RU2075053C1 - Process of estimation of service life of structure - Google Patents

Process of estimation of service life of structure Download PDF

Info

Publication number
RU2075053C1
RU2075053C1 SU4943045A RU2075053C1 RU 2075053 C1 RU2075053 C1 RU 2075053C1 SU 4943045 A SU4943045 A SU 4943045A RU 2075053 C1 RU2075053 C1 RU 2075053C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
samples
cycles
fatigue damage
dependence
loading
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Д.А. Троценко
В.Н. Сызранцев
Original Assignee
Курганский машиностроительный институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Курганский машиностроительный институт filed Critical Курганский машиностроительный институт
Priority to SU4943045 priority Critical patent/RU2075053C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2075053C1 publication Critical patent/RU2075053C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: welds of parts of machines and structures. SUBSTANCE: installation of pickups of fatigue damage on samples which are tested under equivalent level of stresses is performed after number of loading cycles corresponding to number of cycles of preliminary running of structure is obtained. Accumulation of fatigue damage on samples and structure is recorded. Then dependence of accumulated fatigue damage on number of loading cycles is established. Samples with coinciding similar dependence on base of test of structure by which residual working life of structure is estimated are found by established dependence for structure. EFFECT: ten times increase in precision of estimation of individual residual working life of structure thanks to accelerated rate of accumulation of fatigue damage. 1 dwg

Description

Изобретение относится к исследованию сопротивления усталости конструкций, в частности к способам оценки ресурсов конструкции, и является усовершенствованием известного способа, описанного в авт. св. 1128146. The invention relates to the study of fatigue resistance of structures, in particular to methods for assessing the resources of a structure, and is an improvement of the known method described in ed. St. 1128146.

В основном изобретении по авт.св. 1128146 описан способ оценки ресурса конструкции, включающий случай, когда известно ее число Nн циклов предварительной наработки. Способ заключается в следующем. На конструкции закрепляют датчик, позволяющий определять кинетику накопления усталостных повреждений. Через заданное число Nд циклов нагружения конструкции регистрируют показание R к ∂ датчика. Испытывают группу образцов из материала конструкции сначала при различных, но постоянных в процессе нагружения амплитудах напряжений в течение Nн циклов. Затем закрепляют на образцах датчики, аналогичные датчику конструкции, и продолжают нагружение образцов при тех же амплитудах напряжений в течение Nд циклов нагружения. Устанавливают зависимость показаний датчиков, закрепленных на образцах, от уровня действующих напряжений. По показанию R к ∂ датчика конструкции и установленной зависимости определяют значение эквивалентного напряжения σэкв.. На образце, не подвергнутом предварительному нагружению, закрепляют аналогичный датчик и нагружают образец при амплитуде напряжений σэкв до появления макротрещин. Одновременно регистрируют показание Rэ датчика при числе (Nн+Nд) циклов нагружения, а также его показания

Figure 00000002
и число
Figure 00000003
циклов при появлении макротрещины. Оценку остаточного ресурса конструкции осуществляют с учетом найденных значений
Figure 00000004
и
Figure 00000005
. Количество циклов до исчерпания остаточного ресурса вычисляют как разность
Figure 00000006
. В относительных единицах остаточный ресурс оценивают по величинам
Figure 00000007
и
Figure 00000008
.In the main invention according to ed. 1128146 describes a method for assessing the life of a structure, including the case when its number Nn of pre-production cycles is known. The method is as follows. A sensor is fixed on the structure, which allows determining the kinetics of fatigue damage accumulation. After a given number Nd of load cycles of the structure, the reading R to ∂ sensor. A group of samples from the material of the construction is tested first at different, but constant during the loading, stress amplitudes during Nn cycles. Then, sensors similar to the structural sensor are fixed on the samples, and the loading of the samples is continued at the same voltage amplitudes for Nd loading cycles. The dependence of the readings of sensors mounted on the samples on the level of current stresses is established. According to R to ∂ the sensor of the design and the established dependence determine the value of the equivalent stress σ eq . On a sample not subjected to preloading, fix a similar sensor and load the sample at a voltage amplitude σ eq until macrocracks appear. At the same time, the reading of the sensor Re is recorded at the number of (Nн + Nд) loading cycles, as well as its readings
Figure 00000002
and number
Figure 00000003
cycles when macrocracks appear. The residual life of the structure is estimated taking into account the found values
Figure 00000004
and
Figure 00000005
. The number of cycles until the remaining resource is exhausted is calculated as the difference
Figure 00000006
. In relative units, the residual resource is estimated by the values
Figure 00000007
and
Figure 00000008
.

Недостатком способа является низкая точность оценки остаточного ресурса конструкции из-за неодинакового накопления усталостных повреждений на поверхности конструкции и образца испытываемого при напряжениях σэкв.The disadvantage of this method is the low accuracy of the estimate of the residual life of the structure due to the unequal accumulation of fatigue damage on the surface of the structure and the sample tested at stresses eq .

Целью изобретения является повышение точности оценки остаточного ресурса конструкции. The aim of the invention is to improve the accuracy of the assessment of the residual life of the structure.

Указанная цель достигается тем, что в способе оценки ресурса конструкции по авт. св. 1128146 установку датчиков усталостного повреждения на образцы, которые испытывают при эквивалентном уровне напряжений, осуществляют после числа циклов нагружения, соответствующего числу циклов предварительной наработке конструкции, на конструкции и образцах регистрируют накопление усталостных повреждений, устанавливают зависимость величины накопленного усталостного повреждения от числа циклов нагружения, по установленной зависимости для конструкции определяют образцы с совпадающей аналогичной зависимостью на базе испытания конструкции, по которым оценивают остаточный ресурс конструкции. This goal is achieved by the fact that in the method of assessing the resource of a design according to ed. St. 1128146 the installation of fatigue damage sensors on samples that are tested at an equivalent level of stress is carried out after the number of loading cycles corresponding to the number of cycles of design pre-design, the accumulation of fatigue damage is recorded on the structure and samples, the dependence of the accumulated fatigue damage on the number of loading cycles is established, according to the established dependencies for the design determine the samples with a matching similar dependence based on test cons ruktsii for evaluating residual design resource.

Это позволяет выявить образцы, у которых скорость накопления усталостных повреждений такая же, как на конструкции. Оценка остаточного ресурса конструкции по таким образцам обеспечивает повышение точности. This allows you to identify samples in which the rate of accumulation of fatigue damage is the same as on the structure. Evaluation of the residual life of the structure from such samples provides improved accuracy.

Способ осуществляется следующим образом. Согласно авт.св. 1128146 для образцов из материала конструкции определяют значение эквивалентных циклических напряжений σэкв. Образцы испытывают на усталость при значении σэкв числом циклов, соответствующим числу Nн циклов предварительной наработке конструкции. На образцы и конструкцию крепят датчики, позволяющие регистрировать накопление усталостных повреждений, например медные гальванические. Конструкцию испытывают в эксплуатационном режиме и фиксируют число циклов нагружения Nд. Образцы также испытывают чиcлом Nд циклов и при напряжении σэкв.The method is as follows. According to auth. 1128146 for samples of structural material determine the value of the equivalent cyclic stresses σ equiv . The samples are tested for fatigue at a value of σ equiv by the number of cycles corresponding to the number Nn cycles of the preliminary operating time of the structure. Sensors are mounted on the samples and design, which allow the accumulation of fatigue damage to be recorded, for example, copper galvanic ones. The design is tested in operational mode and the number of loading cycles Nd is fixed. Samples are also tested by a number of Nd cycles and at a stress of σ equiv .

Одновременно в процессе испытания образцов и конструкции фиксируют степень изменения свойств датчиков (величину R, которая отображает накопленное усталостное повреждение) и соответствующее значению величины R число циклов нагружения N. В качестве критерия оценки накопления усталостных повреждений используют, например, интенсивность потемнения датчиков (в результате появления и развития в процессе циклического нагружения темных пятен на поверхности), которую измеряют по величине отраженного от поверхности датчика светового потока фотометрическим прибором. At the same time, in the process of testing the samples and design, the degree of change in the properties of the sensors (the value of R that reflects the accumulated fatigue damage) and the number of loading cycles N corresponding to the value of the value of R are recorded. For example, the intensity of darkening of the sensors (as a result of and development during the cyclic loading of dark spots on the surface), which is measured by the magnitude of the light flux reflected from the surface of the sensor ometricheskim device.

Значения R и N фиксируют непосредственно в процессе самого циклического нагружения или на его отдельных этапах. В первом случае получают сразу же зависимости R-N, а во втором по результатам эксперимента аналогичные зависимости устанавливают. The values of R and N are fixed directly in the process of cyclic loading itself or at its individual stages. In the first case, the R-N dependences are obtained immediately, and in the second case, according to the results of the experiment, similar dependencies are established.

Полученные зависимости R-N сравнивают и отбирают образцы, у которых зависимости R-N совпадают с аналогичной зависимостью конструкции. У отобранных образцов фиксируют значение R=Rэ после Nд циклов нагружения. Затем их снова испытывают при напряжении σэкв до появления на образцах макротрещины и регистрируют соответствующее им число циклов

Figure 00000009
и показание
Figure 00000010
датчика. Определяют средние значения найденных параметров
Figure 00000011
и
Figure 00000012
.The obtained RN dependencies are compared and samples are taken in which the RN dependences coincide with a similar design dependence. The values of R = Re after Nd loading cycles are recorded in the selected samples. Then they are again tested at a stress of eq until macrocracks appear on the samples and the corresponding number of cycles is recorded.
Figure 00000009
and indication
Figure 00000010
sensor. Determine the average values of the found parameters
Figure 00000011
and
Figure 00000012
.

Остаточный ресурс конструкции по числу циклов нагружения вычисляют как разность

Figure 00000013
. В относительных единицах остаточный ресурс конструкции определяют по формулам
Figure 00000014
и
Figure 00000015
. Возможную погрешность остаточного ресурса конструкции оценивают по разности максимального и минимального числа циклов до появления макротрещины в образцах
Figure 00000016
.The residual life of the structure by the number of loading cycles is calculated as the difference
Figure 00000013
. In relative units, the residual life of the structure is determined by the formulas
Figure 00000014
and
Figure 00000015
. The possible error of the residual life of the structure is estimated by the difference between the maximum and minimum number of cycles before the appearance of macrocracks in the samples
Figure 00000016
.

Пример. Способ проверялся на круглых образцах из стали Ст.3. Образцы с гладкой рабочей частью длиной 50 мм и диаметром 10 мм испытывались на усталость при напряжении σ = σэкв 270 МПа на чистый изгиб с вращением на машине МВП 10000. Частота нагружения соответствовала 10000 циклов в минуту. Коэффициент асимметрии цикла напряжений Rσ= -1. Температура испытаний комнатная. Испытаниям подвергались образцы в количестве семи штук. База испытаний образцов соответствовала Nн 100000 циклов и моделировала предварительную циклическую нагруженность конструкции.Example. The method was tested on round samples of steel St.3. Samples with a smooth working part with a length of 50 mm and a diameter of 10 mm were tested for fatigue at a stress σ = σ equiv 270 MPa for pure bending with rotation on a machine MVP 10000. The loading frequency corresponded to 10000 cycles per minute. The asymmetry coefficient of the stress cycle R σ = -1. Room test temperature. Seven pieces were tested. The test base of the samples corresponded to Nn 100,000 cycles and simulated the preliminary cyclic loading of the structure.

Затем на образцы наклеивались медные гальванические датчики (изготовленные по авт.св. 1032328). Датчик занимал всю рабочую часть образца и имел один стык вдоль ее образующей. Наклейка датчиков осуществлялась клеем циакрин ЭО по общепринятой технологии. Then, copper galvanic sensors (made according to busbar 1032328) were glued onto the samples. The sensor occupied the entire working part of the sample and had one joint along its generatrix. The sensors were glued using glue cyacrine EO according to generally accepted technology.

После наклейки датчиков образцы вновь испытывались при всех выше описанных условиях. Одновременно в процессе испытаний устанавливалась количественная взаимосвязь числа N циклов нагружения и изменения свойств датчика. В качестве критерия оценки изменения свойств датчика применялась степень потемнения R его поверхности, которая является результатом появления и развития темных пятен. After labeling the sensors, the samples were again tested under all the conditions described above. At the same time, during the tests, a quantitative relationship was established between the number N of loading cycles and changes in the sensor properties. The degree of darkening R of its surface, which is the result of the appearance and development of dark spots, was used as a criterion for assessing changes in the properties of the sensor.

При циклическом нагружении темные пятна возникают только при определенной величине сдвиговой деформации основного металла. Закономерности их развития совпадают с закономерностями накопления усталостных повреждений материала образцов. В этой связи величина R рассматривалась как интегральная мера накопленного усталостного повреждения. Under cyclic loading, dark spots occur only with a certain amount of shear deformation of the base metal. The patterns of their development coincide with the patterns of accumulation of fatigue damage to the material of the samples. In this regard, the value of R was considered as an integral measure of the accumulated fatigue damage.

Величина R измерялась по интенсивности отраженного от поверхности датчика светового потока специально разработанными фотометрическим прибором и методикой. Результаты измерений автоматически записывались на диаграммную ленту потенциометра. При этом каждому образцу соответствовала своя, вполне определенная зависимость R-N. Результаты таких измерений представлены на чертеже. The value of R was measured by the intensity of the light flux reflected from the surface of the sensor by specially developed photometric instrument and technique. The measurement results were automatically recorded on the chart tape of the potentiometer. Moreover, each sample corresponded to its own, well-defined R-N dependence. The results of such measurements are presented in the drawing.

После нагружения образцов базой Nд 150000 циклов испытания прекращались. Полученные зависимости R-N образцов сопоставлялись друг с другом. Анализ этих зависимостей (см. чертеж) свидетельствует, что при Nд 150000 циклов нагружения у образцов 6,7,5 и 3 зависимости R-N практически совпадают. Данная закономерность обычно наблюдается при базе испытания менее 20.30% от долговечности образцов. Образец 7 с фиксированным значением R=Rэ был выбран за эталон конструкции. After loading the samples with a base Nd of 150,000 cycles, the tests were terminated. The obtained R – N dependences of the samples were compared with each other. An analysis of these dependences (see the drawing) shows that at Nd 150,000 loading cycles in samples 6,7,5 and 3, the R-N dependences practically coincide. This pattern is usually observed when the test base is less than 20.30% of the durability of the samples. Sample 7 with a fixed value of R = Re was chosen for the design standard.

Образцы 6,5 и 3, а также 1,2 и 4 снова испытывались при напряжении sэкв до появления макротрещины. При этом фиксировались число

Figure 00000017
циклов нагружения до появления макротрещины в образце и соответствующее ему показание
Figure 00000018
датчика. Фиксированные значения параметров Nн, Nд,
Figure 00000019
, Rэ,
Figure 00000020
, а также среднеарифметические значения
Figure 00000021
и
Figure 00000022
представлены в таблице 1. Нижние значения
Figure 00000023
и
Figure 00000024
таблицы 1 получены по результатам испытаний шести образцов.Samples 6.5 and 3, as well as 1.2 and 4, were again tested at a stress s eq until macrocracks appeared. In this case, the number was fixed
Figure 00000017
loading cycles before the appearance of macrocracks in the sample and the corresponding indication
Figure 00000018
sensor. Fixed values of parameters Nн, Nд,
Figure 00000019
, Re
Figure 00000020
as well as arithmetic mean values
Figure 00000021
and
Figure 00000022
presented in table 1. Lower values
Figure 00000023
and
Figure 00000024
table 1 obtained according to the test results of six samples.

Согласно предлагаемому способу для образца 7 абсолютное значение остаточного ресурса по числу циклов нагружения будет определяться как

Figure 00000025
611000 (100000 + 150000) 361000.According to the proposed method for sample 7, the absolute value of the residual life by the number of loading cycles will be determined as
Figure 00000025
611,000 (100,000 + 150,000) 361,000.

Фактическое разрушение данного образца до появления макротрещины произошло при

Figure 00000026
27,2 усл. ед. и
Figure 00000027
674000 циклов, тогда его остаточный ресурс составит
674000 100000 150000 424000
Ошибка в определении остаточного ресурса
Figure 00000028

Оценка остаточного ресурса образца 7 по результатам испытания шести образцов с учетом соответствующего им значения
Figure 00000029
.The actual destruction of this sample before the appearance of macrocracks occurred at
Figure 00000026
27.2 conv. units and
Figure 00000027
674000 cycles, then its residual life will be
674,000 100,000 150,000 424,000
Error in determining the residual resource
Figure 00000028

Estimation of the residual life of sample 7 according to the results of testing six samples, taking into account the corresponding value
Figure 00000029
.

1206000 250000 956000
Фактическая ошибка в

Figure 00000030

Анализ полученных результатов исследования свидетельствует, что предлагаемый способ, основанный на учете скорости накопления усталостных повреждений, позволяет по числу циклов нагружения повысить точность оценки остаточного ресурса образцов примерно в 8 раз.1206000 250,000 956,000
Actual error in
Figure 00000030

An analysis of the results of the study indicates that the proposed method, based on taking into account the rate of accumulation of fatigue injuries, makes it possible to increase the accuracy of estimating the residual life of samples by the number of loading cycles by about 8 times.

Проведенный расчет остаточного ресурса образца 7 в относительных единицах по формулам

Figure 00000031

показал, что погрешность оценки по образцам 6, 5, 3, а также по всем шести образцам (см. таблицу 1) соответственно составила 6,04 и 26,1% по первой формуле, а по второй 4,4 и 6,6% Отсюда видно, что и в относительных единицах оценка остаточного ресурса образца 7 по образцам 6,5 и 3 существенно выше, чем по совокупности всех испытанных образцов.The calculation of the residual life of sample 7 in relative units by the formulas
Figure 00000031

showed that the estimation error for samples 6, 5, 3, as well as for all six samples (see table 1), respectively, was 6.04 and 26.1% according to the first formula, and for the second 4.4 and 6.6% From this it can be seen that, in relative units, the estimate of the residual life of sample 7 for samples 6.5 and 3 is significantly higher than for the totality of all tested samples.

Таким образом можно считать, что предлагаемое изобретение позволяет за счет учета скорости накопления усталостных повреждений повысить точность индивидуальной оценки остаточного ресурса конструкции примерно в 10 раз. Оно дает возможность выявлять образцы и элементы конструкций с одинаковыми скоростями накопления усталостных повреждений. Способ может быть использован на сварных соединениях деталей машин и конструкций. Thus, we can assume that the present invention allows, by taking into account the rate of accumulation of fatigue damage, to increase the accuracy of an individual estimate of the residual life of a structure by about 10 times. It makes it possible to identify samples and structural elements with the same rate of accumulation of fatigue damage. The method can be used on welded joints of machine parts and structures.

Claims (1)

Способ оценки ресурса конструкции, заключающийся в том, что на конструкции, имеющей предварительную наработку, устанавливают датчик, нагружают конструкцию и регистрируют показания датчика, затем нагружают партию образцов из материала конструкции, давая им предварительную наработку, устанавливают на образцы датчики и продолжают нагружение, устанавливают зависимость показаний датчиков от уровня действующих напряжений и определяют σэкв, нагружают образец при σэкв до разрушения, регистрируют при этом число циклов нагружения и показания датчика и с учетом этих параметров оценивают ресурс конструкции, отличающийся тем, что используют партию образцов, которые испытывают при σэкв,, крепление датчиков на образцы осуществляют после числа циклов нагружения, соответствующего числу циклов предварительной наработки конструкции, на конструкции и образцах регистрируют индивидуальное накопление усталостных повреждений, устанавливают соответствующие зависимости величины накопленного усталостного повреждения от числа циклов нагружения, а испытание до разрушения при σэкв осуществляют для тех образцов из партии, у которых эта зависимость совпадает с аналогичной зависимостью конструкции.A method for assessing the life of a structure, which consists in the fact that a sensor is installed on a structure with preliminary operating time, the structure is loaded and the sensor readings are recorded, then a batch of samples from the material of the structure is loaded, they are pre-fabricated, sensors are installed on the samples and the loading continues, the relationship is established indications from level sensors and determine the effective stresses σ eq, load sample with σ eq to failure is recorded with the number of cycles and shows I encoder and taking into account these parameters evaluated resource structure, characterized in that a batch of samples which are tested for σ eq ,, mount sensors on the samples is performed after the number of cycles corresponding to the number of use cycles preliminary design, to design and build individual samples recorded fatigue damage, establish the appropriate dependence of the accumulated fatigue damage on the number of loading cycles, and the test to failure at σ equiv about exist for those samples from the batch in which this dependence coincides with a similar dependence of the design.
SU4943045 1991-06-05 1991-06-05 Process of estimation of service life of structure RU2075053C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4943045 RU2075053C1 (en) 1991-06-05 1991-06-05 Process of estimation of service life of structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4943045 RU2075053C1 (en) 1991-06-05 1991-06-05 Process of estimation of service life of structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2075053C1 true RU2075053C1 (en) 1997-03-10

Family

ID=21578065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4943045 RU2075053C1 (en) 1991-06-05 1991-06-05 Process of estimation of service life of structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2075053C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1128146, кл. G 01N 3/32, 1984. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI96994B (en) Device for calculating the crack length of conductive sensors
WO2012024096A1 (en) Eddy current inspection of case-hardened metal components
JPH0621783B2 (en) Fatigue / remaining life evaluation method for machine parts
DE60002518D1 (en) Method and device for adaptive learning of test errors to reduce the total number of test measurements required in real time
RU2075053C1 (en) Process of estimation of service life of structure
RU2139515C1 (en) Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life
DE112005000314T5 (en) Non-destructive method for the detection of creep damage
Moore et al. Evaluation of fracture mechanic's parameters using electronic speckle pattern interferometry
CN112098306A (en) Steel bar corrosion detection device based on spontaneous magnetic flux leakage
RU2212638C2 (en) Procedure establishing concentration of stresses in parts of machines
RU2772839C1 (en) Method for determining the stages of cyclic fatigue and residual operating life of metal items
RU1793355C (en) Method of determining material intelligence layer thickness at magnetic-noise testing of articles
RU96113153A (en) METHOD FOR DETERMINING THE LIMIT OF CONTACT ENDURANCE OF MATERIAL
SU1666916A1 (en) Method for determining current deformations of force transmission circuit elements
JPH01311268A (en) Method of evaluating remaining life of metallic material
SU1010503A1 (en) Method of determination of metal structure element resistance to warping
RU1778501C (en) Method for estimating position error of structural element under cyclic loading
Bicego et al. JR curve testing utilizing the reversing direct current electrical potential drop method
KR101793372B1 (en) Prestress estimation method of bonded prestressed steel using electric impedance
SU1663455A1 (en) Method of measuring stress in span structure beam
SU1370538A1 (en) Method of measuring parameters of cracks in ferromagnetic objects in fatigue tests
SU1099234A1 (en) Method of determination of part fatigue damage
SU1096583A1 (en) Method of determination of mechanical stresses in concrete by removable resistance strain gauge
SU1610389A1 (en) Method of predicting service life of part
SU1191731A1 (en) Method of determining stress concentration ratio in gearing