Синусоида (точнее, ее полуволна) является одной из самых классических функций. Общеизвестны выражения для функции вида
. (5)
Большое значение синусоида имеет потому, что практически все функции могут быть представлены в виде синусоиды при разложении в ряд Фурье (указанные функции должны удовлетворять условию Дирихле).
Прямоугольный импульс, имеющий аналитическое выражение
, (6)
также широко используется при описании ударного воздействия.
Экспоненциальный импульс
(7)
является одним из наиболее часто применяющихся сигналов при описании затухающего процесса.
Также используются широко применяемый и теории вероятности
колоколообразный импульс и 
- функция,
обладающая тем свойством, что
. (8)
Реже используются треугольный, трапецеидальный и параболический импульсы.
Следует отметить, что фильтрация переходного процесса эффективнее осуществляется с помощью программных средств путем разложения данных колебательного процесса в ряд Фурье и последующей его фильтрации в частотной области.
Итак, в МСК используется тот принцип, что при возникновении дефектов собственные частоты детали или материала (объекте контроля, далее ОК) изменяются, что можно использовать как информационный признак наличия дефекта. Т.е., в его основу положены зависимости между упругими константами материала ОК и такими его свойствами, как прочность, пористость, упругость.
Установлены следующие общие закономерности МСК /10, 11/, применяемые в современных дефектоскопах:
- Наличие дефектов в ОК приводит к изменению спектра колебаний по сравнению с эталонным образцом. Если детализировать эту закономерность, то можно сказать, что в ОК появляются дополнительные моды колебаний, связанные с наличием трещин или нарушений во внутренней структуре. Т.е. график колебательный процесс (см. выше) будет «дрожащим» из-за появления новых синусоидальные составляющие, вносимых дефектами.
- Величина сдвига спектра зависит от места нахождения дефекта.
- Наличие множественных дефектов во внутренней структуре ОК влечет за собой уменьшение длительности акустического отклика на возбужденные колебания.
- Если дефект находится в «пучности» колебаний, то соответствующая частота сдвигается на «максимальную» для данного размера дефекта величину.
- Нахождение дефекта в «узле» колебаний не приводит к сдвигу соответствующей частоты.
В теории колебаний ОК описываются дифференциальными уравнениями высоких порядков (например, для стержней это 4 порядок). Частоты колебаний определяются по эти уравнениям с удовлетворительной точностью только для низших форм колебаний. Физико-механические свойства материала ОК обычно характеризуются константами E и G. Появление и накопление усталостных повреждений ОК делает эти величины переменными во времени. При введении переменных во времени коэффициентов аналитическое решение известных уравнений становится невозможным. Таким образом, традиционные методы, предполагающие строгое теоретическое обоснование, с успехом применяются лишь для ограниченного класса задач и особых условий нагрузки.
Существуют несколько вариантов решения этой проблемы. Первый – визуальное представление спектра изделия на экране дефектоскопа, по которому квалифицированный работник должен делать заключение о «подозрительном» с точки зрения наличия дефектов ОК, что и используется в широко распространенных промышленных дефектоскопах АД-50У, АД-60С /11/.
Второй вариант – более современный – заключается в том, что заключение о дефектности изделия делается программно в режиме реального времени по разности константного спектра заведомо бездефектного и тестируемого ОК. Данный подход продемонстрирован в /8/, где авторы рассматривают возможность применения МСК к диагностике цилиндрических стержней и предлагают способ определения дефекта в стержне по анализу спектра его собственных частот. Он заключается в нахождении резонансного спектра заведомо бездефектных стержней и дальнейшего сравнения со спектрами тестируемых изделий. В результате находится разность спектров дефектного и бездефектного изделия по рассчитанному коэффициенту корреляции (разностный спектр).
Аналогично работает современный акустический дефектоскоп АД-42 ИП, обнаруживающий дефекты многослойных конструкций. В нем контролируемой величиной является мощность принятого сигнала, выраженного в децибелах относительно уровня на бездефектном участке. Настройка прибора на заведомо бездефектном образце осуществляется не в одной точке, а в движении, что позволяет учесть влияния неоднородности. Диапазон рабочих частот дефектоскопа составляет 4-6 кГц.
Аналогами данного подхода определения дефектности деталей является патент «Способ ультразвуковой дефектоскопии вращающихся деталей» № 2085935 от 1997.07.27, где предлагается метод ультразвуковой бесконтактной дефектоскопии в процессе вращения. Авторы предлагают возбуждать в контролируемом изделии ультразвуковые колебания при вращении детали, затем измеряют и дистанционно передают в память ЭВМ сигнал, возбуждаемый бесконтактным методом, и сравнивают его с аналогичным сигналом, возбуждаемом в статическом режиме в том же месте поверхности детали и по различиям сигналов судят о дефектности детали /18/.
Как следует из п.3 требований к процессу дефектоскопии, приведенных во введении, второй, автоматизированный вариант, гораздо предпочтительнее. Недостатком второго подхода является, как ни странно, именно детерминированность решения. Из-за того, что алгоритм решения задачи разности спектров четко задан, не представляется возможным использовать эту же методику, например, при ином типе дефектоскопии или при наличии внешних шумов работающих механизмов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.