Възможности на виброакустичните методи за анализ на материали и конкретни детайли
Изтегляне 0.6 Mb.
|
| 3. Изложение
Как влияят материала и геометрията на детайла на виброакустичния сигнал ? Материали с висока стойност, включително златни и сребърни монети и кюлчета, отдавна са мишени за фалшификаторите. Съществува необходимост от неразрушителен метод, който може да установи автентичността на състава на материала. Трябва не само да тества повърхността на материала, но и неговата невидима вътрешност. Естествената честота на даден обект е уникална за всеки обект, както пръстовият отпечатък за човек [Steed 2012]. Анализирането на твърди вещества чрез измерване на честота или резонанс на акустични вълни може да тества и проверява автентичността на обекти с висока стойност чрез оценка на техните естествени честоти и валидирането им спрямо предварително с амплитуда (m) х 10-3 ъхранени референтни данни [Eames et al. 2015]. Основните моменти са каква апаратура да се използва и създаване на база данни чрез която да се оценяват изследваните обекти [Брох 1971], [Велков 1978]. На фиг. 1 и фиг 2 са показани схеми на опитни установки, използвани за виброакустичен анализ на материала на монети [Димитров и др. 2013], [Rakestraw et al. 2021]. Фиг. 1. Схема на експериментална установка: 1-монета, 2-твърда подложка, 3-шумомер с микрофонен капсул (RF 00 017), 4-цифров осцилоскоп (Picoscope 2206) 5- компютър [Димитров и др. 2013] Ф честота f (кHz) иг.2. Опитна установка, използвана за измерване на резонансните акустични честоти на монети [Rakestraw et al. 2021]. Обектът се удря (пуска) механично и получените вибрации се записват с микрофон. Чрез преобразуване на Фурие от записите могат да се получат резултантните спектри на тествания обект, съставен от естествени честоти -фиг. 3. [Steed 2012], фиг. 4 [Rakestraw et al. 2021]. Таблица 1 дава стандартните физически данни за метали и теоретичните собствени честоти, изчислени за първите три пика [Eames et al. 2015], [Manas 2015]. Таблица 1 [Manas 2015]
честота f (Hz) х 104 Фиг. 3. Пиковете представляват естествените честоти на монета от половин долар (1971- до сега: 75% Cu + 25%Ni). Преобразуването на Фурие взема заснетите звукови данни от времевата област и ги поставя в честотната област [ Steed 2012]. Фиг. 4. Резонансни акустични спектри за три монети от половин долар, които представляват три различни състава: горната следа (1971- до сега: 75% Cu + 25%Ni), средната следа (1965-1970: 60% Cu + 40%Ag), а долната следа (1964) има състав от 90% сребро и 10% мед. [Rakestraw et al. 2021] Половин доларът на Кенеди е изсечен за първи път през 1964 г. като паметник на Джон Ф. Кенеди след неговото убийство. Монетите през първата година на производство са направени от 90% сребро и 10% мед. Много голямото търсене на монетите, бързо е изчерпало запасите от сребро на Министерството на финансите на САЩ и довежда до приемането на закон за монетосеченето от 1965 г., който променя състава на половин долар на 40% сребърен състав от 1965–1970 г. През 1971 г. съставът е променен отново на 75% мед и 25% никел (сплав, често наричана купроникел), който остава съставът и до днес. Фигура 4 показва резонансните акустични спектри за монета от всеки от трите периода, представящи трите различни сплави [Rakestraw et al. 2021]. Лесно е да се види, че промените в свойствата на материала водят до съществена промяна в наблюдаваните честоти. Как влияе геометрията на обекта върху на виброакустичния сигнал ? Дори и при симетрични обекти, каквито са монетите, има такова влияние. Промяна на позицията на монетата при анализ-завъртане на 45 градуса (фиг. 5) предизвикват и промяна в честотата между 5 и 30 Hz [Manas 2015]. Фиг. 5. Позиция на монетата при анализа: условни 00 ; и на 45 0 завъртане [Manas 2015] Интересно изследване със създаване на база данни върху виброакустика на обект със сложна геометрия е направено върху 140 български камбани [Богданова и др. 2011]. Когато експертите започвали да работят, идеята била да бъде създадена методика за паспортизация. Всички камбани са ръчно отлети и затова всяка от тях има уникално звучене. То обаче се променя с течение на времето. Всяка повреда върху камбаната се отразява и върху нейната звучност и почти всички имат нужда от някакъв ремонт. Всичко това е описано в паспортите, които съдържат информация за повредите [Богданова и др. 2011]. От огромното многообразие като геометрия на детаили нека да разгледаме три основни-валове, лагери и зъбни колела. Виброакустична оценка може да се направи както в статично състояние(преди монтаж), така и в процеса на работа на механизма в който са монтирани. Например корабният вал, който е основния елемент в корабната силова уредба-КСУ [Минчев 1983] и е най-трудно достъпен при ремонт е добре да бъде проверен за наличие на дефекти и със съответна виброакустична апаратура. Лагерите служат като опори и фиксират положението на валовете [Недев и др. 2002]. Поради голямото си и циклично натоварване те дефектират. На фиг. 6 са визуализирани най-честите дефекти при работа на валовете и лагерите [Костюков и др. 2011]. задирания корозия уморни раковини фиг. 6. Визуализация на най-честите дефекти при работа на валове и лагери [Костюков и др. 2011]. Показните на фиг. 6. дефекти, могат да бъдат диагностицирани с виброакустични методи, както преди монтаж, така и по време на работа на детайла - Фиг. 7. [Костюков и др. 2011]. Фиг. 7. Сигнал на изхода на сензор при дефектация [Костюков и др. 2011]. Износването на зъбите на зъбните колела се извършва неравномерно, в резултат на което възниква амплитудно-честотна модулация на импулсите за повторно свързване на зъбите на зъбните колела. Техническото състояние на всяка двойка зъбни колела може да бъде оценено в процеса на работа с помощта на анализ на вибрационни сигнали – фиг. 8. [Костюков и др. 2011]. фиг. 8. Вид на спектъра при износване на зъбите [Костюков и др. 2011]. Състоянието на машинното оборудване много трудно се определя без прекъсване на работата му , а това е свързано с големи загуби [Стоев 1979]. Монтажни дефекти (в крайните гайки, несъответствия в шпонковите връзки, нарушение на плътността на дисковете и т.н.), експлоатационни дефекти (охлаждане, в резултат на неравномерно охлаждане, нагряване на ротора или нарушаване на пролуките и др.) – всичко това може да се диагностицира със средствата и методите на виброакустичната диагностика [Костюков и др. 2011]. Изтегляне 0.6 Mb. Сподели с приятели:
|