Результаты исследования волноводов

Приведены результаты исследований волн, проходящих по волноводам. Показаны два механизма передачи информации волноводу от контролируемой конструкции и связанные с этим особенности сигналов АЭ, распространяющихся по нему....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2017
Hauptverfasser:	Недосека, А.Я., Недосека, С.А., Бойчук, О.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2017
Schriftenreihe:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160176
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Результаты исследования волноводов / А.Я. Недосека, С.А. Недосека, О.И. Бойчук // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2017. — № 1. — С. 11-15. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-160176
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1601762019-10-26T01:25:36Z Результаты исследования волноводов Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Бойчук, О.И. Научно-технический раздел Приведены результаты исследований волн, проходящих по волноводам. Показаны два механизма передачи информации волноводу от контролируемой конструкции и связанные с этим особенности сигналов АЭ, распространяющихся по нему. Наведено результати досліджень хвиль, що проходять по хвилеводам. Показані два механізми передачі інформації хвилеводу від контрольованої конструкції та пов'язані з цим особливості сигналів АЕ, що поширюються по ньому. Results of studying waves moving through waveguides are given. Two mechanisms of data transfer to waveguide from the controlled structure and the associated features of AE signals propagating through it, are shown. 2017 Article Результаты исследования волноводов / А.Я. Недосека, С.А. Недосека, О.И. Бойчук // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2017. — № 1. — С. 11-15. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0235-3474 DOI: doi.org/10.15407/tdnk2017.01.02 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160176 621.19.40 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	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Бойчук, О.И. Результаты исследования волноводов Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Приведены результаты исследований волн, проходящих по волноводам. Показаны два механизма передачи информации волноводу от контролируемой конструкции и связанные с этим особенности сигналов АЭ, распространяющихся по нему.
format	Article
author	Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Бойчук, О.И.
author_facet	Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Бойчук, О.И.
author_sort	Недосека, А.Я.
title	Результаты исследования волноводов
title_short	Результаты исследования волноводов
title_full	Результаты исследования волноводов
title_fullStr	Результаты исследования волноводов
title_full_unstemmed	Результаты исследования волноводов
title_sort	результаты исследования волноводов
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160176
citation_txt	Результаты исследования волноводов / А.Я. Недосека, С.А. Недосека, О.И. Бойчук // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2017. — № 1. — С. 11-15. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT nedosekaaâ rezulʹtatyissledovaniâvolnovodov AT nedosekasa rezulʹtatyissledovaniâvolnovodov AT bojčukoi rezulʹtatyissledovaniâvolnovodov
first_indexed	2025-07-14T12:47:51Z
last_indexed	2025-07-14T12:47:51Z
_version_	1837626579296976896
fulltext	11ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ УДК 621.19.40 https://doi.org/10.15407/tdnk2017.01.02 РЕЗУльТАТы ИССлЕДОВАНИя ВОлНОВОДОВ А. Я. недосекА, с. А. недосекА, о. И. Бойчук ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua Приведены результаты исследований волн, проходящих по волноводам. Показаны два механизма передачи информации волноводу от контролируемой конструкции и связанные с этим особенности сигналов АЭ, распространяющихся по нему. Библиогр. 8, рис. 6. К л ю ч е в ы е с л о в а : волновод, контролируемая конструкция, сигналы акустической эмиссии Одним из важных элементов в системах непре- рывного мониторинга конструкций с применени- ем АЭ технологии является конструкция проме- жуточных элементов, передающих информацию датчикам АЭ [1–3]. Это волноводы, устанавлива- емые на поверхности конструкций для осущест- вления такой передачи в случае невозможности по тем или иным причинам прямого непосредствен- ного крепления АЭ датчиков к поверхности кон- тролируемой конструкции. Как правило, такими случаями являются конструкции, работающие при высоких температурах, где необходимо вынести датчики из зоны высоких температур или высоких температур и повышенной радиации. Конструк- ция волновода должна рассчитываться, прораба- тываться должна также технология его крепления к поверхности изделия. Учитывая сложность об- работки поступающей в компьютер информации, необходимо получить более точные методы рас- чета волноводов по сравнению с существующими элементарными методами расчета стержней с дви- гающимися по ним волнами. Последнее требует более точной постановки задачи с более тщатель- ной проработкой граничных и начальных условий воздействия перемещающейся по поверхности контролируемой конструкции волны на принима- ющий информацию рабочий торец волновода. При решении такой задачи могут быть выде- лены два случая воздействия на рабочий торец волновода. Это случай, когда такое воздействие осуществляется на торец волновода, приваренно- го к поверхности конструкции, и случай его при- соединения механическим путем (рис. 1). Меха- ническое крепление волновода к поверхности конструкции может осуществляться в виде до- зированно подпружиненного баянетного замка (рис. 1, в). Разница в креплении волновода к по- верхности приводит к различным условиям воз- действия на его рабочий торец. В случае крепле- ния с помощью сварки ввиду отсутствия зазора между торцом волновода и поверхностью кон- струкции передача информации происходит путем воздействия перемещения поверхности конструк- ции на его рабочий торец. В случае механическо- © А. я. Недосека, С. А. Недосека, О. И. Бойчук, 2017 Рис. 1. Схема конструкции волновода (а) и способы его крепления к поверхности контролируемой конструкции (б), конструк- ция баянетного замка для крепления волновода к поверхности изделия (в) 12 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ го крепления и наличия, в связи с этим, зазора между двумя поверхностями, информация пере- дается путем удара вертикально перемещающей- ся поверхности конструкции по свободному ра- бочему торцу волновода. В зависимости от того, каким способом прикреплен волновод, информа- ция передается различными волнами, что необхо- димо учитывать при расчете волновода. Учитывая изложенное, рассмотрим два случая передачи ин- формации на рабочий конец волновода. случай 1. В результате нагрузок на изделие пусть информация на рабочий торец волново- да из вязкоупругого материала передается путем перемещения. В этом случае дифференциальное уравнение линейной задачи вязкоупругости в пе- ремещениях может быть записано следующим образом: ( ) ( ) 2 2 * 2 2 2 0 1 1 1 1 u z ttz C t ∂ ϕ ∂ ϕ ∂ϕ + ν − −b = − δ δ ∂ − ν∂ ∂ , (1) где φ – функция перемещений, см2; С1 – физиче- ская константа, равная скорости перемещения волны в стержнях, см/с; β – вязкость материала волновода, с/см2; u0 * – импульс начального пе- ремещения, передаваемого торцу волновода по- верхностью конструкции, см∙с; ν – коэффициент Пуассона; z – координата; t – время; δ(z) и δ(t) – единичные дельта-функции Дирака. Результатом решения данного дифференциаль- ного уравнения будут волны перемещений, рас- пространяющихся вдоль волновода [4, 5]: 2 1 2 0 1 21 2 1 2 2 1 1 21 1 2 sin )2 cos{ C t n n n n n u C eu a C C C t z b −∞ = ω+ ν = × − ν b  ω −      b  × ω − ω       ∑ и 2 1* 2 0 1 21 21 2 21 1 21 1 2 sh { ),2 cos C t n n n n n u C eu a C C C t z b −∞ = ω+ ν = × − ν b  −ω     b  × −ω ω       ∑ если под корнем первой формулы появляется от- рицательная величина. Здесь a – длина волново- да, см; величины ωn – суть положительные корни трансцендентного уравнения sin(ωa) = 0. Начальные условия задачи предполагают на- чальное мгновенное воздействие перемещений двигающейся в вертикальном направлении по- верхности пластины на рабочий торец волновода (рис. 1, а), а граничные – отсутствие напряжений на его свободном конце. Передача информации от сложного импуль- са АЭ определяется путем суммирования воздей- ствий от элементарных единичных импульсов, со- ставляющих перемещающийся пакет АЭ (рис. 1, а). Расчет по представленным формулам доста- точно трудоемкий из-за слабой сходимости сум- мы ряда под знаком суммы, поэтому была создана специальная программа расчета, позволяющая до- статочно быстро получать результаты счета. Программа имеет возможность изменять пара- метры счета для получения их различных комби- наций. Формулы (1) и (2) обеспечивают счет для двух случаев. Исходные значения счета точно со- ответствуют приведенной в верхней рамке фор- муле. При переходе на счет к другому случаю в верхней части программы представляется форму- ла, соответствующая выбранному случаю (рис. 2). Анализируя графики (рис. 3), убеждаемся, что распространение АЭ волны в виде импуль- са осуществляется в достаточно широком диапа- зоне значений вязкости материала вплоть до зна- чений βС1 равных 0,1 см–1 (в данном случае для удобства счета рассматривается условная величи- на вязкости βС1 и времени С1t). При больших зна- чениях βС1 характер перемещений меняется. Так, при βС1= 0,5 см–1 появляется пологая часть кри- вой распределения при приближении импульса к свободному торцу волновода. При еще больших значениях βС1, например, 1 импульс в графике распределения перемещений отсутствует. Распре- Рис. 2. Программа расчета перемещений импульса в волново- де в зависимости от принятых исходных параметров Решение получено методом интегральных преобразований дифференциального уравнения (1) по лапласу [6] и конечным sin-преобразованием Фурье [7] 13ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ деление перемещений становится плавным без выраженных всплесков. Следует отметить еще одну особенность в ко- личественных значениях перемещений на сво- бодном конце волновода. За счет отсутствия на- пряжений на этой части волновода появляется отраженная волна противоположного знака, кото- рая в значительной степени ослабляет подошед- шую к этому торцу основную волну. Эффект по- лучения полного сигнала основной волны может быть достигнут за счет наличия датчика АЭ, ко- торый как бы удлиняет волновод на свою длину. При этом предполагается, что основная волна рас- сеивается в АЭ датчике за счет его сложной фор- мы. Математическое обеспечение измерительного оборудования в этом случае должно уметь выде- лять необходимую для дальнейшего анализа часть сигнала АЭ. На рис.4 показан случай с величиной сигнала АЭ на свободном торце волновода при отсутствии АЭ датчика и вариант, учитывающий прикрепленный к нему АЭ датчик. Как видно из графика, величина подавления сигнала отражен- ным очень большая. случай 2. Во втором случае дифференциаль- ное уравнение задачи может быть представлено в виде: 2 2 2 2 2 1 1 0.u u u tz C t ∂ ∂ ∂ − −b = ∂∂ ∂ (2) Здесь β как и ранее, коэффициент вязкости ма- териала волновода, с/см2. Решением данного урав- нения при граничных условиях ε = e0 на рабочем торце стержня и ε = 0 на его свободном конце по- сле последовательного прямого и обратного пре- образования лапласа и конечного преобразования Фурье, будет [1–3]: ( ) * 2 0 1 1 2 21 2 1 2 2 2 1 1 2 2 4 cos .4 exp sin n n n n C C u t C a C C t z ∞ =  e b  = − ×  b  ω −  b × ω − ω     ∑ Если 2 2 2 1 4n Cb ω < , то ( ) * 2 0 1 1 2 21 21 2 2 21 1 2 2 4 cos ;4 exp sh n n n n C C u t C a C C t z ∞ =  e b  = − ×  b  −ω  b × −ω ω     ∑ ωn – положительные корни трансцендентного урав- нения sin(ωa) = 0. Рис. 4. Перемещения на свободном торце волновода с уче- том датчика (1) и без учета датчика (2); 1 – C1(t) = 50, a = 52; 2 – C1(t) = 50, a = 50 Рис. 3. Графики перемещений импульса АЭ по волноводу при различных значениях коэффициента вязкости материала волно- вода и времени: 1 – C1t = 5; 2 – 50; 3 – 60 см 14 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ Следует отметить некоторые особенности ра- боты волноводов, получающих информацию в виде ударов по их рабочему торцу. В этом случае наблюдается сильное влияние свободной поверх- ности противоположного торца. Так, если рассмо- треть движение волны в волноводе полубесконеч- ных размеров, где перемещения вдоль него могут быть описаны выражением [1]: ( ) ( ) ( )0 1 1 1 0 1 0 2 sin cos C u C t z d S C t z C ∞ e = ω ω ω= − e π ω∫ , являющегося решением дифференциального уравнения (2) для стержня полубесконечных раз- меров, то движение волны описывается ступен- чатой функцией и имеет вид, представленный на рис. 5, а. Перемещения в волноводе ограниченной длины (рис. 5, б) также выражаются ступенчатой функцией, но вид ее за счет переотражения волны от свободного торца волновода существенно отли- чается от рис. 5, а. В то же время пики волн в обоих случаях совпадают с координатой z = C1t. Расчеты перемещений в случае волновода ограниченной длины выполнились по программе, представлен- ной на рис. 2 (формула (1)). На графике рис. 5, б также приведены перемещения в случае, когда им- пульс сигнала достиг свободного торца волновода (С1t = 50 см). Как видим, эта зависимость еще более отличается от приведенной на графике рис. 5, а. Достаточно большое влияние на распреде- ление перемещений в волноводе, вызванных волной АЭ, оказывает величина коэффициента вязкости материала волновода β. Как было уже сказано, эта величина характеризует сопротивле- ние материала продвижению АЭ волны. На рис.6 представлены графики распределения перемеще- ний в волноводе при двух значениях коэффици- ента β, равных 0,1 и 0,4 с/см2. Как видно из гра- фиков, с увеличением сопротивления материала волновода продвижению АЭ волны происходит сглаживание распределения перемещений, а пик перемещений становится еле заметным на об- щем фоне (кривая 2 на рис. 6). В заключение отметим, что необходим тща- тельный анализ дальнейшего использования АЭ информации, получаемой от контролируемого объекта с помощью волноводов, что связано в первую очередь с выбором волновода и способом его крепления на изделии. выводы Получены аналитические выражения и разра- ботаны оригинальные программы расчета переме- щений в волноводах при различных способах их крепления. Формы волн, распространяющихся в волно- воде, существенным образом зависят от способа воздействия пластины на рабочий торец волново- да – путем передачи перемещения торцу или удар- ным воздействием на него. Передача сигнала АЭ датчику путем перемещения вызывает острый импульс, двигающийся по волно- воду вплоть до его свободного торца, где в сильной мере ослабляется за счет отраженного импульса. При передаче сигнала волноводу путем удара форма сигнала существенно отличается от сигна- Рис. 5. Перемещения в волноводе бесконечной длины (а) и в волноводе длиной 50 см (б) при одинаковых параме- трах излучения: С1t = 30 (1) и 50 см (2) Рис. 6. Распределение перемещений в волноводе длиной 50 см в зависимости от величины коэффициента β (1 – 0,1; 2 – 0,4) и по- ложения импульса излучения (1 – C1(t) = 30; 2 – 25 см) 15ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ла, образующегося передачей перемещения. Сиг- нал представляет собой ступенчатую функцию и не изменяется на свободном торце волновода. В случае передачи информации перемещением значительную роль играет датчик АЭ, удлиняю- щий на величину своего размера по высоте дли- ну волновода. При этом существенную роль оче- видно играет рассеяние сигнала АЭ в сложном по форме корпусе датчика. Полученные формулы позволяют учитывать материал, из которого изготовлен волновод. Разработанные программы счета позволяют достаточно быстро и с заданной наперед точно- стью проводить расчет и сравнение различных вариантов волноводов и способов их крепления к конструкции. список литературы 1. Двайт Г. Б. Таблицы интегралов и другие математиче- ские формулы. – М.: Наука, 1966. – 228 с. 2. Недосека А. я. Основы расчета и диагностики сварных конструкций; под ред. Б. Е. Патона. – К.: Индпром, 2008. – 815 с. 3. Тимошенко С. П. Колебания в инженерном деле. – М.: На- ука, 1967. – 444 с. 4. Механіка руйнування та міцність матеріалів. Т. 5. Не- руйнівний контроль і технічна діагностика; під ред. З. Т. Назарчука. – львів: Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, 2001. – 1132 с. 5. Недосека А. я., Недосека С. А. Влияние локального скопле- ния дефектов на распространение волн акустической эмис- сии. Сообщение 1 // Техническая диагностика и неразруша- ющий контроль. – 2013. – № 2. – С. 3–8. 6. Недосека А. я., Недосека С. А., Бойчук О. И. Влияние ло- кального скопления дефектов на распространение волн акустической эмиссии. Сообщение 2 // Там же. – 2013. – № 2. – С. 9–14. 7. Деч Г. Руководство к практическому применению пре- образования лапласа и Z-преобразования. – М.: Наука, 1971. – 288 с. 8. Трантер К. Дж. Интегральные преобразования в матема- тической физике. – М.: Гостехиздат, 1956. – 204 с. References 1. Dvayt G. B. Tablitsy integralov i drugiye matematicheskiye formuly. – M.: Nauka, 1966. – 228 s. [in Russian]. 2. Nedoseka A. Ya. Osnovy rascheta i diagnostiki svarnykh konstruktsy; pod red. B. E. Patona. – K.: Indprom, 2008. – 815 s. [in Russian]. 3. Timoshenko S. P. Kolebaniya v inzhenernom dele. – M.: Nauka, 1967. – 444 s. [in Russian]. 4. Mekhanika ruinuvannia ta mitsnist materialiv. T. 5. Neruin- ivnyi kontrol i tekhnichna diahnostyka; pid red. Z. T. Naz- archuka. – Lviv: Fizyko-mekhanichnyi instytut im. h. V. Karpenka NAN Ukrainy, 2001. – 1132 s. [in Ukrainian]. 5. Nedoseka A. Ya., Nedoseka S. A. Vliyaniye lokalnogo skopleniya defektov na rasprostraneniye voln akusticheskoy emissii. Soobshcheniye 1 // Tekhnicheskaya diagnostika i nerazrushayushchy kontrol. – 2013. – № 2. – S. 3–8. [in Russian]. 6. Nedoseka A. Ya., Nedoseka S. A., Boychuk O. I. Vliyaniye lokalnogo skopleniya defektov na rasprostraneniye voln akusticheskoy emissii. Soobshcheniye 2 // Tam zhe. – 2013. – № 2. – S. 9–14. [in Russian]. 7. Dech G. Rukovodstvo k prakticheskomu primeneniyu preobrazovaniya Laplasa i Z-preobrazovaniya. – M.: Nauka, 1971. – 288 s. [in Russian]. 8. Tranter K. Dzh. Integralnye preobrazovaniya v matematich- eskoy fizike. – M.: Gostekhizdat, 1956. – 204 s. [in Russian]. А. я. НЕДОСєКА, С. А. НЕДОСєКА, О. І. БОЙЧУК ІЕЗ ім. є. О. Патона НАН України. 03680, м. Київ-150, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua РЕЗУльТАТИ ДОСлІДЖЕННя ХВИлЕВОДІВ Наведено результати досліджень хвиль, що проходять по хви- леводам. Показані два механізми передачі інформації хвилеводу від контрольованої конструкції та пов'язані з цим особливості сигналів АЕ, що поширюються по ньому. Бібліогр. 8, рис. 6. Ключові слова: хвилевід, контрольована конструкція, сигнали акустичної емісії A. Ya. NEDOSEKA, S. A. NEDOSEKA, O. I. BOIChUK E. O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine, 11 Kazimir Malevych str., 03680, Kiev. E-mail: office@paton.kiev.ua RESULTS OF WAVEGUIDE INVESTIGATIONS Results of studying waves moving through waveguides are given. Two mechanisms of data transfer to waveguide from the controlled structure and the associated features of AE signals propagating through it, are shown. 8 References, 6 Figures. Keywords: waveguide, monitored structure, acoustic emission signals Поступила в редакцию 17.11.2016

Результаты исследования волноводов

Institution

Ähnliche Einträge