RU2139515C1 - Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life - Google Patents

Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life Download PDF

Info

Publication number
RU2139515C1
RU2139515C1 RU97121541/28A RU97121541A RU2139515C1 RU 2139515 C1 RU2139515 C1 RU 2139515C1 RU 97121541/28 A RU97121541/28 A RU 97121541/28A RU 97121541 A RU97121541 A RU 97121541A RU 2139515 C1 RU2139515 C1 RU 2139515C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
damage
measure
injury
metal
samples
Prior art date
Application number
RU97121541/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Н.И. Волков
В.В. Коннов
В.П. Романченков
Original Assignee
Закрытое акционерное общество компания "ЦНИИМАШ-ЭКСПОРТ"
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 Закрытое акционерное общество компания "ЦНИИМАШ-ЭКСПОРТ" filed Critical Закрытое акционерное общество компания "ЦНИИМАШ-ЭКСПОРТ"
Priority to RU97121541/28A priority Critical patent/RU2139515C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2139515C1 publication Critical patent/RU2139515C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)

Abstract

FIELD: evaluation of susceptibility of structures to injury and determination of their service life under conditions of constant and variable loads. SUBSTANCE: some samples of metal are subjected to annealing, thermal or strain hardening. All samples are tensile-tested and tested under mode of cyclical load to failure under fixed rate of loading. Deformation curves are plotted for all states of samples with allowance for change of cross-section area of samples. Yield points, yield strength in annealed state, ultimate strength corresponding to moment of failure of samples are found. Dependencies of present measure of injury and criterion of injury are calculated per each state of metal by these characteristics. Comparing values of present measure of injury and criterion of injury which is constant value one determines margin of service life and measure of metal injury at specified time moment by mathematical dependence. Total service life or remaining share of service life of structure from given material are found by comparison of calculated value of measure of injury with criterion of injury. EFFECT: enhanced authenticity of evaluation of measure of susceptibility to injury and service life of structure at stage of its manufacture and in process of its usage. 2 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относитcя к области испытаний конструкций на прочность и может быть использовано для оценки их повреждаемости и определения временного ресурса работоспособности в условиях длительного воздействия постоянных и переменных нагрузок. The invention relates to the field of structural strength testing and can be used to assess their damage and determine the temporary service life under long-term exposure to constant and variable loads.

Известен способ определения напряженно-деформированного состояния элемента конструкции, патент РФ N 2082141 03.10.91 г. G 01 N 3/00, по которому из элемента конструкции вырезают образец, подвергают его сжимающей нагрузке до разрушения и строят кривую деформирования σ = f(ε). Элемент конструкции нагружают дополнительной нагрузкой, определяют соответствующие ей напряжение Δσ и относительную деформацию Δε. Определяют отношение Δσ/Δε и по кривой деформирования определяют соответствующее этому отношению напряжение σ′ и деформацию ε′, которые выбирают в качестве параметров, по которым судят о напряженно-деформированном состоянии материала элемента конструкции и соответствующие ему ресурсы прочности и деформативности на момент испытаний. В основу способа положена связь между напряженно-деформированным состоянием конструкции и измеряемыми характеристиками процесса разрушения. Однако этот способ не дает возможность определить остаточный ресурс, поскольку не учитывает повреждаемости материала как за счет внутренних дефектов, так и накопленных в процессе эксплуатации. A known method for determining the stress-strain state of a structural element, RF patent N 2082141 10/03/91, G 01 N 3/00, according to which a sample is cut out of the structural element, subjected to compressive load until it is destroyed and a deformation curve σ = f (ε) is built . The structural element is loaded with an additional load, the corresponding stress Δσ and the relative deformation Δε are determined. The Δσ / Δε ratio is determined and the stress σ ′ and the strain ε ′ corresponding to this relation are determined by the deformation curve, which are selected as parameters by which the stress-strain state of the material of the structural element is judged and the corresponding strength and deformability resources at the time of testing. The method is based on the relationship between the stress-strain state of the structure and the measured characteristics of the fracture process. However, this method does not make it possible to determine the residual resource, since it does not take into account the damage to the material due to both internal defects and accumulated during operation.

Наиболее близким к заявляемому способу по сущности является "Способ определения повреждаемости нагруженного материала". Патент РФ N 2077046, кл. G 01 N 3/00. Способ включает определение параметров повреждаемости и оценку меры повреждений расчетным путем. Измеряют количество трещин n, образующих в нагруженном материале за время t, строят зависимость n=f (t), экстраполируют ее до момента t, в который оценивают меру повреждения, измеряют среднюю длину трещин r и объем V области трещинообразования, рассчитывают предельное число трещин r* и определяют меру повреждения материала в момент времени t как вероятность Q(t) образования кластера из i начальных трещин по формуле.Closest to the claimed method in essence is the "Method for determining the damageability of the loaded material." RF patent N 2077046, cl. G 01 N 3/00. The method includes determining the parameters of damage and evaluating the measure of damage by calculation. The number of cracks n forming in the loaded material during time t is measured, the dependence n = f (t) is built, extrapolated to the moment t at which the measure of damage is evaluated, the average length of cracks r and the volume V of the crack formation region are measured, and the limit number of cracks r is calculated * and determine the measure of damage to the material at time t as the probability Q (t) of the formation of a cluster of i initial cracks by the formula.

Достоинства этого способа по сравнению с аналогом заключаются в том, что здесь рассматривается физически обоснованная мера повреждаемости материала, которая может служить мерой долгосрочного определения времени до разрушения конструкции. Способ является неразрушающим и может быть применен к различным материалам и условиям эксплуатации. The advantages of this method compared to the analogue are that it considers a physically justified measure of the damageability of the material, which can serve as a measure of the long-term determination of the time before the destruction of the structure. The method is non-destructive and can be applied to various materials and operating conditions.

Впервые локализация трещинообразования (рост магистральной трещины) связана с числом начальных трещин, а для измерения числа начальных трещин используются методы неразрушающего контроля такие, как рентгеновское рассеяние, светорассеяние, акустическая эмиссия и др., но основным недостатком физических метолов является то, что они измеряют не собственно повреждения, а соответствующие им физические эффекты, поэтому применительно к металлам точность этих метолов, с точки рения связи повреждений и измеряемыми физическими параметрами, весьма мала. Таким образом, количество трещин не представляется возможным определить экспериментально и поэтому в этой работе мера повреждаемости - случайная вероятностная величина. Нет критерия оценки повреждаемости, следовательно, и ее количественной оценки, без которой нельзя достоверно определить ресурс работоспособности конструкции. For the first time, localization of crack formation (growth of a main crack) is associated with the number of initial cracks, and non-destructive testing methods such as X-ray scattering, light scattering, acoustic emission, etc. are used to measure the number of initial cracks, but the main disadvantage of physical metols is that they do not measure damage proper, and the physical effects corresponding to them, therefore, as applied to metals, the accuracy of these metols, from the point of view of the relation of damage to measured physical parameters, is and small. Thus, it is not possible to determine the number of cracks experimentally and, therefore, in this work, the measure of damage is a random probability value. There is no criterion for assessing damage, therefore, and its quantitative assessment, without which it is impossible to reliably determine the service life of the structure.

задачей настоящего изобретения является повышение достоверности оценки меры повреждаемости и определения ресурса работоспособности как на стадии изготовления конструкции, так и в процессе эксплуатации за счет обоснования и учета совокупности факторов, вызывающих механическое разрушение, и законов их взаимодействия, что позволяет вывести проблему разрушения из области случайных событий и перейти от качественной к конкретной количественной оценки меры повреждаемости, ресурса и остаточного ресурса работоспособности. The objective of the present invention is to increase the reliability of assessing the measure of damage and determining the serviceability resource both at the stage of manufacturing the structure and during operation by substantiating and taking into account the totality of factors that cause mechanical failure and the laws of their interaction, which allows us to derive the problem of destruction from the field of random events and move from a qualitative to a specific quantitative assessment of the measure of damage, resource and remaining service life.

Поставленная задача решается тем, что в способе, включающем определение параметров повреждаемости и оценку меры повреждения материала, берут образцы металла данной плавки, часть образцов подвергают отжигу, термоупрочнению или операции нагартовки, все образцы подвергают испытаниям на растяжение и в режим циклической нагрузки о разрушения при фиксированной скорости нагружения по результатам механических испытаний сроят кривые деформирования σ(ε) для всех состояний образцов с учетом изменения пощади поперечного сечения образца и определяют пределы текучести -σs, предел текучести в отожженом состоянии -σ ° s , пределы прочности σв, соответствующие моменту разрушения, и по этим параметрам строят зависимости текущей меры повреждения для каждого состояния металла:

Figure 00000002

а критерий повреждения определяют по формуле
Figure 00000003

сравнивая значение текущей мер повреждений Pσ с критерием повреждения P(r)= const определяют долю ресурса, а меру повреждения в момент времени t определяют по формуле
Figure 00000004

где
Figure 00000005

ядро повреждений в начальный момент времени;
t - время;
σ(t) - функция процесса нагружения реальной конструкции, выраженная через напряжение;
σ° - напряжение - задается как постоянная величина в пределах эксплуатационных напряжений,
сравнивая расчетное значение меры повреждений P(t) с критерием повреждения P(r)=const, определяют полный ресурс или оставшуюся долю ресурса конструкции; в процессе механических испытаний, а также в промежутках между циклами нагружения измеряют физические параметры образцов методами неразрушающего контроля и получают тарировочные характеристики шкалы приоров в зависимости от значений текущей меры повреждений Pσ и меры повреждений при разрушении Pr исследуют конструкцию методами неразрушающего контроля, по показаниям приоров и тарировочным характеристикам определяют значения текущей меры повреждений Pσ и критерий повреждения P(r)=const, которые используют для расчета меры повреждения P(t) и соответственно определения ресурса на любой стадии эксплуатации конструкции.The problem is solved in that in a method that includes determining the parameters of damage and assessing the degree of damage to the material, take samples of the metal of this melting, some of the samples are subjected to annealing, heat hardening or curing operations, all samples are subjected to tensile tests and to the cyclic fracture mode of failure at a fixed loading rates according to the results of mechanical tests will build the strain curves σ (ε) for all states of the samples, taking into account changes in the cross-sectional area of the sample and determine yield yield strength -σ s , yield strength in annealed condition -σ ° s , the strength limits σ in , corresponding to the moment of destruction, and according to these parameters, the dependences of the current damage measure for each state of the metal are built:
Figure 00000002

and the damage criterion is determined by the formula
Figure 00000003

comparing the value of the current damage measure P σ with the damage criterion P (r) = const determine the share of the resource, and the measure of damage at time t is determined by the formula
Figure 00000004

Where
Figure 00000005

core damage at the initial time;
t is the time;
σ (t) is the function of the loading process of a real structure, expressed in terms of stress;
σ ° - stress - is set as a constant in the range of operational stresses,
comparing the calculated value of the damage measure P (t) with the damage criterion P (r) = const, determine the total resource or the remaining fraction of the design resource; in the process of mechanical tests, as well as in the intervals between loading cycles, the physical parameters of the samples are measured by non-destructive testing methods and the calibration characteristics of the prior scale are obtained depending on the values of the current damage measure P σ and damage measures during destruction P r the structure is examined by non-destructive testing, according to the testimony of prior and calibration characteristics determine the values of the current damage measure P σ and the damage criterion P (r) = const, which are used to calculate the damage measure P (t ) and, accordingly, determining the resource at any stage of operation of the structure.

Из множества факторов, влияющих на разрушение конструкции: суммарные напряжения (температурно-силовые, технологические, напряжения от трещин и т.д. ), местные неоднородности структуры, - трудно выделить определяющий. Поэтому в настоящее время нет методов, позволяющих в лабораторных условиях воспроизвести реальные повреждения структуры материала, а также оценить их количество с учетом всего процесса накопления повреждений. Возникает необходимость поиска такого способа оценки повреждений, который бы имел прямую связь с физико-механическими параметрами прочности, что отражает реальные структурные изменения в металле. Of the many factors affecting structural failure: total stresses (temperature-force, technological, stresses from cracks, etc.), local heterogeneities of the structure, it is difficult to single out the determining one. Therefore, at present, there are no methods that allow reproducing real damage to the structure of the material in laboratory conditions, as well as estimating their number, taking into account the entire process of damage accumulation. There is a need to search for such a method for assessing damage, which would have a direct relationship with the physicomechanical strength parameters, which reflects real structural changes in the metal.

При разработке экспериментально-теоретического метода оценки прочности металлов использованы методы механики сплошной среды, которая основывается на развитии процессов механических (структурных) повреждений, возникающих на поверхности изделий при длительном статическом и вибрационном нагружении, отражая весь процесс накопления повреждений. In developing the experimental-theoretical method for assessing the strength of metals, we used the methods of continuum mechanics, which is based on the development of processes of mechanical (structural) damage that occur on the surface of products under prolonged static and vibrational loading, reflecting the entire process of damage accumulation.

В качестве базовой теории длительной прочности использована тензорная линейная теория Илюшина А.А., по которой теоретическая мера повреждений P(t) равна

Figure 00000006

где φ(t) - ядро повреждений.As a basic theory of long-term strength, we used the tensor linear theory of A. Ilyushin, according to which the theoretical measure of damage P (t) is
Figure 00000006

where φ (t) is the damage core.

За показатели меры повреждений в соответствии с теоретической мерой повреждений (1) принимаются физико-механические параметры. According to the theoretical measure of damage (1), physical and mechanical parameters are taken as indicators of the damage measure.

Figure 00000007

где E0 и σs - модуль упругости и предел текучести в неповрежденном материале;
E(ε,t) и σ(ε,t) - модуль упругости и напряжение упрочнения соответственно, измеренные после процесса нагружения ε = ε(t).
Меры повреждения (2) через модуль упругости и напряжение прямо связаны с характеристиками структуры металла. При этом модуль упругости в основном отражает межатомные связи в металле, а характер изменения напряжения в пластической области прямо зависит от развития процесса структурных несовершенств металла. Из формулы (2), которая отражает функциональную связь между теоретической мерой повреждений P(t) и ядром повреждений φ(t), следует, что если экспериментальные показатели повреждений Pσ и PE действительно отражают уровень структурных несовершенств металлов, то они должны быть подобны, отличаясь на величину масштабного коэффициента.
Figure 00000007

where E 0 and σ s are the elastic modulus and yield strength in the undamaged material;
E (ε, t) and σ (ε, t) are the elastic modulus and hardening stress, respectively, measured after the loading process ε = ε (t).
Damage measures (2) through the elastic modulus and stress are directly related to the characteristics of the metal structure. In this case, the elastic modulus mainly reflects interatomic bonds in the metal, and the nature of the change in stress in the plastic region directly depends on the development of the process of structural imperfections of the metal. From formula (2), which reflects the functional relationship between the theoretical measure of damage P (t) and the damage core φ (t), it follows that if the experimental damage indicators P σ and P E really reflect the level of structural imperfections of metals, then they should be similar , differing by the magnitude of the scale factor.

Иллюстрация экспериментальных зависимостей, полученных при растяжении углеродистой стали и хромоникелевой стали, представленных на фиг. 1 и 2, соответственно показывают, что графики зависимостей Pσ и PE подобны и отличаются на величину численного коэффициента, который близок к 10-ти. Адекватное совпадение характера функций Pσ и PE позволяет для оценки длительного сопротивления металлов использовать одну из них, предпочтительно Pσ, которая более чувствительна к структурным несовершенствам металлов, связанным с режимами термоупрочнения и деформирования, чем модуль упругости, диапазон изменения которого редко превышает 10% от исходной величины. Правомерность использования характеристик Pσ, опирается на главное фундаментальное положение теории повреждений Илюшина А.А., заключающееся в том, что для данной плавки при любой термообработке металла критериям повреждаемости при фиксированном напряженном состоянии является константа.Illustration of the experimental dependences obtained by tensile carbon steel and chromium-nickel steel, shown in Fig. 1 and 2, respectively, show that the graphs of the dependences P σ and P E are similar and differ by the value of the numerical coefficient, which is close to 10. An adequate coincidence of the nature of the functions P σ and P E allows one of them to be used for assessing the long-term resistance of metals, preferably P σ , which is more sensitive to structural imperfections of metals associated with heat hardening and deformation modes than the elastic modulus, the variation range of which rarely exceeds 10% from the original value. The legitimacy of the use of the characteristics of P σ is based on the main fundamental position of the theory of damage Ilyushin AA, which consists in the fact that for any heat treatment of the metal, the damage criteria for a fixed stress state is constant.

Для оценки длительной прочности конструкции вариант нелинейной теории Илюшина А. А. применительно к пластическому состоянию, в котором физические процессы нагружения могут быть выражены через деформацию мера повреждения, имеет вид:

Figure 00000008

где
П(O,U) = Pσo - ядро повреждений в начальный момент времени;
U(τ) - функция процесса нагружения реальной конструкции, которая однозначно может быть выражена через напряжение;
σo - напряжение - постоянная величина в пределах эксплуатационных напряжений;
t - время.To assess the long-term structural strength, a variant of the non-linear theory of A. Ilyushin, as applied to the plastic state, in which the physical processes of loading can be expressed through deformation, the measure of damage, has the form:
Figure 00000008

Where
P (O, U) = P σ / σ o - damage core at the initial time;
U (τ) is a function of the loading process of a real structure, which can be unambiguously expressed in terms of stress;
σ o - stress - a constant in the range of operational stresses;
t is time.

Для экспериментального подтверждения этого положения были построены кривые деформирования σ = f(ε) образцов хромокремнемарганцовистой стали для трех состояний, представленные на фиг. 3, где:
1 - образец закален до наивысшей прочности (минимальной пластичности);
2 - образец в исходном состоянии;
3 - образец термообработан до одного отжига (мягкое состояние).
To experimentally confirm this position, we constructed the deformation curves σ = f (ε) of chromium-silicon-manganese steel samples for three states, shown in FIG. 3, where:
1 - the sample is hardened to the highest strength (minimum ductility);
2 - sample in the initial state;
3 - the sample is heat treated to one annealing (soft state).

Текущая мера повреждаемости в различных состояниях термоупрочнения рассчитана по формуле

Figure 00000009

σ(ε) - истинное напряжение (с учетом изменения площади образца);
σs - предел текучести металла в термообработанном состоянии (для каждого состояния свой предел текучести), σ o s - предел текучести в отожженном состоянии (принимается за начало отсчета).The current measure of damage in various states of hardening is calculated by the formula
Figure 00000009

σ (ε) is the true stress (taking into account changes in the area of the sample);
σ s is the yield strength of the metal in the heat-treated state (for each state its yield strength), σ o s - yield strength in the annealed condition (taken as the reference point).

Графическое изображение функции (3) для трех состояний представлено на фиг. 4, где:
1 - образец закален;
2 - образец без термообработки (состояние поставки);
3 - образец в отожженном состоянии.
A graphical representation of function (3) for three states is shown in FIG. 4, where:
1 - sample hardened;
2 - sample without heat treatment (delivery status);
3 - sample in annealed condition.

Из него видно, что в момент разрушения (или образования "шейки") все кривые имеют приблизительно одинаковое значение повреждений Pr- const, что и требовалось подтвердить экспериментально.It can be seen from it that at the moment of fracture (or the formation of a “neck”) all the curves have approximately the same damage value P r - const, which was required to confirm experimentally.

Данный экспериментально-теоретический метод, основанный на реальных физических величинах, используемых при оценке прочности, в сочетании с методами неразрушающего контроля (МНК) позволяет установить связь между показателями механических повреждений металла и данными МНК. Проведенные исследования подтвердили соответствие между показателями механических повреждений структуры металла и сигналами приоров, применяемых в МНК. Таким образом, используя предложенный экспериментально-теоретический метод и аппаратуру для МНК, получают замкнутую систему параметров, достаточную для использования при испытаниях готовых конструкций, для оценки остаточной прочности и ресурса в процессе эксплуатации. This experimental-theoretical method, based on real physical quantities used in assessing strength, in combination with non-destructive testing (MNC) methods, allows us to establish a relationship between the indicators of mechanical damage to metal and MNC data. The conducted studies have confirmed the correspondence between the indicators of mechanical damage to the metal structure and the signals of the prior used in OLS. Thus, using the proposed experimental-theoretical method and equipment for OLS, a closed system of parameters is obtained that is sufficient for use in testing finished structures, to assess the residual strength and resource during operation.

Пример. Были использованы образцы одной плавки из стали 30ХГСА. Одну часть образцов подвергали отжигу, закалке, часть образцов оставляли в исходном состоянии, образцы подвергали испытаниям на растяжение до разрушения при фиксированной скорости нагружения, по результатам испытаний и кривым деформирования σ(ε) для всех состояний образцов с учетом изменения площади поперечного сечения образца и определяли пределы текучести -σs, предел текучести в отожженном состоянии -σ o s , пределы прочности σв, соответствующие моменту разрушения, и по этим характеристикам построены зависимости текущей меры повреждения для каждого состояния металла.Example. Samples of one heat from 30KhGSA steel were used. One part of the samples was annealed, quenched, some samples were left in the initial state, the samples were subjected to tensile tests to failure at a fixed loading rate, according to the test results and the deformation curves σ (ε) for all states of the samples, taking into account changes in the cross-sectional area of the sample, and determined yield strength -σ s , yield strength in annealed condition -σ o s , the strength limits σ in , corresponding to the moment of destruction, and according to these characteristics, dependencies of the current measure of damage for each state of the metal are constructed.

Figure 00000010

и определен критерий повреждения для каждого состояния:
Figure 00000011

(графическое изображение этого построения представлено на фиг. 5),
где 1 - образец закален в воде;
2 - образец закален в масле;
3 - образец отожжен;
4 - образец без термообработки.
Figure 00000010

and a damage criterion is defined for each condition:
Figure 00000011

(a graphic image of this construction is presented in Fig. 5),
where 1 is a sample hardened in water;
2 - the sample is hardened in oil;
3 - the sample is annealed;
4 - sample without heat treatment.

В процессе механических испытаний измеряли физические параметры образцов методами неразрушающего контроля; относительную магнитную проницаемость, ультразвуковую дефектоскопию, микротвердость (см. фиг. 6). In the process of mechanical testing, the physical parameters of the samples were measured by non-destructive testing; relative magnetic permeability, ultrasonic inspection, microhardness (see Fig. 6).

Результаты механических испытаний, расчетов и соответствие параметров механических повреждений с физическими величинами показаний приборов, используемых при МНК сведены в таблицу. The results of mechanical tests, calculations, and the correspondence of the parameters of mechanical damage with the physical values of the readings of devices used in OLS are summarized in the table.

Из таблицы и фиг. 5 видно, что, например, у образца после закалки в масле текущая мера повреждений в момент разрушения Pσ= 0,6, разность между ней и критерием повреждения Pr-Pσ= 0,85-0,6 = 0,25, отсюда следует, что от закалки в масле сталь приобрела повреждения, которые составили 34% от предельного показателя или критерия повреждений Pr, если критерий повреждений Pr= 0,85 принять за 100% иными словами запас по ресурсу у стали после закалки в масле составит 34%. Значение меры повреждений для конструкции, изготовленной из данной стали, получили расчетным путем с учетом времени (t) по формуле:

Figure 00000012

Figure 00000013
ядро повреждений в начальный момент времени;
t - время;
σ(t) - функция процесса нагружения реальной конструкции, выраженная через напряжение;
σo - напряжение задается как постоянная величина в пределах эксплуатационных напряжений.From the table and FIG. 5 it can be seen that, for example, in a sample after quenching in oil, the current measure of damage at the time of failure is P σ = 0.6, the difference between it and the damage criterion P r -P σ = 0.85-0.6 = 0.25, it follows that steel hardened from oil quenching, which amounted to 34% of the limit value or damage criterion P r , if the damage criterion P r = 0.85 is taken as 100%, in other words, the resource margin of steel after quenching in oil is 34% The value of the damage measure for the structure made of this steel was obtained by calculation taking into account the time (t) according to the formula:
Figure 00000012

Figure 00000013
core damage at the initial time;
t is the time;
σ (t) is the function of the loading process of a real structure, expressed in terms of stress;
σ o - the voltage is set as a constant value in the range of operational stresses.

Если τ = 3 года, а P(t) = 0.29, то сравнение P(t) с величиной универсального критерия повреждений) Pr = 0,85 - const для данной стали, получим полный расчетный запас ресурса работоспособности конструкции, равный 0,85 х 0,29 = 8,7 лет.If τ = 3 years, and P (t) = 0.29, then comparing P (t) with the magnitude of the universal damage criterion) P r = 0.85 - const for a given steel, we obtain the total estimated life reserve of the design working capacity equal to 0.85 x 0.29 = 8.7 years.

Поскольку физические величины показаний приоров неразрушающего контроля связаны с показателем повреждений Pσ, а следовательно, и с P(t), показания приоров МНК можно оценить уровень или долю повреждений в конструкциях, накопленных в процессе эксплуатации и, сравнивая их с предельным показателем повреждений Pr = 0,85, определяют остаточный ресурс конструкции из данной стали, как указано выше.Since the physical values of the readings of prior non-destructive testing are related to the damage index P σ and, therefore, to P (t), the readings of the prior MNCs can be used to evaluate the level or proportion of damage in structures accumulated during operation and comparing them with the ultimate damage index P r = 0.85, determine the residual life of the structure of this steel, as described above.

Аналогичные измерения с помощью МНК позволят нормировать допустимые уровни металлургических и технологических повреждений, влияющих на ресурс изделия. Similar measurements using OLS will allow normalizing the permissible levels of metallurgical and technological damage that affect the resource of the product.

Таким образом, применение предложенного способа дает возможность определить повреждения материала конструкции, накопленные на стадиях металлургического, технологического процессов, т.е. при заводском контроле качества и на стадии монтажа; для расчета ресурса нового изделия с учетом условий нагружения в процессе эксплуатации производить диагностику работающего изделия для определения накопленных повреждений в процессе работы и остаточного ресурса (остаточной прочности). Если в процедуре испытаний по данному способу использовать образцы изделия, разрушенного в процессе эксплуатации, то можно выявить причину разрушения (металлургическую, технологическую, эксплуатационную и др.). Thus, the application of the proposed method makes it possible to determine the damage to the structural material accumulated at the stages of the metallurgical, technological processes, i.e. during factory quality control and at the installation stage; To calculate the resource of a new product, taking into account loading conditions during operation, diagnose a working product to determine accumulated damage during operation and residual life (residual strength). If the test procedure for this method uses samples of the product destroyed during operation, it is possible to identify the cause of the destruction (metallurgical, technological, operational, etc.).

Claims (3)

1. Способ определения повреждаемости нагруженного металла и ресурса работоспособности, включающий определение параметров повреждаемости и оценку меры повреждения металла, отличающийся тем, что часть образцов металла подвергают отжигу, термоупрочнению или операции нагартовки, все образцы подвергают испытаниям на растяжение и в режиме циклической нагрузки до разрушения при фиксированной скорости нагружения, по результатам механических испытаний строят кривые деформирования σ(ε) для всех состояний образцов с учетом изменения площади поперечного сечения образцов, определяют для них пределы текучести σs, пределы текучести в отожженном состоянии σ ° s , пределы прочности σв, соответствующие моменту разрушения, для каждого состояния металла по этим характеристикам рассчитывают зависимости текущей меры повреждения Pσ:
Figure 00000014

определяют критерий повреждения
Figure 00000015

сравнивая значения текущей меры повреждения Pσ с критерием повреждения Pr = const, определяют запас по ресурсу, а меру повреждения металла в момент времени t определяют по формуле
Figure 00000016

где
Figure 00000017

ядро повреждений в начальный момент времени;
П - ядро повреждений;
t - текущее время;
σ(t) - функция процесса нагружения металла;
σ°- заданное постоянное напряжение;
σ(τ) - расчетное напряжение;
τ - время интегрирования,
сравнивая расчетное значение меры повреждений P(t) с критерием повреждения Pr=const, определяют полный ресурс или оставшуюся долю ресурса конструкции из данного металла.
1. A method for determining the damageability of a loaded metal and a service life resource, including determining the damageability parameters and evaluating a metal damage measure, characterized in that some of the metal samples are annealed, heat strengthened, or hardened, all samples are subjected to tensile tests and under cyclic loading to failure under fixed loading speed, according to the results of mechanical tests, strain curves σ (ε) are constructed for all states of the samples taking into account changes in area operechnogo sectional samples are determined for them yield stress σ s, the yield stress in the annealed condition σ ° s , the strength limits σ in corresponding to the moment of destruction, for each state of the metal according to these characteristics calculate the dependence of the current measure of damage P σ :
Figure 00000014

determine damage criteria
Figure 00000015

comparing the values of the current damage measure P σ with the damage criterion P r = const, determine the margin by resource, and the measure of metal damage at time t is determined by the formula
Figure 00000016

Where
Figure 00000017

core damage at the initial time;
P - core damage;
t is the current time;
σ (t) is the function of the metal loading process;
σ ° is the specified constant voltage;
σ (τ) is the calculated voltage;
τ is the integration time,
comparing the calculated value of the damage measure P (t) with the damage criterion P r = const, the total resource or the remaining fraction of the resource of a structure made of a given metal is determined.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе механических испытаний, а также в промежутках между циклами нагружения дополнительно измеряют физические параметры образцов металла методами неразрушающего контроля и определяют зависимости физических параметров от текущей меры повреждения Р и критерия повреждения Pr.2. The method according to claim 1, characterized in that during the mechanical tests, as well as between the loading cycles, the physical parameters of the metal samples are additionally measured by non-destructive testing methods and the dependences of the physical parameters on the current damage measure P and damage criterion P r are determined. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что методами неразрушающего контроля исследуют конструкцию из данного металла для определения текущей меры повреждения Р и критерия повреждения Pr.3. The method according to claim 1, characterized in that non-destructive testing methods examine the structure of this metal to determine the current damage measure P and damage criterion P r .
RU97121541/28A 1997-12-23 1997-12-23 Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life RU2139515C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97121541/28A RU2139515C1 (en) 1997-12-23 1997-12-23 Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97121541/28A RU2139515C1 (en) 1997-12-23 1997-12-23 Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2139515C1 true RU2139515C1 (en) 1999-10-10

Family

ID=20200446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97121541/28A RU2139515C1 (en) 1997-12-23 1997-12-23 Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2139515C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2725352A1 (en) 2012-10-27 2014-04-30 Valerian Goroshevskiy Apparatus for non-contact metallic constructions assessment
RU2534003C1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") Method to determine strength of metal lock elements of check valve of hydraulic cutting equipment
RU2706106C1 (en) * 2019-04-17 2019-11-13 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Дельта" Method of determining service life of steel articles
CN112461659A (en) * 2020-11-19 2021-03-09 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 Hydrogen-induced damage evaluation method for 6061-T6 aluminum alloy for liner of III-type hydrogen storage cylinder
CN113405906A (en) * 2021-06-18 2021-09-17 江西理工大学 Method for establishing damage model of initial damage-containing cemented filling body
CN116399694A (en) * 2023-03-10 2023-07-07 北京建筑大学 Method for evaluating long-term service life of direct-stretching brittle solid material

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2725352A1 (en) 2012-10-27 2014-04-30 Valerian Goroshevskiy Apparatus for non-contact metallic constructions assessment
EP2808677A1 (en) 2012-10-27 2014-12-03 Valerian Goroshevskiy Method for non-contact metallic constructions assessment
RU2534003C1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") Method to determine strength of metal lock elements of check valve of hydraulic cutting equipment
RU2706106C1 (en) * 2019-04-17 2019-11-13 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Дельта" Method of determining service life of steel articles
CN112461659A (en) * 2020-11-19 2021-03-09 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 Hydrogen-induced damage evaluation method for 6061-T6 aluminum alloy for liner of III-type hydrogen storage cylinder
CN113405906A (en) * 2021-06-18 2021-09-17 江西理工大学 Method for establishing damage model of initial damage-containing cemented filling body
CN113405906B (en) * 2021-06-18 2024-03-12 江西理工大学 Method for establishing damage model of cemented filling body containing initial damage
CN116399694A (en) * 2023-03-10 2023-07-07 北京建筑大学 Method for evaluating long-term service life of direct-stretching brittle solid material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2038630B1 (en) A method of determining material dependent constants of a metal object based on fatigue testing
Ohtsu et al. Acoustic emission techniques standardized for concrete structures
US9372075B2 (en) System and method for fatigue forecasting and strain measurement using integral strain gauge (ISG)
KR0151852B1 (en) Non-destructive examination of a part
Dong et al. Effects of specimen size on assessment of shrinkage cracking of concrete via elliptical rings: Thin vs. thick
Abouhussien et al. Evaluation of damage progression in concrete structures due to reinforcing steel corrosion using acoustic emission monitoring
Franceschini et al. A simplified stress–strain relationship for the mechanical behavior of corroded prestressing strands: The SCPS‐model
RU2139515C1 (en) Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life
Caprili et al. Evaluation of mechanical characteristics of steel bars by non-destructive Vickers micro-hardness tests
Verma et al. In-situ condition monitoring of reinforced concrete structures
JP2007057325A (en) Remaining lifetime prediction method
Castellanos-Toro et al. Evaluation of experimental techniques for performance estimation of post-tensioned concrete beams
JPH06222053A (en) Deterioration diagnostic method for ferrite based heat-resistant steel
RU2724584C1 (en) Method for nondestructive evaluation of metal structural state using microindentation
JPH075086A (en) Method for estimating superposed damage of creep and fatigue of high-temperature structure material
RU2554306C2 (en) Method of assessment of micromechanical characteristics of local areas of metals
RU2221231C2 (en) Procedure establishing residual life time of metal of main pipe-line
Lipski Thermographic method based accelerated fatigue limit calculation for steel x5crni18-10 subjected to rotating bending
Brook et al. Cumulative damage in fatigue: a step towards its understanding
WO2003054521A2 (en) Method for tasting structural materials fatigue
RU2207530C1 (en) Method of monitoring article for determination of stressed deformed state by scattering magnetic fields
RU2691751C1 (en) Method of determining limit state of material of main gas pipelines
RU2170918C1 (en) Method of estimation of remaining operating time of part
RU2795665C1 (en) Method for determining the residual life of machine parts
RU2712776C1 (en) Method of estimating mechanical characteristics of deformed metal objects

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041224

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20080210

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091224