Възможности на виброакустичните методи за анализ на материали и конкретни детайли

1.Увод

Какви са причините, които карат обекта да вибрира?

Вибрацията на тялото винаги се предизвиква от някакви възбудителни сили. Тези сили могат да бъдат приложени към обекта отвън или да възникнат от него. Вибрацията на конкретен обект се определя изцяло от силата на възбуждането, неговата посока и честота. Поради тази причина вибрационният анализ позволява да се разкрият силите на възбуждане по време на работа на даден обект. Тези сили зависят от състоянието на обекта и познаването на техните характеристики и закони на взаимодействие позволява да се диагностицират дефектите на последния [Балицкий и др. 1984].
Възбудените вибрации на обект, се наричат ​​акустични вибрации или структурен шум. Първото име подчертава тяхната физическа природа, по-специално факта, че тези трептения са подобни на други акустични явления, свързани с разпространението на еластични вълни в газове, течности и твърди вещества. За анализ на шума се използват статистически методи [Градинаров 2008], [Антонов 2021].
От гледна точка на методите за диагностика, методът за пасивно акустично безразрушително изпитване, базиран на анализа на параметрите (понякога наричани спектър) на вибрациите, които възникват по време на работа на тестов обект, се нарича метод за диагностика на вибрации. Поради това се измерват трептения, а сигналът се нарича виброакустичен. По този начин, най-общо, виброакустичният сигнал е физическо количество, което характеризира механичните трептения (вибрационни, акустични), придружаващи работата на обекта. Или виброакустичният метод е метод, основан на регистриране, измерване и анализ на параметрите на виброакустични трептения (вибрации, акустични), които възникват по време на работа на контролиран обект [Генкин 1981].
Свойства на виброакустичните вибрации
Информацията за състоянието на обекта се представя чрез сигнали. Като диагностичен сигнал може да се използва процес от всякакво физическо естество, стига характерът на протичането му да зависи от състоянието на обекта и да е достъпен за регистриране с наличните средства. По пътя от мястото на произхода си, до получаването на резултатите от диагностиката, сигналът претърпява множество трансформации: формата и физическата му същност се променят, единственото, което трябва да остане непроменено, е информацията, пренасяна от сигнала [Артоболевский 1979]. Ето защо, преди да пристъпим към разглеждане на чисто физически въпроси за възбуждането на трептенията, тяхното разпространение през обекта и зависимостта им от неговото състояние, трябва да направим кратко отклонение в общата теория на трептенията и обработката на сигнали. Това е необходимо, защото всички процеси, протичащи в обекта и във веригите на диагностичното оборудване, ще разглеждаме като сигнали и ще използваме различни методите, чрез които ше ги анализираме [Павлов 1971], [Исакович 1973].
Компоненти на виброакустичния сигнал
Виброакустичният сигнал има сложна структура, така че е естествено да се опитаме да го разложим на по-прости части. Всеки сигнал съдържа полезен компонент и паразитна съставка(шум). Паразитна е онази част от получения сигнал, която предотвратява точната интерпретация на информацията, съдържаща се в сигнала. Наличието на смущения в диагностичния сигнал причинява грешки в диагностичното решение. Полученият сигнал може да бъде представен по следния начин:


s (t) = k (t). s₁(t) + m (t) (1)

където s₁(t) е полезната част от сигнала; k(t) и m(t) са шум [Костюков и др. 2011].

Първият от шумовете се нарича мултипликативен, вторият - адитивен. Допълнителни смущения присъстват на изхода на канала дори при липса на сигнал; мултипликативният се появява само заедно със сигнала. Във виброакустичната диагностика съществуват следните източници на смущения [Костюков и др. 2011]:
- нестабилност на външните условия, при които функционира обекта. Този източник е свързан както с мултипликативен, така и с адитивен шум. По този начин колебанията в скоростния режим и натоварването на обекта внасят мултипликативна интерференция в сигнала;
– наслагване върху сигнала, генериран от изследваната кинематична двойка, вибрации, възбудени от други двойки на механизма. Този шум е адитивен;
- непълнота на описанието на състоянието, например кинематична двойка, избрана от набор от параметри. По този начин състоянието на търкалящ лагер често се описва само с един параметър - радиалната хлабина, докато формата на сигнала се влияе и от други, неотчетени свойства на лагера, като вълнообразност на релсите, овалност на пръстените и др. Влиянието на тези фактори трябва да се разглежда като допълнителна интерференция, ако дефинирането им не е включено в диагностичната задача;
– апаратни смущения, възникващи във веригите на диагностичното оборудване.
Шумът, за който говорим, не трябва да се бърка с изкривяванията, които сигналът претърпява при преминаване през множество канали, както в самия механизъм, преди да бъде приет от сензора, така и в оборудването. В този случай параметрите на сигнала, като правило, се променят. Така че, ако първоначалният сигнал е кратък импулс, тогава сензорът възприема не този сигнал, а затихнали трептения. Смущенията имат случаен характер и следователно не са предварително известни [Костюков и др. 2011].
Разработчикът на диагностична система е изправен пред много различни задачи, но във връзка със смущенията ще посочим две от тях: избор на оптимална система от параметри на сигнала, които са по-малко изкривени от смущения, и избор на оптимален метод за обработка на сигнала в при което ефектът от смущенията е сведен до минимум [Костюков и др. 2011].
Решаването на първия проблем се свежда до търсене на параметри на сигнала, които са най-чувствителни към промените в параметрите на състоянието на механизма и нечувствителни към различни неконтролирани колебания. Методите за обработка на сигнала са насочени към потискане на смущенията и почистването им от изкривяване, причинено от смущения [Костюков и др. 2011].


2. Цел

Да се анализира как влияят материала, геометрията на детайла и неизправност в механизма на параметрите на виброакустичния сигнал.