Аналіз умов ефективного виявлення тріщин в стержні на двох опорах на основі зміни демпфірування

Автор(и)

  • Anatoliy Bovsunovsky Національний університет харчових технологій вул. Володимирська, 68, м. Київ, Україна, 01601, Україна https://orcid.org/0000-0001-9562-0250
  • Aleksandr Litvinenko Національний університет харчових технологій вул. Володимирська, 68, м. Київ, Україна, 01601, Україна https://orcid.org/0000-0001-8975-2265
  • Sergey Kadomsky Національний університет харчових технологій вул. Володимирська, 68, м. Київ, Україна, 01601, Україна https://orcid.org/0000-0003-4420-7612
  • Yiuriy Boyko Національний університет харчових технологій вул. Володимирська, 68, м. Київ, Україна, 01601, Україна https://orcid.org/0000-0002-8972-7446

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.198451

Ключові слова:

логарифмічний декремент коливань, стрижень на двох опорах, крайова тріщина, діагностика, вібраційна діагностика пошкоджень

Анотація

Наявні експериментальні дослідження чутливості характеристик демпфірування до наявності тріщини в елементах конструкції є суперечливими. Деякі дослідження декларують високу чутливість демпфірування, проте інші роблять висновок, що зміна дисипативної здатності конструкції є недостатньою для надійної діагностики тріщини. Ця відмінність може бути пов'язана з впливом багатьох факторів на ефективність демпфірування стосовно виявлення тріщин. Для прогнозування можливої зміни характеристики демпфірування з урахуванням цих факторів була розроблена експериментально-аналітична методика на основі підходів механіки руйнування. Ця методика дозволила виявити умови надійного виявлення крайової тріщини в стержні на двох опорах при поперечних і поздовжніх коливаннях. Було показано, що чутливість характеристики демпфірування до наявності пошкодження є обернено пропорційною рівню демпфірування неушкодженої конструкції. Зміна демпфірування є ефективною для діагностики пошкоджень у відносно жорстких конструкціях. При цьому рівень напруги пошкодженої ділянки повинен бути досить високим, щоб тріщина періодично відкривалася або була постійно відкритою. На основі аналізу результатів досліджень сформульовано умову, яка може допомогти інженерам досить просто визначати ефективність характеристики демпфірування для діагностики тріщини. Характеристика демпфірування є ефективною, якщо відношення розсіяної в тріщині енергії до подвоєної потенційної енергії деформації конструкції перевищує добуток характеристики демпфірування коливань неушкодженої конструкції на відносну похибку її визначення

Біографії авторів

Anatoliy Bovsunovsky, Національний університет харчових технологій вул. Володимирська, 68, м. Київ, Україна, 01601

Доктор технічних наук, професор

Кафедра машин і апаратів харчових і фармацевтичних виробництв

Aleksandr Litvinenko, Національний університет харчових технологій вул. Володимирська, 68, м. Київ, Україна, 01601

Доктор технічних наук, професор

Кафедра машин і апаратів харчових і фармацевтичних виробництв

Sergey Kadomsky, Національний університет харчових технологій вул. Володимирська, 68, м. Київ, Україна, 01601

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра машин і апаратів харчових і фармацевтичних виробництв

Yiuriy Boyko, Національний університет харчових технологій вул. Володимирська, 68, м. Київ, Україна, 01601

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра машин і апаратів харчових і фармацевтичних виробництв

Посилання

  1. Bovsunovskii, A. P. (2011). Assessment of fatigue damage in steam turbine shafting due to torsional vibrations. Strength of Materials, 43 (5), 487–497. doi: https://doi.org/10.1007/s11223-011-9318-5
  2. Bovsunovsky, A., Surace, C. (2015). Non-linearities in the vibrations of elastic structures with a closing crack: A state of the art review. Mechanical Systems and Signal Processing, 62-63, 129–148. doi: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2015.01.021
  3. Česnik, M., Slavič, J., Boltežar, M. (2012). Uninterrupted and accelerated vibrational fatigue testing with simultaneous monitoring of the natural frequency and damping. Journal of Sound and Vibration, 331 (24), 5370–5382. doi: https://doi.org/10.1016/j.jsv.2012.06.022
  4. Dimarogonas, A. D., Paipetis, S. A., Chondros, T. G. (2013). Analytical Methods in Rotor Dynamics. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-94-007-5905-3
  5. Imregun, M., Sanliturk, K. Y. (1990). Natural frequency and damping changes produced by fatigue cracks. Proc. of the 15th Int. Seminar on Modal Analysis. Leuven, 791–805.
  6. Rytter, A., Brincker, R., Kirkegaard, P. H. (1992). An experimental study of the modal parameters of a cantilever. Fracture & Dynamics, 37, 76.
  7. Bovsunovsky, A. P. (1999). Comparative Analysis of sensitivity of vibration damage indicators by the results of laboratory tests. Proc. of the 17th IMAC. Kissimmee, 2, 1909–1915.
  8. Zhang, W., Testa, R. B. (1999). Closure effects on fatigue crack detection. ASCE Journal of Engineering Mechanics, 125, 1125–1132. doi: http://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(1999)125:10(1125)
  9. Sidorov, O. T., Rakshin, A. F., Fenyuk, M. I. (1983). Determination of the zones of distribution of cracks in flexible samples. Strength of Materials, 15 (6), 858–860. doi: https://doi.org/10.1007/bf01524780
  10. Savage, R. J., Hewlett, P. C. (1978). A new ndt method for structural integrity assessment. NDT International, 11 (2), 61–67. doi: https://doi.org/10.1016/0308-9126(78)90064-0
  11. Modena, C., Sonda, D., Zonta, D. (1999). Damage Localization in Reinforced Concrete Structures by Using Damping Measurements. Key Engineering Materials, 167-168, 132–141. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.167-168.132
  12. Williams, C., Salawu, O. S. (1997). Damping as a damage indication parameter. Proc. of the 15th IMAC. Orlando, 2, 1531–1536.
  13. Chondros, T. G., Dimarogonas, A. D., Yao, J. (1998). Longitudinal vibration of a bar with a breathing crack. Engineering Fracture Mechanics, 61 (5-6), 503–518. doi: https://doi.org/10.1016/s0013-7944(98)00077-0
  14. Hosseini, Z. S., Dadfarnia, M., Somerday, B. P., Sofronis, P., Ritchie, R. O. (2018). On the theoretical modeling of fatigue crack growth. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 121, 341–362. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmps.2018.07.026
  15. Bovsunovsky, A. P. (2017). Efficiency analysis of vibration based crack diagnostics in rotating shafts. Engineering Fracture Mechanics, 173, 118–129. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2017.01.014
  16. Kouris, L. A. S., Penna, A., Magenes, G. (2017). Seismic damage diagnosis of a masonry building using short-term damping measurements. Journal of Sound and Vibration, 394, 366–391. doi: https://doi.org/10.1016/j.jsv.2017.02.001
  17. Sidorov, O. T. (1982). Influence of fatigue damage to elements of prefabricated structure on its damping. Russian Journal of Nondestructive Testing, 6, 55–59.
  18. Dimitrienko, Y. I., Dimitrienko, I. D. (2019). Computations of stresses and energy dissipation in composite thin laminates with the asymptotic vibration theory. Computers & Mathematics with Applications, 78 (8), 2541–2559. doi: https://doi.org/10.1016/j.camwa.2019.03.057
  19. Daily, J. S., Klingbeil, N. W. (2010). Plastic dissipation energy at a bimaterial crack tip under cyclic loading. International Journal of Fatigue, 32 (10), 1710–1723. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2010.03.010
  20. Paul, S. K., Tarafder, S. (2013). Cyclic plastic deformation response at fatigue crack tips. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 101, 81–90. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2012.10.007
  21. Zhang, C., Cheng, L., Qiu, J., Ji, H., Ji, J. (2019). Structural damage detections based on a general vibration model identification approach. Mechanical Systems and Signal Processing, 123, 316–332. doi: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2019.01.020
  22. Bovsunovsky, A. P. (2004). The mechanisms of energy dissipation in the non-propagating fatigue cracks in metallic materials. Engineering Fracture Mechanics, 71 (16-17), 2271–2281. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2004.02.003
  23. Leão, L. S., Cavalini, A. A., Morais, T. S., Melo, G. P., Steffen, V. (2019). Fault detection in rotating machinery by using the modal state observer approach. Journal of Sound and Vibration, 458, 123–142. doi: https://doi.org/10.1016/j.jsv.2019.06.022
  24. Bovsunovsky, A. P. (2019). Efficiency of crack detection based on damping characteristics. Engineering Fracture Mechanics, 214, 464–473. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.04.005
  25. Murakami, Y. (Ed.) (1987). Stress intensity factors handbook. Vol. I. The Society of Materials Sci., Japan and Pergamon Press.
  26. Kiuchi, A., Aoki, M., Kobayashi, M., Ikeda, K. (1982). Evaluation of Brittle Fracture Strength of Surface Notched Round Bar. Tetsu-to-Hagane, 68 (13), 1830–1838. doi: https://doi.org/10.2355/tetsutohagane1955.68.13_1830
  27. Pisarenko, G. S., Yakovlev, A. P., Matveev, V. V. (2011). Vibropogloshchayushchie svoystva konstruktsionnyh materialov. Kyiv: Naukova dumka, 478.
  28. Bovsunovskii, A. P. (1999). Numerical study of vibrations of a nonlinear mechanical system simulating a cracked body. Strength of Materials, 31 (6), 571–581. doi: https://doi.org/10.1007/bf02510893
  29. Chen, G.-W., Beskhyroun, S., Omenzetter, P. (2016). Experimental investigation into amplitude-dependent modal properties of an eleven-span motorway bridge. Engineering Structures, 107, 80–100. doi: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2015.11.002
  30. Ewins, D. J. (2009). Modal Testing: Theory, Practice and Application. New York: John Wiley, 576.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-04-30

Як цитувати

Bovsunovsky, A., Litvinenko, A., Kadomsky, S., & Boyko, Y. (2020). Аналіз умов ефективного виявлення тріщин в стержні на двох опорах на основі зміни демпфірування. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(7 (104), 26–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.198451

Номер

Том 2 № 7 (104) (2020): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Anatoliy Bovsunovsky, Aleksandr Litvinenko, Sergey Kadomsky, Yiuriy Boyko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.