.

Методи оптимізації параметрів та режимів роботи вихорострумових перетворювачів дефектоскопів: Автореф. дис… д-ра техн. наук / В.Я. Гальченко, Харк.

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 3279
Скачать документ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ГАЛЬЧЕНКО ВОЛОДИМИР ЯКОВИЧ

УДК 620.179.1

МЕТОДИ ОПТИМІЗАЦІЇ ПАРАМЕТРІВ ТА РЕЖИМІВ
РОБОТИ ВИХОРОСТРУМОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ
ДЕФЕКТОСКОПІВ

05.11.13 – прилади і методи контролю

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук

Харків – 1998
Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Східноукраїнському державному університеті
Міністерства освіти України

Науковий консультант Заслужений діяч науки та техніки України,
доктор технічних наук, професор
Яковенко Валерій Володимирович,
Східноукраїнський державний університет,
завідувач кафедри приладобудування та електротехніки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Большаков Володимир Борисович,
Харківське ДНВО “Метрологія”,
начальник відділу;

доктор технічних наук, доцент
Хандецький Володимир Сергійович,
Дніпропетровський державний університет,
професор кафедри електронно-обчислювальних машин;

доктор технічних наук, професор
Фінкельштейн Володимир Борисович,
Харківська державна академія міського господарства, професор кафедри електротехніки

Провідна установа Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, кафедра приладів та систем неруйнівного контролю,
Міністерство освіти України, м. Київ

Захист відбудеться “15” 04 1999р. о 14 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 64.050.09 у Харківському державному політехнічному університеті за адресою: 310002, м. Харків-2, вул. Фрунзе, 21

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного політехнічного університету.

Автореферат розісланий “12” 03 1999р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
Горкунов Б.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність і ступінь дослідження тематики роботи. Підвищенню якості продукції, зростанню її надійності та довговічності приділяється велика увага в усіх промислово розвинених країнах світу. Сучасний рівень виробництва з безупинно зростаючим обсягом номенклатури виробів характеризується істотно зростаючими вимогами до застосування надійних та високопродуктивних методів і засобів, здатних забезпечити 100% контроль їхньої якості. Вибірковий контроль вихідного металу, заготівок, напівфабрикатів та готових виробів відповідального призначення не гарантує їх високої якості, особливо при серійному та масовому виготовленні. Методи неруйнівного контролю використовуються для перевірки матеріалів та виробів до моменту їх введення до експлуатації, що запобігає застосуванню дефектних деталей в конструкціях. Крім того, використання методів неруйнівного контролю в технологічних процесах, в здавально-приймальних випробуваннях, при експлуатації та ремонті є одним з найбільш ефективних засобів підвищення якості продукції, виключення непродуктивних витрат при обробленні заготівок та напівфабрикатів. Правильне застосування методів та засобів неруйнівного контролю дозволяє виключити потенційну можливість руйнування виробів, які мають критичні або суттєві внутрішні дефекти. В особливої ступені це відноситься до тих виробів, експлуатація котрих зв’язана з проблемами безпеки людей, з можливістю виникнення катастроф з необоротними екологічними наслідками і т.п.
В теперішній час широко використовуються акустичні, капілярні, магнітні, електричні, радіаційні, оптичні та інші методи неруйнівного контролю. Особливе місце серед них належить вихорострумовому методу. Завдяки своїм перевагам над перетворювачами, які застосовують інші фізичні принципи здобуття інформації, вихорострумові перетворювачі (ВСП) відповідають суворим вимогам контролю об’єктів з дефектами в умовах забруднення середовища, наявності електромагнітних полів, підвищених температур, вібрацій, інтенсивних випромінювань зварної дуги і інших деяких факторів, що заважають вимірюванням.
Великий вплив на розвиток вихорострумового методу та засобів контролю об’єктів з дефектами надали роботи відомих вчених Герасимова В.Г., Клюєва В.В., Дорофєєва О.Л., Зацепіна Н.Н., Соболєва В.С., Шатернікова В.Є., Шкарлета Ю.М., Сухорукова В.В., Біди П.І., Forster F., Dodd C.V. та інших дослідників. Аналіз робіт показав, що основна увага дослідників приділялась розробці теоретичних моделей для конкретних випадків контролю об’єктів. Більшість задач проектування засобів вихорострумового контролю виробів з дефектами обмежених розмірів розв’язується, використовуючи в якості базових результати досліджень, здійснених або по наближеним методикам розрахунків, або для двовимірних ідеалізацій інформаційного електромагнітного поля (ІЕМП). Єдиного методологічного підходу рішення широкого кола задач електромагнітної дефектоскопії у випадку тримірних ІЕМП не існує. Закономірності, знайдені в результаті вирішення двовимірних задач дефектоскопії, виявилися необхідними та корисними для побудови основ теорії виявлення дефектів, розробки методів їх пошуку. Але цих моделей недостатньо для створення теорії як основи оптимального проектування апаратури вихорострумового контролю виробів з дефектами обмежених розмірів, яка має високу розрізнювальну здатність. У зв’язку з ускладненням задач електромагнітної дефектоскопії виникає потреба аналізу нових класів математичних моделей, які більш повно відображають реальні умови вихорострумового контролю виробів.
Деяка обмеженість застосованих математичних моделей не дозволила також належним чином виявити кількісні зв’язки між геометричними та електромагнітними характеристиками об’єкта контролю з дефектом і даними спостережень на виході ВСП. Положення в цієї галузі ще більш погіршується через відсутність достатнього об’єму експериментальних даних, одержаних дослідниками.
Сучасна теорія вихорострумового контролю об’єктів з дефектами обмежених розмірів базується в основному на емпіричних закономірностях, одержаних експериментальним шляхом Бідою П.І. біля 20-ти років тому. Ці дослідження проводились для виробів з дефектами з ідеалізованими властивостями та не ураховували ряд суттєвих факторів, серед яких форма дефекту, його орієнтація в просторі, особливості геометрії об’єкта контролю, розташування об’єкта відносно ВСП та інших.
Отримані результати в цілому відображають загальні тенденції в електромагнітному контролі, але їх використання не наводить до реалізації найбільш сприятливих умов виявлення дефектів. Найвищу ефективність контролю мають забезпечити тільки технічні засоби в повній мірі враховуючи специфіку конкретного процесу контролю. Використання узагальнених методів досліджень виправдано на етапі розробки математичних моделей, але не ефективно на етапі проектування контрольно-вимірювальної апаратури, де орієнтація на узагальнені дефекти, розташовані на гіпотетичних об’єктах контролю, не приводить до оптимальних результатів. Здається, що основні резерви суттєвого покращання технічних та метрологічних характеристик ВСП містяться не стільки в способах обробки вихідних сигналів та удосконаленні вимірювальних трактів приладів, скільки у самих конструкціях ВСП та принципах їх побудови.
К теперішньому часу практично без уваги залишилась проблема проектування ВСП, що володіють зондуючими ІЕМП з визначеними властивостями. А разом з тим цілеспрямована зміна зондуючих властивостей генерованого ІЕМП приводить до підвищення селективності та чутливості виявлення дефектів в об’єктах, підвищенню завадозахищеності та, отже, реалізації сприятливих умов виявлення дефектів. Отримання інформаційного сигналу високої чутливості, завадозахищеності та розрізнювальної здатності безпосередньо із ВСП дефектоскопа є першочерговою задачею та в разі її незадовільного вирішення положення не виправити наступною вторинною електронною обробкою сигналу, які би схематичні рішення та сучасна елементна база не застосовувались.
Відсутність ефективної теоретичної бази обумовила відсутність спеціалізованих методик проектування ВСП для виявлення дефектів. В практиці проектування ВСП для дефектоскопів в основному використовуються добре зарекомендовані методики розробки ВСП, які орієнтовані на контроль розмірів об’єктів, що не відображає повною мірою реальних потреб.
В зв’язку з вищезгаданим створення теорії електромагнітного контролю об’єктів з дефектами обмежених розмірів уявляє актуальну наукову проблему, рішення якої має велике значення для промисловості.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалась в рамках ’’ Координованого плану розробки та впровадження першої черги автоматизованого стенду комплексних випробувань об’єкта (АСКВО) ’’ та ’’ Плану-графіка розробки та впровадження першої черги АСКВО ’’, затверджених керівником ХКБМ ім. Морозова від 06.11.81р., які складені відповідно постанові РМ СРСР № 990 від 08.10.81р. та постанові Держплану і ДКНТ СРСР № 221/245 від 06.11.81р., а також в рамках ’’ Комплексної програми науково-технічного прогресу країн-членів РЕВ ’’ пріоритетний напрямок ’’ Комплексна автоматизація ’’ відповідно постанові ДКНТ СРСР № 668 від 27.11.89р., напрямку ДКНТ ’’ Технологія, машини та виробництва майбутнього ’’.
Мета та задачі дослідження. Метою даної роботи є створення теорії виявлення дефектів обмежених розмірів в провідних об’єктах довільної форми як основи оптимального проектування вихорострумових перетворювачів та розробка на її базі ефективних засобів електромагнітного контролю з високими технічними характеристиками.
Досягнення сформульованої мети зв’язано з необхідністю вирішення наступних задач:
– розробки математичних моделей процесів контролю об’єктів з дефектами обмежених розмірів в рамках єдиного методологічного підходу рішення задач виявлення локальних неоднорідностей, які дозволяють охоплювати широке коло можливих типових випадків контролю;
– створення інформаційної моделі, яка містить в собі комплекс програм комп’ютерного моделювання процесів вихорострумового контролю об’єктів;
– математичного моделювання різноманітних режимів електромагнітного контролю виробів для визначення впливу окремих факторів об’єкта з дефектом на вихідний сигнал ВСП, досліджень розрізнювальної здатності методів контролю, вибору оптимальних характеристик зондуючих ІЕМП та раціональних характерних розмірів ВСП;
– розробки методики проектування вихорострумових перетворювачів прохідного та накладного типів з використанням побудованої інформаційної моделі;
– розробки теорії та програмних засобів параметричного синтезу ВСП з апріорно визначеними властивостями зондуючого поля, яка забезпечує покращанні технічні та метрологічні характеристики дефектоскопів;
– розробки ефективних апаратних та програмних засобів вихорострумового контролю для задоволення реальних потреб промисловості.
Наукова новизна. На основі запропонованих у дисертаційній роботі підходів, методів, моделей та алгоритмів вирішена важлива проблема створення теорії виявлення локальних неоднорідностей обмежених розмірів в об’єктах контролю, яка характеризується індиферентністю моделей до форми та розмірів об’єктів і дефектів, але ураховує їх вплив повною мірою.
Основні наукові результати виконаної роботи містяться в наступному:
– з точки зору використання єдиного методологічного підходу до задачі, який базується на застосуванні граничних інтегральних рівнянь (ГІР), запропонована класифікація розрахункових моделей по ознаці зв’язності підлеглих аналізу областей, що дозволяє обмежитись для аналізу практично всіх можливих випадків контролю мінімальною кількістю математичних моделей;
– розроблено ряд математичних моделей процесів електромагнітного контролю, що враховують специфіку умов його проведення, а саме наявність зосереджувачів та масок з провідних матеріалів, характер дефекту (поверховий, підповерхній) та особливості геометричної форми об’єкта контролю у розумінні зв’язності підлеглих аналізу областей, значне переважання геометричних розмірів об’єкта над розмірами дефекту;
– в результаті апроксимації формальних нескінченно вимірюваних ГІР одержані придатні до комп’ютерних розрахунків скінчено вимірювані матричні рівняння, адекватно відображаючи процеси контролю об’єктів;
– розроблено алгоритми чисельного вирішення задач електромагнітного контролю об’єктів;
– розроблена методика оптимального проектування класичних накладних та прохідних ВСП, в основі якої передбачено ефективне використання комплексу програм комп’ютерного моделювання ВСП;
– в результаті чисельних експериментів визначена чутливість ВСП до ряду важливих параметрів, впливом яких раніше нехтували унаслідок суттєвих труднощів їх обліку;
– розроблена теорія синтезу ВСП з апріорно визначеною топографією зондуючого ІЕМП;
– запропоновано спосіб спрощення застосування на практиці багатопараметричного методу розділу інформації;
– розроблено алгоритми чисельного вирішення задач синтезу ІЕМП ВСП.
Практична цінність досліджень обгрунтована:
– розробкою комплексу програм комп’ютерного моделювання процесів вихорострумового контролю;
– наданням рекомендацій щодо вибору основних характерних розмірів ВСП та режимів їх роботи, які забезпечують максимальну чутливість до дефектів;
– розробкою структурних схем універсальних дефектоскопів та алгоритмів обробки вихідних сигналів ВСП, що забезпечують відбудову від неконтрольованих параметрів об’єкта;
– наданням технічних вимог до точності виготовлення магнітних систем синтезованих ВСП, що гарантують збіг властивостей реального ІЕМП з властивостями ідеального апріорно визначеного;
– розробкою електричних принципіальних схем основних функціональних вузлів універсальних дефектоскопів, які характеризуються можливістю цифрового керування від ЕОМ.
Реалізація наукових розробок. Результати дисертаційної роботи реалізовано у ряді господарських договорів на проведення науково-дослідних робіт.
З використанням результатів дисертації та безпосередньою участю автора спільно з МП ’’ Техніка ’’ м. Луганська спроектовані та виготовлені удосконалені прохідні вихорострумові дефектоскопи контролю якості зварних труб, що працюють по європейському стандарту SEP1925 та дозволяють провести сертифікацію контрольованої продукції відповідно з його вимогами. Взірці дефектоскопів впроваджено у виробництво на Оскольському електрометалургійному комбінаті (Росія) для контролю труб діаметром 27-89 мм з товщиною стінки до 3,5 мм, а також Антрацитівському заводі збірних теплиць, де використовуються для перевірки якості шва труб діаметром 25-60 мм з товщиною стінки до 3,5 мм. Дефектоскоп успішно витримав лабораторні випробування на Таганрогському металургійному комбінаті (Росія) при контролі електрозварних та мірних труб пічного зварювання. Проведено роботи по упровадженню дефектоскопів контролю якості феромагнітних прутків на виробничих ділянках холдінгової компанії ” Луганськтепловоз “. Результати наукових досліджень автора використовуються на підприємстві з 1997 року у вигляді приладу для контролю якості прутків діаметром від 25 мм до 60 мм при швидкості руху прутка до 60 м / хв. з зазором між внутрішньою поверхнею перетворювача та поверхнею прутка до 5 мм. Апробація працездатності дефектоскопів контролю якості зварних труб у складі зварного стану проводиться на підприємстві АТЗТ ” Луганський трубний завод “. Результати роботи застосовуються в учбовому процесі в Східноукраїнському державному університеті при підготовці інженерів-приладобудівників та інженерів-системотехніків.

Характеристика методів досліджень. Для рішення комплексу питань, що складають зміст поставленої проблеми, застосовано широкий спектр сучасних методів теоретичних досліджень. Теоретичні дослідження процесів вихорострумового контролю об’єктів базуються на фундаментальних рівняннях теорії електромагнітного поля в інтегрально-векторному вигляді. Математичні моделі процесів вихорострумового контролю об’єктів побудовано у вигляді граничних інтегральних рівнянь відносно введених фіктивних джерел. Вирішення некоректно поставлених задач синтезу ІЕМП ВСП виконуються з застосуванням апаратнозалежного методу повної ортогоналізації (SVD), який ураховує похибки початкових даних та визначає стійке рішення задачі. При обробці даних, отриманих в результаті чисельних експериментів, використовуються методи регресійного та факторного аналізу. Розробка програмних комплексів здійснювалась із застосуванням об’єктно-зорієнтованого методу та сучасних інформаційних технологій. Вірогідність висновків підтверджується великою кількістю чисельних експериментів, збігом результатів розрахунків з даними інших дослідників, отриманих експериментальним або аналітичним шляхом.
Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи були одержані особисто автором, що відображено в одноосібних публікаціях. У наукових працях із співавторами [ 9,12,15 ] автору належить розробка математичних та розрахункових моделей інформаційних електромагнітних полів; [ 8 ] – розробка математичних моделей синтезу магнітних систем з дискретними джерелами поля; [ 10,11,17,23 ] – виконано постановку задач, аналіз та узагальнення результатів досліджень, формулювання висновків; у [ 13,22 ] автором створені алгоритми синтезу перетворювачів та засобів візуалізації результатів чисельного моделювання; [ 14,26 ] – запропоновано основні ідеї та розроблено структурні схеми приладів; у [ 16 ] автору належить проведення експериментів та аналіз отриманих результатів; у [ 21,24,25 ] автором здійснено розробку інформаційних моделей, проведено проектні розрахунки параметрів та режимів роботи вихорострумових перетворювачів дефектоскопів.
Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи докладені та обговорені на наступних конференціях і семінарах:
II Всесоюзна конференція по теоретичним основам електротехніки, Вінниця, 1991р.;
Всесоюзна науково-технічна конференція по інформаційно – вимірювальним системам, Санкт-Петербург, 1991р.;
ІІІ міжнародна науково-технічна конференція ” Контроль та керування в технічних системах “, Вінниця, 1995р.;
VI міжвузівська науково-технічна конференція країн СНД ” Сучасні методи та засоби електромагнітного контролю та їх застосування в промисловості “, Могильов, 1995р.;
V міжвузівська науково-технічна конференція ” Проблеми розвитку локомотивобудування “, Луганськ-Алушта , 1995р.;
Міжнародна науково-практична конференція ” Автоматизація проектування та виготовлення виробів в машинобудуванні “, Луганськ, 1996р.;
8-й Міжнародний симпозіум по нелінійним електромагнітним системам ISEM, Брауншвейг (Німеччина), 1997р.;
науково-технічні конференції Східноукраїнського державного університету 1991-1997рр.;
IV міжнародна науково-практична конференція ” Університет та регіон “, Луганськ, 1998р.
Публікації. За темою дисертації опубліковано 26 наукових робіт. Основні наукові та прикладні результати досліджень відображені в 17 публікаціях, серед яких одноособова монографія та 6 статей без співавторів.
Структура та об’єм дисертації. Робота складається із вступу, шести глав, загальних висновків, переліку використаної літератури (252 найменування) та трьох додатків. Загальний обсяг роботи складає 290 сторінок, які містять 201 сторінку машинописного тексту, 102 рисунки та 7 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації, сформульовано її мета та вирішені задачі, подана анотація основних результатів, інформація про апробацію і впровадження роботи.
У першій главі розглянуто характерні особливості проблеми проектування ВСП приладів для виявлення дефектів обмежених розмірів в об’єктах довільної форми. Показано, що сучасний підхід вирішення проблеми полягає в розробленні ефективних гнучких інформаційно-вимірювальних систем виявлення дефектів (ІВСВД), застосування яких дозволяє використовувати необмежені можливості електронно-обчислювальної техніки в керуванні, чисельної обробки результатів вимірювань, моделюванні процесів контролю з метою визначення оптимальних режимів роботи ВСП, рівня небажаних змін вихідних сигналів ВСП, обумовлених властивостями об’єкта з дефектом та умовами проведення контролю. Узагальнена структурна схема ІВСВД наведена на рис.1.
Розглянуто теоретичні аспекти формулювання проблеми, здійснена постановка задачі. В рамках пропонуємого єдиного методологічного підходу розв’язання широкого кола задач подана класифікація розрахункових моделей ВСП, що враховують тримірний характер розподілу електромагнітного поля. Визначена необхідність розробки інформаційних моделей процесів вихорострумового контролю, які є інформаційним трактуванням фізико-математичних моделей, та їх широкого застосування в теорії та практиці неруйнівного контролю.

Рис. 1 – Узагальнена структурна схема ІВСВД

У відповідності з питаннями теоретичного розв’язування проблеми було проведено огляд і аналіз відомих на даний час розрахункових моделей та програмних засобів, виявлена їх деяка обмеженість та недостатня адекватність у ряді випадків контролю реальних об’єктів, подана аналітична оцінка їх можливостей та вдосконалення. На підставі розгляду сучасного стану в галузі досліджень електромагнітного неруйнівного контролю визначено напрямки теоретичних та експериментальних вишукувань.
У другій главі розглядаються питання теоретичних основ вихорострумового контролю провідних об’єктів довільної форми з дефектами обмежених розмірів. Універсальність теоретичних положень забезпечується застосуванням для побудови обмеженої кількості розрахункових моделей єдиного математичного апарату, який грунтується на інтегральних представленнях тримірних квазістаціонарних інформаційних електромагнітних полів (ІЕМП) при їх взаємодії з об’єктами контролю. З метою забезпечення універсальності відносно форми об’єкта та дефекту пропонується використання при побудові моделей фундаментальних функцій Гріна для тримірних провідного та непровідного середовищ. Формалізм інтегральних рівнянь дозволяє не звертати уваги на особливості геометрії об’єкта контролю, що забезпечує можливість використання для розв’язування крайових задач теорії поля електронно-обчислювальної техніки.
Головною метою побудови математичних моделей процесів контролю є отримання інформації про характер вихідного сигналу ВСП, залежного від форми та геометричних властивостей об’єкта контролю, форми, розмірів та місцезнаходження дефекту на поверхні або всередині об’єкта, його орієнтованості стосовно ВСП, електротехнічних характеристик матеріалу об’єкта та інших факторів.
В першу чергу характер сигналу ВСП залежить від розподілу ІЕМП навколо дефекту. В цій праці запропоновано використання для визначення розподілу ІЕМП трьох видів математичних моделей, пристосованих для аналізу широкого кола задач електромагнітної дефектоскопії.
Базова математична модель придатна для однозв’язних областей з лінійними характеристиками та формульована для одного векторного і одного скалярного впроваджених граничних джерел, які забезпечують єдність розв’язку задачі при мінімальній розмірності:

(1)

де – густовина впроваджених граничних джерел;
– вектор напруженості ІЕМП в точках спостереження Q, що належать поверхні S, створений струмом збудження з попередньо заданим розподілом;

– модуль відстані між точкою спостереження Q та точкою джерела P;
– внутрішня нормаль до поверхні об’єкта контролю у точці спостереження;

– фундаментальна функція Гріна в тримірному нескінченному провідному просторі.
Формула (1) застосовується у випадках аналізу процесів контролю об’єктів, в яких дефект розташовано зовні на поверхні та ВСП не має в своєму складі зосереджувачів ІЕМП і екранів. В противному стані треба користуватися математичною моделлю для багатозв’язних областей, котра складається із системи рівнянь, отриманих для сукупності декількох замкнених меж розділу різних середовищ. У зв’язку з цим слід зазначити, що в узагальненому випадку математична модель приймає вигляд:

(2)

де
Sl – межа l-го однорідного тіла,
m – кількість однорідних тіл,
– відповідне формулювання для задачі з однозв’язною областю,
K(Q,P) – ядро ІР Фредгольма 2-го роду.
В роботі на підставі узагальненої системи рівнянь (2) на прикладі подано механізм складання конкретних математичних моделей для багатозв’язних областей, визначено основні випадки розрахункових моделей, які найбільш часто зустрічаються в практиці неруйнівного контролю з використанням ВСП. Доречно зазначити, що розрахункові моделі ВСП, розташовані на рис. 2, майже в повному обсязі відображають сучасні потреби електромагнітної дефектоскопії.
Інтегральні представлення ІЕМП для багатозв’язних областей доводиться виконувати для впроваджених векторних граничних джерел :

– густовина шару магнітного струму;
– густовина шару електричного струму.

Для випадку контролю, ілюстрованого на рис. 2а, адекватна математична модель у вигляді системи інтегральних рівнянь Фредгольма 2-го роду :

Рис. 2 Розрахункові моделі ВСП

де – впроваджені граничні джерела на об’єкті з контуром S1;
– впроваджені граничні джерела на об’єкті з контуром S2.
Значна відмінність в геометричних розмірах самого об’єкта та дефекту дещо ускладнює чисельне розв’язування задачі та збільшує похибки розрахунків. У зв’язку з цим в роботі здійснено удосконалення базової математичної моделі. В результаті відповідних аналітичних перетворень знайдена система рівнянь відносно від’ємних джерел для визначення розподілу ІЕМП дефекту в зоні контролю.
Після розв’язування інтегральних рівнянь будь-якої із поданих математичних моделей відносно граничних джерел ІЕМП обчислюється в довільної сукупності точок простору інтегруванням знайденого вирішення цих рівнянь. Електрорушійна сила ( е.р.с. ) вимірювальної котушки ВСП, розташованої поруч з дефектом, розраховується в узгодженні з виразом

(4)

де wu – кількість звоїв вимірювальної котушки ВСП,

(5)

де Sk – поверхня кола вимірювальної котушки,
 – абсолютна магнітна проникність.
В цій главі також формальні нескінченно вимірювані рівняння зведені до придатного для чисельних розрахунків матричного вигляду. Інтегральні рівняння редуціровано до системи лінійних алгебраїчних рівнянь ( СЛАР ) способом розбиття поверхні об’єкта з дефектом на прямокутні елементи, у межах кожного з яких прийнята частково-стала апроксимація підінтегральної функції.
Еквівалентна СЛАР має наступний вигляд

(6)

де – квадратна матриця коефіцієнтів, що апроксимують ліву частину системи граничних інтегральних рівнянь ( ГІР );
– вектор-стовпець, який містить в собі складові шуканих граничних джерел на усіх виділених поверхових елементах;
– вектор-стовпець, що характеризує праву частину системи ГІР та визначає складові поля струму збудження.
Вираз (5) зведено до кінцевої суми розбиттям поверхні котушки ВСП на обмежені елементи та припущення відносно постійної поведінки розподілу нормальної складової напруженості ІЕМП на кожному з виділених елементів.

(7)

Третя глава подає дослідження щодо побудови інформаційної моделі процесів вихорострумового контролю виробів. Обгрунтована та визначена загальна структура програмного комплексу комп’ютерного моделювання, зображена на рис.3.
Застосування програмного комплексу при проектуванні ВСП або в складі ІВСВД дозволяє з єдиних позицій вести дослідження процесів контролю об’єктів, форма поверхні та властивості котрих достатньо різноманітні. Реалізацією комплексу програм передбачається поетапне розв’язування задачі, яке полягає на розподілі всієї задачі на логічно цілісні блоки, що припускають одночасне послідовне або відокремлене їх виконання в поточному чи наступному часових інтервалах. В склад інформаційної моделі включено препроцесор, лічильний процесор та постпроцесор.

Рис. 3 – Структура програмного комплексу

При аналізі задач контролю препроцесором підготовки початкових даних виконуються такі функції: опис геометрії та електрофізичних властивостей області, дискретизація області засобом генерування сітки граничних поверхових елементів. Дискретизація області відповідає представленню реального об’єкта в вигляді дискретної моделі. Препроцесор використовує в своєї роботі блочну дискретизацію, яка фактично відповідає попередньому розбиттю об’єкта на макроелементи і їх наступної автоматичної дискретизації на розрахункові поверхні мікроелементи. Для автоматичного розбиття препроцесор застосовує додаткову інформацію о кількості смуг розбиття. Вихідна інформація генератора сітки містить кількість елементарних поверхових елементів, що складають в сукупності поверхню об’єкта контролю, координати кожної із вершин та центральної точки всіх елементів. Лічильний процесор виконує формування СЛАР згідно з формулою (6), визначає розподіл густовини впроваджених вторинних джерел, здійснює розрахунок ІЕМП та е.р.с., що індукована в вимірювальній котушці ВСП. Розрахунок матричних елементів зв’язано з розрахунком інтегралів по площі кожного прямокутного граничного елемента від комплексно-значної в загальному випадку функції. Слід зауважити, що час формування матриці коефіцієнтів СЛАР складає більшу частину повного часу розв’язування задачі. В главі наведені алгоритми формування матриць СЛАР, чисельного інтегрування фундаментальних функцій Гріна. Інтеграли по площі прямокутних елементів зведені до подвійних, а потім в результаті застосування формули Гріна – до інтегралів вздовж кривої. Таким чином, інтегрування по площі елементів можна замінити інтегруванням вздовж замкнутого контуру. Чисельне інтегрування виконується з допомогою адаптивних програм, що застосовують квадратурну формулу Ньютона-Котеса. Розв’язання СЛАР відносно граничних джерел здійснюється методом Гауса в результаті її факторизації. Вирішення СЛАР надалі уточнюється в результаті використання ітераційного процесу, що дозволяє проводити контроль похибки внутрішніми засобами. Значної економії пам’яті при застосуванні процедури розв’язування СЛАР вдається досягнути у результаті використовування динамічного розміщення масивів. Основні функції постпроцесора у складі програмного комплексу містяться в здобутті корисної локальної інформації з значного чисельного потоку на виході лічильного процесора, а також синтезу цієї інформації таким чином, щоб її можна було інтерпретувати. Модуль постпроцесора надає користувачам такі сервісні можливості: візуалізацію тримірного об’єкта контролю на екрані монітора, масштабування зображення об’єкта, обертання зображення об’єкта в просторі, візуалізацію розбиття макроелементів на мікроелементи, зображення вектора напруженості ІЕМП в контрольних точках за допомогою стрілок індукції. В роботі ідентифіковані джерела похибок чисельного вирішення задачі, рекомендовані та апробовані способи регулювання обчислювальних похибок. Розроблені шляхи оптимізації алгоритмів, визначені важелі керування методом ГІР. Працездатність програмного комплексу підтверджена тестовими вирішеннями модельних задач, що мають аналітичне рішення. При обчислюванні розподілу напруженості ІЕМП в циліндричному провіднику, по якому тече змінний струм, похибка обчислень по модулю та фазі становить менш ніж 6%. Обчислювальна похибка має тенденцію до зменшення, якщо апроксімація геометрії об’єкта здійснюється з більшою точністю. Повна перевірка всіх модулів комплексу забезпечувалась при визначенні е.р.с. прохідного ВСП, розташованого на тонкому стальному магнітопроводі. В порівнянні з аналітичним вирішенням задачі максимальна похибка чисельного розрахунку е.р.с. складала по модулю менш 0,01% та фазі – 0,015% в широкому діапазоні зміни частоти однорідного ІЕМП (500

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020