Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 2 2019 27 TECHNOLOGY этими дефектами [6–12]. Под характеристиками собственных тонов колебаний здесь понимаются в первую очередь собственные частоты, формы и декременты колебаний. Следует отметить, что по изменению этих характеристик можно, как правило, установить только наличие дефекта. Для определения его величины и местоположе- ния предлагаются обычно процедуры, которые носят больше «академический» или учебный ха- рактер и зачастую могут быть реализованы толь- ко в виртуальном эксперименте. Вторая группа объединяет методы обнару- жения трещин по изменению параметров рас- пространения упругих волн в материале [13–15]. Однако наличие в объекте контроля локальных неоднородностей, таких как отверстия, вырезы, крепежные элементы, может вызвать серьезные затруднения в использовании такого подхода. В третьей группе методов в качестве иденти- фикационного признака дефектов предложено использование отклонений динамических харак- теристик объектов контроля от характеристик линейной системы из-за появления дефектов. Такими отклонениями являются возникновение суб- и супергармонических резонансов [16, 17], искажения фазовых портретов [18, 19], фигур Лиссажу [20, 21] и других видов портретов ко- лебаний [22, 23]. В работе [23] показано, что по нелинейным искажениям портретов вынужденных колеба- ний можно зафиксировать появление трещин в металлической панели и определить их место- положение. Целью настоящей работы являет- ся обеспечение достоверности такого способа обнаружения трещин. Для достижения постав- ленной цели проведены исследования влияния ряда факторов на чувствительность искажений портретов колебаний к появлению дефектов, а также разработан способ математической обра- ботки результатов испытаний. Методика исследований Методика диагностирования трещин по ис- кажениям портретов колебаний заключается в следующем: на конструкцию устанавливаются датчики ускорений со сгущениями в наиболее на- груженных зонах. Положения таких зон опреде- ляются по результатам расчетов или измерений напряжений в испытаниях. После обнаружения дефектов датчики можно перемещать для уточ- нения местоположений трещин. Затем с помо- щью источников гармонических вибраций соз- даются вынужденные колебания конструкции. Эти колебания фиксируются акселерометрами в виде портретов: вертикальная развертка пропор- циональна сигналу датчика, а горизонтальная – первой гармонике сигнала, сдвинутой по фазе на π/2. Такой портрет колебаний для линейной динамической системы является окружностью. Возникновение усталостной трещины сопрово- ждается нелинейными искажениями портретов колебаний из-за соударения ее «берегов» и сухо- го трения в вершинах. Для численной оценки ис- кажений из ряда Фурье для портрета колебаний вычиталась первая гармоника, в остатке ряда определялся абсолютный максимум за период колебаний, величина максимума Ψ принималась за параметр искажений. Нормированный пара- метр Ψ обозначался как ξ. Строились распреде- ления Ψ или ξ по поверхности объекта контро- ля. По расположениям локальных максимумов искажений определялись места образования трещин. Таким образом, достоверность обнаружения трещин оценивалась по тому, насколько пара- метр искажения портретов колебаний Ψ отсле- живает местоположение и размеры дефектов. Основными факторами, влияющими на эффек- тивность диагностирования каждого дефекта в отдельности, являются: способ нормирования параметра Ψ; уровни амплитуд колебаний объек- та испытаний; электрические помехи в системах испытательного оборудования; наличие дефек- тов в конструкции в исходном для диагностиро- вания состоянии; нелинейности динамических характеристик объекта контроля из-за условий его крепления в испытательном стенде; «затене- ние» одного дефекта другим. Объектом контроля являлась металлическая панель фюзеляжа самолета. На рис. 1 показаны общий вид панели, нумерация стрингеров, габа- ритные размеры и положения датчиков ускоре- ний. На время испытаний панель была вывешена на упругих жгутах, возбуждение колебаний осу- ществлялось электродинамическими силовозбу- дителями (рис. 2). Изучалось влияние способа нормирования искажений портретов колебаний, амплитуды колебаний панели и электрических помех в системах стенда на достоверность