Векторно-скалярные характеристики структурной помехи в строительных конструкциях
В различных методах неразрушающего контроля, работающих с деформационными полями, точность диагностики во многом зависит от интенсивности структурной помехи, возникающей на мелкомасштабных неоднородностях конструкции. В данной работе исследуется эффективность использования векторно-скалярных приемных систем при проведении вибродиагностики и дефектоскопии строительных конструкций. С использованием компьютерного моделирования выполнен сравнительный анализ флуктуаций скалярной и потоковой компонент акустического поля структурной помехи, подавление которой способствует более точной локализации дефектов конструкции.
Исследование проведено с учетом того, что потоковая компонента акустического поля, для которой интенсивность структурной помехи минимальна, измеряется не непосредственно, а с использованием двух датчиков: скалярного и векторного. Показано, что использование потоковой компоненты позволяет повысить эффективность обнаружения и локализации источника деформационного поля.
Ключевые слова: дефектоскопия, структурная помеха, флуктуации, компоненты акустического поля, поток мощности.
В настоящее время в различных областях акустики интенсивно исследуются векторно-скалярные приемные системы. В работе [1] дано обоснование эффективности использования таких приемных систем при исследовании деформационных полей, возникающих в различных конструкциях и представляющих опасность для жизнедеятельности человека. В ряде работ показано, что измерение скалярной и векторной компонент акустического поля позволяет существенно повысить помехоустойчивость приемных систем и точность локализации источников шума [2-6]. Кроме того, в настоящее время создание приемных элементов, измеряющих векторную компоненту акустического поля, вышло на производственный уровень [7, 8], что позволяет использовать векторно-скалярные приемные системы для решения прикладных задач в области неразрушающего контроля. Эффективность обнаружения дефектов, присутствующих в конструкции зависит от характеристик структурного шума и способов пространственно-временной обработки сигналов. Структурный шум на приемном преобразователе формируется как суперпозиция сигналов, отраженных от мелкомасштабных неоднородностей, присутствующих в конструкциях [9]. Физическая модель структурного шума в виде суммы независимых случайных величин, представляющих собой элементарные источники, распределенные в пространстве по заданному закону, позволяет рассчитать ряд характеристик акустических полей, например мощности акустических компонентов поля [10, 11]. Однако, характеристики потока мощности, полученные теоретически, могут существенно отличаться от характеристик, полученных на основе измерений, осуществляемых аппаратурой.
Описание модели. Будем рассматривать одиночный векторно-скалярный приемный модуль, состоящий из приемника давления и трех ортогональных векторных приемников. Обозначим рассчитанные мощности давления, колебательной скорости и потока мощности через P2, V2 и W=P*V, соответственно. Для векторных компонент V2=P2/k. Значение коэффициента K>1 и зависит от ориентации оси векторного приемника, геометрических размеров и физических параметров исследуемой конструкции. В соответствии с моделью, использованной в [4], определяются мощности взаимной ковариации компонент акустического поля для конкретных геометрических параметров конструкции.
Чтобы сравнить помехоустойчивость приемника давления и приемника, измеряющего поток мощности, промоделируем работу одиночного векторно-скалярного модуля и сравним его характеристики при использовании скалярной компоненты поля и потока мощности. Допустим, что направление прихода сигнала от дефекта совпадает с осью векторного приемника. Данное предположение не уменьшает общности в постановке задачи, так как наличие трех ортогональных векторных приемников обеспечивает выполнение этого условия. Одной из основных характеристик обнаружителя является отношение сигнал/помеха на выходе приемного устройства
(1)
Где - среднее значение на выходе устройства обнаружения при приеме только сигнала от источника, - среднеквадратическое отклонение на выходе приемного устройства при приеме только шумовой составляющей. Таким образом., различия в помехоустойчивости определяются различием флуктуаций (дисперсий) скалярной и потоковой компонент, поскольку значение числителя в выражении (1) одинаково как при работе с потоковой, так и скалярной компонентой поля. Рассчитаем дисперсию потока мощности с учетом того, что устройство, измеряющее поток мощности, измеряет давление P и векторную компоненту V "отдельно" по разным приемным каналам. Для измеряемых величин известно, что они распределены по гауссу, для давления это общепринятое предположение. Для векторной компоненты, которая пропорциональна градиенту давления, это предположение также правомерно, так как градиент от нормально распределенной величины также имеет нормальное распределение. Предположим, что давление характеризуется нулевым средним и среднеквадратическим отклонение у=1. Для общности положим, что шум пространственно изотропен, поэтому V2=P2/K, параметры распределения векторной компоненты равны (0, ).
Расчет статистических характеристик выходного сигнала по скалярной и потоковой компонентам акустического поля структурной помехи выполнялся с помощью моделирования случайных величин
Которое повторялось 2000 раз. Затем рассчитывались средние значения и дисперсии величин X и Y в зависимости от объема выборки N. В реальных измерениях N = , где - полоса пропускания частотного фильтра, а время наблюдения. Полученные значения, нормированные на, приведены в таблице1.
Таблица 1. Средние значения и среднеквадратические отклонения скалярной и потоковой компонент поля для различного объема выборки
N |
4 |
10 |
50 |
100 |
400 |
1000 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 | |
У(X) |
0.87 |
0.71 |
0.48 |
0.40 |
0.28 |
0.22 |
0.008 |
0.003 |
0.002 |
0.002 |
0.0007 |
0.0001 | |
У(Y) |
0.19 |
0.12 |
0.06 |
0.04 |
0.02 |
0.01 |
Для более наглядного сравнительного анализа зависимостей флуктуаций различных компонент структурной помехи (у(X), у(Y)) от объема выборки приведен рис. 1. На нем также приведены зависимости и.
Рис.1. Зависимость среднеквадратических ошибок оценок мощности давления у(X) и потока мощности у(Y), а также теоретические кривые и при различном объеме выборки
Вибродиагностика дефектоскопия строительный конструкция
Заключение
Показано, что для потока мощности среднее значение больше среднеквадратической ошибки и у(X) пропорционально, а у(Y) пропорционально. Выигрыш для отношения сигнал/помеха при использовании потока мощности зависит от объема выборки и пропорционален. Как следствие, использование потоковой компоненты может повысить помехоустойчивость векторно-скалярной приемной системы и точность локализации дефектов в конструкции.
Литература
- 1. Сперанский А. А., Захаров К. Л., Малютин Д. В. Фундаментальный подход к реконструкции механических полей для оценки эксплуатационных свойств изделий оборонпрома // Научно-техн. журнал Двигатель. 2009. № 3 (63). C. 24-28. 2. Глебова Г. М., Жбанков Г. А., Селезнев И. А. Анализ характеристик обнаружения сигнала векторно-скалярной приемной системой антенны // Научно-техн. сб. Гидроакустика. 2014. Вып. 19 (1). С. 68-78. 3. Аверьянов А. В., Глебова Г. М. Моделирование пространственных спектров на выходе векторно-скалярной приемной системы, работающей на фоне шумов моря // Инженерный вестник Дона, 2011, №1 URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n1y2011/335/. 4. Аверьянов А. В., Глебова Г. М., Шимко О. Е. Анализ точности определения параметров источника векторно-скалярными антеннами // Инженерный вестник Дона, 2011, №2 URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n2y2011/430. 5. Винник Е. В., Глебова Г. М., Ларина Т. Н. Сравнение разрешающей способности метода Прони и Бартлетта при работе на фоне шумов моря // Инженерный вестник Дона, 2013, №4 URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n4y2013/1976. 6. Ларина Т. Н., Глебова Г. М., Винник Е. В. Модификация метода Прони при приеме сигналов векторно-скалярной антенной. // Инженерный вестник Дона, 2012, №4 URL: ivdon. ru/magazine/archive/n4p1y2012/1094. 7. Гордиенко В. А. Векторно-фазовые методы в акустике. - М.:Физматлит, 2007. - 480 с. 8. Glebova G. M., Averyanov A. V., Kuznetsov G. N. Experimental study of the directional characteristics of vector-scalar array // Acoustical Physics. 2011. V. 57(5). pp. 696-708. 9. Шалимова Е. В. Пространственно-временная обработка широкополосных сигналов в ультразвуковой дефектоскопии: Дис. ... канд. техн. наук. (05.12.04. - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения). Москва: Московский энергетический университет, 2005, 162 с. 10. Glebova G. M., Kuznetsov G. N., Shimko O. E., Vector-scalar noise fields formed by an excited sea surface // Acoustical Physics. 2013. V. 59(4). pp. 453-463. 11. Глебова Г. М., Жбанков Г. Н., Харахашьян А. М., Селезнев И. А. Векторно-склярные акустические поля в ближней зоне вибрирующей пластины // Научно-техн. сб. Гидроакустика. 2015. Вып. 21 (2). С. 37-45.
Похожие статьи
-
Конструкции из древесины И индустриальные строительные детали изготовляют на специальных строительных заводах. Комплекты деревянных изделий и деталей Для...
-
Тема: Одноэтажное промышленное здание Группа грунта III Дальность перевозки грунта 5,0 км Последняя цифра ID 9 Характеристика условий разработки грунта...
-
Пользуясь таблицей объемов работ, а также сборниками ЕНиР составляем калькуляцию трудовых затрат, которая должна включить весь комплекс основных и...
-
Подбор рубительной машины Сырье подается в производство в виде кондиционной щепы. Подготовка сырья к производству плит, состоящая в приготовлении...
-
Статическая нагрузка ферм - Стальные строительные конструкции
Фермы часто используются для перекрытия пролетов, т. е. имеют такое же назначение, что и балки сплошного сечения. Известно, что при изгибе балки...
-
Строительные приемы и конструкции - Готическая архитектура
Самым выдающимся техническим достижением эпохи является конструкция готического базиликального храма. Как уже отмечалось, эволюция романского храма шла...
-
Фундамент -- строительная несущая конструкция, часть здания, сооружения, которая воспринимает все нагрузки от вышележащих конструкций и распределяет их...
-
В наше время широко ведутся строительные работы, возводится все больше зданий, как жилых, так и промышленных. Поэтому разработка перспективных материалов...
-
История развития строительных материалов и конструкций
История развития строительных материалов и конструкций Чтобы уяснить сущность строительных материалов и конструкций, необходимо представить историю их...
-
В настоящее время наиболее распространенными несущими конструкциями деревянных покрытий зданий различного назначения являются деревянные арки. Они...
-
Выбор кранов для возведения зданий и сооружений выполняют в два этапа: * определяют техническую возможность применения для монтажа конструкций кранов...
-
Объект строительства - главный производственный корпус завода газобетонных изделий - расположен на территории АР Крым, в г. Симферополь, который...
-
Технико-экономические показатели - Ячеистые бетоны, строительные изделия и конструкции на их основе
Снижение массы крупноразмерных железобетонных изделий и монолитных конструкций -- основной путь уменьшения материалоемкости строительства. Толщина...
-
Строительство сметный планировочный здание При строительстве здания подбор строительных материалов имеет очень большое значение. На стадии разработки...
-
Потребность в строительных конструкциях, деталях, полуфабрикатах, материалах для постройки здания находим исходя из объемов работ и построим график их...
-
Марки стали для строительных конструкций Выбор стали производиться по нормам созданных на основе конструктивного проектирования по вариантам и...
-
Композиция для армирования строительных конструкций - Укрепление строений
Патент на изобретение №:2493337 Автор: Шабалин Семен Игоревич (RU), Шахов Сергей Владимирович (RU), Степанова Валентина Федоровна (RU) Патентообладатель:...
-
Выбор комплектов машин для механизации монтажных работ осуществляется в два этапа. Первый этап включает в себя: Определение характеристик монтируемых...
-
Пластмассы, как материал для строительных конструкций
Пластическими массами (или пластмассами) называют материалы, которые в качестве основного компонента содержат синтетический полимер. Полимеры - это...
-
Рис. 5. Временные крепления поврежденных конструкций А - в виде стоек; б - пространственной опоры; в, г - подкосов для стен; 1 - конструкция; 2 -...
-
Термины и определения. Общее понятие Подъемник строительный - грузоподъемная машина циклического действия со стационарно установленным на ней...
-
Защита строительных конструкций от коррозии, Список литературы - Проектирование промышленного здания
Антикоррозионная защита строительных конструкций решена в соответствии со СНиП 2.03.11. - 85 "Защита строительных конструкций от коррозии". Влажностный...
-
Область и эффективность применения карты Карта предназначена для организации труда рабочих при монтаже самоходным гусеничным краном панелей покрытия...
-
Выбор оснастки - Монтаж строительных конструкций стреловыми самоходными кранами
Кроме грузоподъемных кранов, для осуществления монтажных процессов необходимы дополнительная технологическая оснастка, приспособления и оборудование,...
-
Они используются в качестве ограждающих конструктивно-теплоизоляционных элементов в строительстве жилых домов высотой до 5 этажей, животноводческих,...
-
Это своего рода сплав, который состоит из цинка с добавлением меди и титана. Цинк обеспечивает коррозионную стойкость, медь и титан -- пластичность и...
-
Требуемые сопротивления паропроницанию ограждения Требуемые сопротивления паропроницанию ограждения между внутренней средой и плоскостью возможной...
-
Конструирование ограждающей конструкции с теплотехнической точки зрения В общем случае ограждение состоит из конструктивного слоя, теплоизоляционного...
-
Все монтажные работы связаны с использованием различного рода монтажных механизмов, которые в зависимости от выполняемых работ подразделяются на основные...
-
Геометрическая неизменяемость ферм - Стальные строительные конструкции
Для обеспечения геометрической неизменяемости необходимо, во-первых, чтобы связей, наложенных на перемещение узлов фермы было достаточно, во-вторых,...
-
Бетон, как показывают испытания, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению, поэтому включение стальной арматуры в растянутую зону...
-
Для строительства промышленных и гражданских (в том числе и жилых) зданий очень широко используются металлические конструкции. Их частое использование...
-
Строительные конструкции, Выбор фундаментов - Архитектура и строительство
Выбор фундаментов Проектирование оснований и фундаментов заключается в выборе основания, типа, конструкции и основных размеров фундамента в совместном...
-
Поэлементные поставки: 1) местные строительные материалы: щебень, бетон; Производственный запас (временной): бетон - 5 дней, щебень 5 дней. 2)...
-
ДК. Предельным состоянием называется такое состояние конструкций, за пределами которой дальнейшая эксплуатация ее не возможна. Два вида предельных...
-
Насосные установки., Характеристики насосных станций. - Назначение и виды насосных станций
Основным энергетическим элементом насосных станций является насосная установка, содержащая один или несколько насосов, всасывающую и нагнетательную...
-
Одной из ведущих отраслей народного хозяйства государства является строительство. Мерой развития строительства определяется развитие государства в целом....
-
Указания по производству работ по монтажу колонн. - Перед установкой колонн стаканы фундаментов очищают от грязи, проверяют правильность отметок дна...
-
Расчет состава комплексной бригады - Монтаж строительных конструкций стреловыми самоходными кранами
Строительные процессы, в том числе и монтаж строительных конструкций, как правило, состоят из нескольких операций, выполняемых исполнителями различного...
-
Сравнение комплектов кранов - Монтаж строительных конструкций стреловыми самоходными кранами
Выбор вариантов комплектов монтажных машин для сравнения и определения наиболее эффективного, по какому либо критерию может быть выполнен разными...
Векторно-скалярные характеристики структурной помехи в строительных конструкциях