Технические науки/ 12.Автоматизированные
системы управления на производстве.
Д.т.н. Хвостов А.А., д.т.н.
Тихомиров С.Г., к.т.н. Хаустов И.А. , к.т.н. Никитченко А.А.
Воронежский
государственный университет инженерных технологий, Россия, Военный учебно-научный
центр военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е.
Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), Россия
СИСТЕМА ультразвукового
экспресс-анализа степени старения полимерных покрытий
В работе рассматривается система акустического
контроля полимерных покрытий деталей и узлов технических систем, позволяющая
оценивать параметры полимерного покрытия, характеризующие степень его старения
без демонтажа самого покрытия.
При длительном хранении, а также при
эксплуатации полимерных покрытий узлов технических систем ухудшаются их
механические свойства (прочность, эластичность и др.). Основными причинами
являются окисление, тепловое, световое, озонное и радиационное старение, а
также утомление [1]. В технических системах, оснащенных узлами и деталями с
полимерными покрытиями, которые невозможно демонтировать без нарушения
функциональности системы с одной стороны, а старение покрытия приводит к
снижению показателей качества функционирования этих систем (снижение
демпфирующих или изоляционных характеристик) с другой, особую актуальность
приобретают методы неразрушающего экспресс-анализа свойств покрытия, отражающих
степень его старения.
Одними из перспективных методов, удовлетворяющих
описанным требованиям, являются акустические (в частности ультразвуковые методы
неразрушающего контроля). Они обладают рядом ценных для практического
использования свойств: низкой стоимостью, компактностью, оперативностью,
высокой чувствительностью, возможностью реализации неразрушающего и, в ряде
случаев, бесконтактного контроля, автоматизации измерений, а так же реализации
множества режимов измерений за счет изменения частоты и температуры.
Основой предлагаемого метода контроля является математическая
модель, устанавливающая связь измеряемых акустических характеристик исследуемого
материала с показателями качества. По измеренным параметрам колебательных
процессов, возбуждаемых в образце ультразвуковым преобразователем (амплитуд
излученного и принятого сигналов 
), регистрируемых приемником и осциллографом для передачи на
ЭВМ (рис.), а также условий проведения измерений (частоты 
, Гц и температуры 
, К) и толщины образца (
, м) определяются акустические свойства полимера (
– коэффициент затухания, м-1; 
– скорость звука, м/с;) при заданных 
и 
:
, 
(1)
Известно, что старение большинства эластомеров на
основе каучуков выражается в изменении твердости, эластичности и других
физико-механических показателей [3]. Одним из косвенных показателей, по которым
судят о степени старения полимеров и их композитов, является твердость по Шору
(Sh). В простейшем случае коэффициент старения
определяется по отношению значений показателя в конце и начале периода оценки
старения:
. (2)
Методика оценки твердости по Шору полимеров основана
на связи характеристик добротности колебательной системы «преобразователь –
индентор – материал» с коэффициентом затухания 
[2]. Структура математической модели связи:
, (3)
где
и 
– константы,
специфичные для полимера одной марки.
Для резин на основе каучука СКС-30 получены значения
коэффициентов 
, 
, относительная погрешность расчетов по модели составила 
=3,46%.
Система экспресс-анализа,
представленная на рис. обеспечивает генерирование импульсов возмущающего
акустического сигнала на приемо-передающий пьезокерамический преобразователь,
их регистрацию, обработку на ЭВМ и расчет акустических характеристик полимера 
, с, твердости по
Шору и коэффициента старения по формулам (1), (2), (3).
|
|
|
Рис. Экспериментальные (•) и расчетные (–) значения
твердости по Шору А для резин на основе СКС-30 при ω=2,5 МГц и T=293
K; система акустического экспресс-анализа
ЛИТЕРАТУРА:
1. Власов Г.Я., Шутилин Ю.Ф., Шарафутдинов И.С.,
Хвостов А.А., Терехов О.Г. Основы технологии шинного производства: учеб. пособие.
Воронеж. гос. технол. акад.; Воронеж, 2001. 460 с.
2. Битюков В. К., Тихомиров С. Г., Хвостов А.
А., Зайчиков М. А. Контроль показателей качества эластомеров акустическим
методом с учетом их частотно-температурных характеристик [Текст] //
Мехатроника, автоматизация и управление. 2007. № 7. С. 11-14.
3. Тарасов З.Н. Старение
и стабилизация синтетических каучуков. М.: Химия, 1980. 264 с.