Berns V.A. et al. 2018 Vol. 20 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 2 2018 6 ТЕХНОЛОГИЯ Диагностирование трещин в металлических панелях по нелинейным искажениям портретов колебаний Владимир Бернс 1 , 2, a,* , Егор Жуков 2 , b , Валерия Маленкова 2, c , Евгений Лысенко 3 , d 1 Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия 2 Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С. А. Чаплыгина, ул. Ползунова, 21, г. Новосибирск, 630051, Россия 3 «Информационные спутниковые системы» им. академика М. Ф. Решетнёва, ул. Ленина, 52, г. Железногорск, 662972, Россия a http://orcid.org/0000-0002-2231-7581, v.berns@yandex.ru , b http://orcid.org/0000-0001-6378-6352, zh-ep@yandex.ru, c http://orcid.org/0000-0003-3374-8472, malenkova_vv@mail.ru, d https://orcid.org/0000-0001-5561-2934, mla340@iss-reshetnev.ru ______ *Адрес для переписки Бернс Владимир Андреевич , д.т.н., доцент Новосибирский государственный технический университет пр. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск, Россия Тел.: 8 (383) 346-31-21, e-mail: v.berns@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2018 Том 20 № 2 с. 6–17 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.2-6-17 АННОТАЦИЯ Введение. Основным дефектом конструкций, возникающим в процессе их эксплуатации или прочностных испытаний, являются усталостные трещины. Для диагностирования трещин перспективными считаются вибрационные методы, практическая реализация которых применительно к реальным конструкциям – задача актуальная. Цель работы: изучение возможности использования искажений портретов вынужденных колебаний в качестве идентификационного признака трещин в металлических конструкциях. Методика исследований. На диагностируемую конструкцию устанавливались датчики ускорений и с помощью независимых источников гармонических вибраций в ней создавались вибрационные колебания. Динамическим проявлением усталостной трещины являются соударения «берегов» и сухое трение в вершинах трещины под действием вибрационной нагрузки. В работе показано, что идентификационным признаком ударных импульсов и сухого трения могут быть нелинейные искажения портрета колебаний, вертикальная развертка которого пропорциональна сигналу датчика ускорений, а горизонтальная – первой гармонике этого сигнала. Такой портрет колебаний для линейной динамической системы представляется окружностью. Для численной оценки искажений из ряда Фурье для портрета колебаний вычиталась первая гармоника, в остатке ряда определялся абсолютный максимум за период колебаний, величина максимума относилась к амплитуде первой гармоники. Результаты и обсуждения. Эффективность обнаружения усталостных трещин по искажениям портретов колебаний проиллюстрирована на примере диагностирования металлической панели фюзеляжа самолета размером 2285 × 975 мм. Панель имела продольный и поперечный силовые наборы, а также местные подкрепления. Возбуждение колебаний панели осуществлялось двумя электродинамическими силовозбудителями. Для измерения вибраций использовалось 40 датчиков ускорений. Проведены экспериментальные исследования изменений собственных частот и портретов колебаний панели для следующих дефектов: концентратор напряжений в виде высверленной заклепки и сквозного надреза в центре панели; усталостные трещины в боковых стрингерах; трещина в боковом стрингере после ремонта; трещина в центральном стрингере на разных этапах развития. Установлено, что наибольшие изменения собственных частот могут составлять несколько процентов, но определить местоположение дефектов не представляется возможным. Максимальные искажения портретов колебаний составляют сотни процентов и достоверно отслеживают расположения дефектов и их величины. Отмечено, что способ нормирования искажений портретов колебаний и амплитуда вибраций панели оказывают влияние на эффективность диагностирования трещин. ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 629.735:620.179 История статьи : Поступила: 20 февраля 2018 Рецензирование: 14 марта 2018 Принята к печати: 09 апреля 2018 Доступно онлайн: 15 июня 2018 Ключевые слова : Металлическая панель самолета Усталостная трещина Идентификационный признак дефекта Портрет колебаний Нелинейные искажения портрета колебаний Вибрационная диагностика трещин Для цитирования: Диагностирование трещин в металлических панелях по нелинейным искажениям портретов колебаний / В.А. Бернс, Е.П. Жуков, В.В. Маленкова, Е.А. Лысенко // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 2. – С. 6–17. – doi: 10.17212/1994-6309-2018-20.2-6-17. Введение Методы оценки технического состояния объектов по параметрам вибраций широко ис- пользуются в различных областях техники. Наи- большее распространение они нашли в маши- Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov