Электрохимиялық шаршаудың жарықшақты датчигі - Electrochemical fatigue crack sensor

Ан Электрохимиялық шаршаудың датчигі (EFCS) - бұл арзан электрохимиялық түрі бұзбайтын динамикалық тестілеу негізінен қолданылатын әдіс аэроғарыш және тасымалдау инфрақұрылым салалар. Әдіс барлық металл материалдарындағы беткі және аздаған жерасты ақауларын анықтау үшін қолданылады.[1] Көпір құрылымдарында EFCS белгілі шаршауға сезімтал жерлерде қолданылады, мысалы, өткір бұрышы бар бөренелер, стрингерден пучкаға қосымшалар және дәнекерлеудің саусақтары. Бұл динамикалық тестілеу қысқа мерзімді немесе ұзақ мерзімді бақылау нысаны бола алады, егер құрылым динамикалық циклдік жүктемеден өтіп жатса.

Тарих

Электрохимиялық шаршау датчигі.

1992 жылы доктор Кэмпбелл Лэйрд және доктор Юанфенг Ли EFS ™ ойлап тапты. EFS ™ патенттелген электр сынағына негізделген [2][3] механикалық иілу кезінде металл бетіндегі ток ағынын бақылайтын әдіс. Шығару тогы жүректің EKG үлгісіне ұқсайды және оны шаршау дәрежесін, сондай-ақ олардың дамуының алғашқы кезеңдеріндегі жарықтардың болуын көрсету үшін түсіндіруге болады. EFS технологиясын зерттеушілер ойлап тапты АҚШ әуе күштері және Пенсильвания университеті аэроғарыш саласында пайдалану үшін. Бастапқы зерттеулер аэродромдар мен қозғалтқыштардағы проблемалық жарықтарды анықтау технологиясын жасауға бағытталған. Сол уақыттан бастап қосымша зерттеулер мен әзірлемелер EFS жүйесін болат көпірін тексеруге бейімдеуге әкелді.[4]

Қағидалар

Электрохимиялық шаршау сенсоры (EFS) - бұзылыстың динамикалық бақылау технологиясы, тұжырымдамасы бойынша медициналық EKG, ол белсенді өсіп келе жатқан шаршау сызаттарының бар-жоғын анықтау үшін қолданылады. EFS сенсоры алдымен көпірдегі немесе металл құрылымдағы қажуға сезімтал жерге қолданылады, содан кейін ан енгізіледі электролит, бұл кезде шағын кернеу қолданылады. Кейіннен жүйе жарықтың таралуы кезінде жаңа болаттың әсерінен пайда болатын ағымдағы реакцияның өзгеруін бақылайды. EFS жүйесі электролиттен, сенсорлық массивтен және көпір мен сенсор арасында тұрақты поляризациялық кернеуді қолдану үшін потенциостат деректер сілтемесін (PDL) шақыратын өзгертілген потенциостаттан, сондай-ақ деректерді жинау және талдау бағдарламасынан тұрады.[дәйексөз қажет ]

Жарықтарды өлшеу датчигі мен эталондық сенсордан тұратын датчиктер массивінің ағымдағы реакциясы жинақталады, талданады және жүйелік бағдарламалық жасақтамамен салыстырылады. Деректер уақыт доменінде де, жиілік шеңберінде де ұсынылған. Осы жүйеге арнайы жазылған алгоритм автоматты түрде тексеру орнындағы шаршау сызаттарының белсенділік деңгейін көрсетеді. EFS өрістегі жарықтарды нақты құрылымдағы 0,01 дюймға дейін анықтай алады (қорғалмаған көзбен көру үшін өте кішкентай).[дәйексөз қажет ]

Материалдар

EFS үшін алғашқы зерттеулер аэродромдар мен қозғалтқыштардағы проблемалық жарықтарды анықтау технологиясын жасауға бағытталған.[5] Ti6Al4V, Ti-6Al-4V немесе Ti 6-4 деп аталатын 5-сынып ең жиі қолданылады титан қорытпа аэроғарыш саласында, мысалы. ішкі жану қозғалтқышы байланыстырушы шыбықтар. Оның химиялық құрамы 6% құрайды алюминий, 4% ванадий, 0,25% (максимум) темір, 0,2% (максимум) оттегі, ал қалған титан. Ол қаттылығы мен жылулық қасиеттеріне ие болған кезде коммерциялық таза титанға қарағанда едәуір күшті (қоспағанда) жылу өткізгіштік, бұл 5 Ti-де CP Ti-ге қарағанда шамамен 60% төмен). Оның көптеген артықшылықтарының бірі - ол термиялық өңдеуге болады. Бұл сынып күштің керемет үйлесіміне ие, коррозия қарсылық, дәнекерлеу және дайындық. Әдетте, ол 400 градус Цельсийге дейінгі қосымшаларда қолданылады.

(5-сыныптың тығыздығы шамамен 4420 кг / м3, Янг модулі 110 ГПа, ал беріктік күші 1000 МПа. Салыстыру үшін 316 типті тот баспайтын болаттың тығыздығы 8000 кг / м3, модулі 193 ГПа және созылғыш тек 570 МПа және 6061 алюминий қорытпасының шыңдалған тығыздығы 2700 кг / м3 тығыздыққа ие, модулі 69 ГПа, ал беріктік күші 310 МПа). EFS болат, алюминий, титан қорытпаларында және басқа металдарда өсіп келе жатқан жарықшақтарды анықтайды.

Тексеру қадамдары

Төменде электрохимиялық шаршау датчиктерін көпірде қолданудың негізгі қадамдары келтірілген:

1. Маңызды бағыттарды анықтау:

EFS-ді көпірлерде пайдалану үшін инспекторлар алдымен көпірдің осал жерлерін анықтайды. Бұл тозуға ең сезімтал аймақтар болуы мүмкін, мысалы, үшкір бұрышты көпірлі арқалықтар, арқалыққа арналған тіреуіштер немесе дәнекерленген жерлердің саусағы. Бұл сондай-ақ көпір иелері қазірдің өзінде жарықшақтыққа күдіктенетін орындар болуы мүмкін.

2. Сенсорларды орнату:

Бақыланатын аймақ таза және кез-келген бос материал болмауы керек. (Бояуды басқа сенсорлық қондырғылардағыдай толығымен алып тастаудың қажеті жоқ.) Инспекторлар EKG көрсеткіші үшін пайдаланылатын қабығы мен жабысқақ нұсқаларына ұқсас жерлерді датчиктермен байланыстырады. Датчик массиві жарықшақты өлшеу датчигі мен эталондық сенсордан тұрады.

3. Тұрақты ток қолданыңыз:

Датчиктерге электролит сұйықтығы енгізіледі, ол датчиктер мен көпір арасында тұрақты электр тоғын жеңілдетеді.

4. Мониторинг:

Жүйе жарықтың таралуы кезінде жаңа болаттың әсерінен пайда болатын ағымдағы реакцияның өзгеруін бақылайды.

5. Мәліметтерді түсіндіру:

Ағымдағы реакция сенсорлық массивтен тез және анық көрінеді, тексерілетін жерде өсіп келе жатқан жарықшақ бар ма. Құрылғы көпір жұмыс істеп тұрған кезде жұмыс істейтіндіктен, стресс кезінде құрылымның иілуіне байланысты жарықтар қалай өзгеретінін анықтай алады. Деректер уақыт доменінде де, жиілік шеңберінде де ұсынылған. Осы жүйеге арнайы жазылған алгоритм автоматты түрде тексеру орнындағы шаршау сызаттарының белсенділік деңгейін көрсетеді. Жүйе өрістегі жарықтарды нақты құрылымдағы 0,01 дюймға дейін анықтай алады.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ «Электрохимиялық шаршау сенсоры арқылы CN көпіріндегі шаршаудың жарықтарын тексеру» (PDF). Алынған 19 маусым 2013.
  2. ^ «Патенттер № 6,026,691». Архивтелген түпнұсқа 18 ақпан 2014 ж. Алынған 9 тамыз 2018.
  3. ^ «Патенттер №7,572,360». Архивтелген түпнұсқа 18 ақпан 2014 ж. Алынған 9 тамыз 2018.
  4. ^ Мошье, Монти А .; Нельсон, Леви; Бринкерхофф, Райан; Miceli, Marybeth (15 сәуір 2016). «Көпірлердің шаршау сызықтарын үздіксіз бақылау: ұзақ мерзімді электрохимиялық шаршау сенсоры (LTEFS)». Белсенді және пассивті ақылды құрылымдар мен интеграцияланған жүйелер 2016 ж. 9799. SPIE. 97990F бет. дои:10.1117/12.2219633. Алынған 9 тамыз 2018.
  5. ^ Моррис, В.Л., Джеймс, М.Р., Кокс, Б.Н. (1988), Шаршаудың бұзылуын бастау механикасы Ұшақ Құрылымдар, есеп № NADC-89044-60, Рокуэлл халықаралық ғылыми орталығы.

Сыртқы сілтемелер

  • Тасымалдау технологиялық орталығы ғимаратында электрохимиялық шаршау датчигі жүйесін көрсету [1]
  • Электрохимиялық шаршау сенсорының көмегімен CN көпіріндегі шаршау жарықтарын тексеру [2]
  • Болат көпіріндегі электрохимиялық шаршау сенсорының жылдамдығы [3]