ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные функциональные зависимости температурных сигналов от параметров изделия и дефекта при импульсном ТК из "Неразрушающий контроль Т5 Кн1" Алалогично набору уравнений (3.41 -3.47) уравнение (3.55) - трехмерное дифференциальное уравнение теплопроводности параболического типа (3.56) -начальное условие уравнение (3.57) описывает граничное условие на передней поверхности, включая нагрев и охлаждение (3.58) - на задней поверхности (только охлаждение) (3.59) соответствуют адиабатическим граничным условиям на боковых поверхностях объекта (вдоль координат X и у) (3.60) описывают условия неразрывности температуры и тепловых потоков на границах слоев, а также слоев и дефектов. [c.85] В зависимости от задания функции нагрева д(х,у,т) вышеописанная модель ТК может включать различные виды нагрева и охлаждения объекта контроля и соответственно реализовывать различные методы ТК. Трехмерная декартова модель (рис. 3.18) использована в программе ТЬегтоСа1с-ЗВ. [c.85] Дисперсия шума изменяется во времени, поэтому максимальное значение 5 может наступать в определенный момент времени, в общем случае не совпадающий с максимумом А7(т)или С = АТ(х)1Т т). [c.85] Следует заметить, что максимальные температурные контрасты возникают при кратковременном (Дираковском) нагреве. [c.85] Принципиальное различие выщеука-занных условий состоит в том, что условие (3,63) можно выполнить всегда путем увеличения поглощенной энергии IV (мощности нагрева 0. Условие (3.64) не зависит от W Q) и определяется свойствами изделия. [c.85] Поскольку избыточная температура изделия пропорциональна IV (Q), последнее условие накладывает ограничение на поглощенную энергию. Перегрев поверхности изделия наиболее вероятен при кратковременном нагреве, поэтому каждая дефектная ситуация требует оптимального выбора мощности и длительности теплового импульса. [c.86] Таким образом, на выявляемость дефектов тепловым методом влияют, по крайней мере, 14 параметров, часть из которых, а именно (а , а , X, а, а ], можно условно отнести к разряду слабо-влияющих в обычных условиях испытаний. [c.86] Ряд особенностей изменения температуры нагреваемых тел во времени были рассмотрены в главе 2 с использованием одномерных классических решений теории теплопроводности, которые имеют критериальную форму и позволяют анализировать температурные функции в наиболее общей форме. В настоящем параграфе будут рассмотрены результаты анализа многомерных моделей, описанных в пп. 3.3, 3.4. Большая часть примеров будет относиться к выявлению дефектов в композиционных материалах типа углепластика, которые широко используются в авиакосмической технике и представляют обширное поле для применения ТК. Тем не менее, приведенные результаты качественно объясняют особенности ТК и для многих других материалов. [c.86] Из последнего правила есть исключение, обусловленное так называемой инверсией АТ. Инверсия возникает на передней поверхности при больших временах наблюдения, когда слой перегретого над дефектом основного материала начинает охлаждаться быстрее, чем бездефектные слои. Амплитуда инверсионного сигнала обычно мала, и это явление редко наблюдают на практике. Возможности, которые гипотетически представляет инверсия для выделения сигналов от дефектов на фоне помех, до сих пор не исследованы. [c.87] Из-за диффузного характера теплопередачи в твердом теле температурные сигналы на передней поверхности весьма чувствительны к глубине залегания дефектов / с ростом I уменьщается не только амплитуда АТ, но и моменты оптимального ТК наступают при более поздних временах (рис. 3.19, д). Феноменологически это можно объяснить, используя концепцию температурных волн, согласно которой гармонические компоненты стимулирующего теплового импульса проникают в твердое тело на различную глубину в зависимости от частоты, испытывая при этом отражение, интерференцию и затухание. Важной характеристикой двусторонних процедур ТК является тот факт, что характеристики температурных сигналов на задней поверхности, в основном, определяются толщиной изделия X и относительно слабо зависят от /. Интересно отметить, что максимальные значения АТ и имеют место для дефектов, расположенных в центре изделия (рис. 3.19, е). [c.87] Наиболее примечательной характеристикой поверхностных тепловых волн является наличие сдвига фаз (phase lagj как относительно функции нагрева, так и между волнами в бездефектной и дефектной областях (рис. 3.20, б). На поверхности полубесконечного тела сдвиг фазы бездефектной поверхностной волны относительно функции нагрева равен -45 . Фазовые сдвиги рассматривают в качестве информативного критерия дефектности тела, который часто обеспечивает лучшее значение отношения сигнал/шум по сравнению с температурной амплитудой. Поскольку фаза может быть выражена в терминах времени, анализ сигналов в фазовом пространстве в определенной степени идентичен анализу во временной области. [c.91] Известно, что измерения как фазы, так и времени, являются более помехозащищенными, что обусловило их широкое применение в измерительной технике и НРК. [c.91] Влияние глубины залегания дефекта I на оптимальные параметры ТК проиллюстрировано рис. 3.21 на примере ТК углепластика толщиной 5 мм. [c.91] На задней поверхности графики обеих функций А7 (/)и т (/) являются симметричными относительно середины изделия / = 2,5 мм (рис. 3.21, б). Иными словами, при двусторонней процедуре ТК, максимальные сигналы АГ создаются дефектами, находящимися в центре изделия. [c.93] Условия максимальной локализован-ности и мгновенного действия гипотетического оптимального источника нагрева физически следуют из необходимости обеспечить максимальную адиабатичность элементарного объема, т.е. предотвратить объемную диффузию тепла. [c.96] Практическая реализация указанного способа тепловой стимуляции затруднительна, поэтому близкими к оптимальным режимам ТК являются 1) поверхностный нагрев сосредоточенным тепловым пучком, сканирующим без пропусков поверхность изделия 2) пропускание через металлическое изделие мощного импульса электрического тока 3) индукционный нагрев скрытых металлических слоев в структурах металл-неметалл 4) мощный объемный СВЧ-нагрев. В частности, как показано в п. 3.2.2, для поверхностного нагрева максимальное значение С =Ы1- (сравнить с формулой (3.69). [c.96] На практике оптимизация протокола ТК включает теоретический анализ различных вариантов нагрева и регистрации температуры с учетом технологических и других ограничений. [c.96] Практическая оптимизация протокола нагрева. В принципе каждая отдельно взятая дефектная ситуация требует организации оптимального протокола нагрева. [c.96] С точки зрения теории оптимальной фильтрации максимальное отношение сигнал/шум для конкретного дефекта достигается, если форма импульса нагрева идентична временному отклику АГ для данного дефекта. По крайней мере, теоретически возможно фильтровать эксп-риментальные данные в зависимости от предполагаемых типов дефектов и возможных глубин их залегания. Практические преимущества такого подхода не исследованы. [c.97] Вернуться к основной статье