⎣
7
256 ρ1πh1D4w2 – E1h1
3 16π
3(1 – µ1
2)
⎤
⎥
⎦
⎡⎢
⎣
1 – w2ρ2h2
l
d
⎤
⎥
⎦
,
(11)
A =
4π2D2f2ρ2h2
⎡
⎢
⎣
7
64 π3ρ1h1D4f2 – 64πL⎤⎥
⎦
…
…
4π2D2f2ρ2h2
⎡
⎢
⎣
1 – 4π2f2ρ2h2
l
E2
(1 + µ2)(1 – 2µ2)
(1 – µ2)
⎤
⎥
⎦
,
(12)
где L — цилиндрическая жесткость обшивки; f —
частота.
Как видно, данное соотношение определяется
упругими свойствами обшивки L, ее плотностью и
толщиной (ρ1, h1); плотностью и толщиной сотового
наполнителя (ρ2, h2), размерами дефекта D; толщи-
ной и упругими свойствами клея (l, E2, µ2).
Анализ влияния параметров сотовой конс-
трукции на результаты контроля. Проанализи-
руем соотношение (12) и оценим влияние пара-
метров объекта контроля на чувствительность им-
педансного метода.
Для проведения численного анализа будем ис-
пользовать параметры наиболее распространен-
ной в авиации сотовой панели из алюминия: тол-
щина обшивки 0,5 мм; толщина слоя полимерного
клея 0,4 мм; диаметр сотовой ячейки из алюминия
8 мм; высота сотовой панели 8 мм, вместе с об-
шивкой — 9,8 мм.
Все факторы, влияющие на результаты конт-
роля, можно условно разделить на три группы:
характеризующие ОК (обшивку, клеевое соедине-
ние, сотовый наполнитель); характеризующие де-Рис. 1. Схематическое изображение сотовой конструкции c
дефектной зоной диаметром D
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2006 49
фект (размер дефекта); связанные с условиями
контроля (рабочая частота).
Результаты численного моделирования показа-
ны на рис. 2–4.
На рис. 2 представлены графики, характеризу-
ющие влияние плотности и толщины сотового на-
полнителя (ρ2, h2) и толщины обшивки h1 на чув-
ствительность метода A.
Как видно из рис. 2, дефект выявляется тем
легче, чем больше плотность и толщина сотового
наполнителя и меньше цилиндрическая жесткость
обшивки (соответственно ниже упругие свойства
пластины). Кроме того, из рис. 2, б следует, что
дефект выявляется лучше при меньших толщинах
и модулях упругости обшивки.
Зависимость, представленная на рис. 2, в, по-
казывает, что варьирование толщины и упругих
свойств клеевого соединения мало влияет на ре-
зультаты контроля (кривые практически совпада-
ют). Это объясняется малостью модуля Юнга для
клея в сравнении с материалом обшивки. Клеевой
шов увеличивает импеданс бездефектной зоны
тем больше, чем больше его толщина. Поэтому
зоны повышенной толщины клеевого шва могут
также быть обнаружены импедансным методом.
Также видно, что с увеличением толщины обшив-
ки влияние клеевого соединения уменьшается.
Как следует из рис. 2, г, с уменьшением тол-
щины, плотности и модуля Юнга сотового напол-
нителя, а также, при увеличении толщины кле-
евого шва выявляемость дефектов ухудшается.
Это можно объяснить ростом контактной гибкос-
ти и, как следствие, ухудшением условий конт-
роля.
На рис. 3 показано влияние размера дефекта
на величину отношения импедансов дефектной и
бездефектной зон.
Из кривых, представленных на рис. 3, следует,
что наибольшая чувствительность метода наблю-
Рис. 2. Влияние параметров объекта контроля на выявляемость дефектов: а — влияние плотности и толщины (ρ2, h2) сотового
наполнителя на коэффициент A для различных значений цилиндрической жесткости обшивки L: 1 — 0,08; 2 — 0,06; 3 — 0,04;
4 — 0,02; б — влияние толщины обшивки h1 на коэффициент A для различных значений модуля Юнга материала обшивки
E1, ГПа: 1 — 9; 2 — 69; 3 — 5; в — влияние толщины обшивки h1 на коэффициент A для различных значений толщины
клеевого соединения l: 1 — 0,0001; 2 — 0,001; 3 — 0,002; г — влияние плотности и толщины сотового наполнителя (ρ2, h2)
на коэффициент A для различных значений толщины клеевого соединения l: 1 — 0,0002; 2 — 0,0004; 3 — 0,0008
Рис. 3. Влияние диаметра дефекта D (1 — 0,01; 2 — 0,016; 3
— 0,02) и толщины обшивки h1 на чувствительность импе-
дансного метода A
50 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2006
дается в случаях тонких обшивок и крупных де-
фектов. При толщинах больше 0,5 мм влияние раз-
меров дефектов относительно мало.
На рис. 4 представлена зависимость величины
отношения импедансов доброкачественной и де-
фектной зон от частоты и размера дефекта.
Как видно из рис. 4, увеличение частоты работы
преобразователя в целом улучшает выявляемость
дефектов и особенно это проявляется при больших
их размерах. Однако здесь следует учесть, что им-
педансный метод основывается на возбуждении в
ОК изгибных волн и, соответственно, верхнее зна-
чение частоты ограничено условием [4]:
fh1 ≤ √⎯⎯⎯⎯⎯⎯E1
8ρ1(1 + µ1)
.
Выводы
В результате теоретического исследования меха-
нического импеданса сотовой панели было получе-
но аналитическое выражение для определения вли-
яния параметров изделия на результаты контроля.
Результаты численного моделирования, получен-
ные на базе выведенного соотношения, продемон-
стрировали влияние параметров объекта на эффек-
тивность и результативность контроля и позволили
сформулировать рекомендации по использованию
импедансного метода для контроля сотовых конс-
трукций.
1. Ланге Ю. В. Акустические низкочастотные методы и
средства неразрушающего контроля многослойных кон-
струкций. — М.: Наука, 1991. — 272 c.
2. Скучик Е. Простые и сложные колебательные системы.
— М.: Мир, 1971. — 557 c.
3. Ланге Ю. В. О физических основах ультразвукового ме-
тода неразрушающей оценки прочности клеевых соеди-
нений // Дефектоскопия. — 1974. — № 1. — С. 96–107.
4. Неразрушающий контроль: Справ.: В 7 т. / Под общ. ред.
В. В. Клюева. —Т. 3: Ультразвуковой контроль / И. Н.
Ермолов, Ю. В. Ланге. — М.: Машиностроение, 2004. —
864 с.
Нац. техн. ун-т Украины «КПИ»,
Киев
Поступила в редакцию
21.12.2005
Рис. 4. Влияние частоты f и размера дефекта D (1 — 0,016;
2 — 0,032; 3 — 0,04) на чувствительность импедансного ме-
тода A
Троицкий В. А. Краткое пособие по контролю качества сварных соединений. — Киев: Феникс,
2006. — 320 с.
В пособии рассмотрены методы неразрушающего контроля (НК) и их классификация, изложены
основные понятия и физические основы, приведены технические характеристики основных видов
оборудования и вспомогательных средств для визуальной, ультразвуковой, радиационной, магнитной,
капиллярной дефектоскопии и контроля герметичности. Классифицированы основные типы дефектов
сварных соединений, выполненных дуговыми, контактными и другими видами сварки. Изложены во-
просы статистической обработки результатов контроля, управления качеством сварки, примеры ве-
домственных норм на дефектность сварных соединений.
Приведены примеры использования средств НК в трубопроводном транспорте, в нефтегазовой и
строительной промышленности, при производстве труб магистральных трубопроводов.
Методические рекомендации рассчитаны на инженерно-технических работников, дефектос-
копистов и могут быть полезны студентам вузов. Издание третье, дополненное.
Ультразвуковой контроль: дефектоскопы, нормативные документы, стандарты по УЗК / Со-
ставитель В. А. Троицкий. — Киев: Феникс, 2006. — С. 240.
Справочное пособие, содержащее сравнительный анализ современных ультразвуковых дефек-
тоскопов, нормативные документы и стандарты по этому виду неразрушающего контроля качества.
Предназначено для инженеров, занимающихся контролем качества, диагностикой энергетичес-
кого и другого ответственного оборудования. Дополняет учебно-методический материал, изложенный
в книге В. А. Троицкого «Краткое пособие по контролю качества сварных соединений», издание третье,
дополненное, 2006 г.
По вопросам приобретения обращаться:
03680, Украина, Киев-150, ул. Боженко, 11, отд. № 4.
Тел.: 287-26-66; факс: 289-21-66; e-mail: usndt@ukr.net
НОВЫЕ КНИГИ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3,2006 51
|