RU2170918C1 - Method of estimation of remaining operating time of part - Google Patents

Method of estimation of remaining operating time of part Download PDF

Info

Publication number
RU2170918C1
RU2170918C1 RU2000110457A RU2000110457A RU2170918C1 RU 2170918 C1 RU2170918 C1 RU 2170918C1 RU 2000110457 A RU2000110457 A RU 2000110457A RU 2000110457 A RU2000110457 A RU 2000110457A RU 2170918 C1 RU2170918 C1 RU 2170918C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
loading
deflection
crack
moment
cycles
Prior art date
Application number
RU2000110457A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Д.С. Гусляков
Г.П. Гуслякова
А.Б. Корнев
Original Assignee
Гусляков Дмитрий Сергеевич
Гуслякова Галина Петровна
Корнев Андрей Борисович
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 Гусляков Дмитрий Сергеевич, Гуслякова Галина Петровна, Корнев Андрей Борисович filed Critical Гусляков Дмитрий Сергеевич
Priority to RU2000110457A priority Critical patent/RU2170918C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2170918C1 publication Critical patent/RU2170918C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

FIELD: analysis of technical state of equipment; methods of estimation of remaining operating time of metal articles working under conditions of cyclic loading by results of full-scale measurement. SUBSTANCE: method consists in determination of dependence of ratio of sagging at the moment of beginning of its prompt increase to sagging at the initial moment of loading to number of loading cycles at the moment of beginning of prompt increase of sagging by results of tests of specimens under conditions of cyclic loading at preset temperature; the dependence thus obtained is then approximated by linear function and number of loading cycles at the moment of forming of crack of critical opening is found from equation obtained at this; remaining operating time is determined as positive magnitude of difference between calculated and expected durability. EFFECT: facilitated procedure of study; enhanced accuracy of measurements; possibility of developing procedures of automated monitoring of material state. 13 dwg, 11 tbl

Description

Изобретение относится к области анализа технического состояния оборудования, а именно к способам оценки остаточного ресурса изделий из металлических материалов, работающих в условиях циклического нагружения, по результатам натурных измерений. The invention relates to the field of analysis of the technical condition of equipment, and in particular to methods for assessing the residual resource of products from metal materials operating under cyclic loading, according to the results of field measurements.

Известен способ определения остаточного ресурса работы детали с трещиной в процессе эксплуатации, наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому, защищенный авторским свидетельством СССР N SU 1490552, кл. G 01 N 3/00, опубликован 30.06.89. There is a method of determining the residual life of a part with a crack during operation, the closest in technical essence and the achieved result to the claimed, protected by copyright certificate of the USSR N SU 1490552, class. G 01 N 3/00, published 06/30/89.

По известному способу параллельно с деталью циклически нагружают образцы из материала детали и определяют показатель n степени кинетической кривой его циклической трещиностойкости, с учетом которого определяют остаточный ресурс Nост как предельно допустимое число циклов до достижения трещиной предельно допустимой глубины lпд. С целью повышения достоверности при неизвестной величине эксплуатационной нагрузки, измеряют число циклов N1 до достижения трещиной глубины l1, определяют число циклов N2 до достижения трещиной задаваемой глубины l2, лежащей в пределах l1 < l2 < lпд. Число циклов N2 определяют исходя из показателя n степени кинетической кривой циклической трещиностойкости, средней скорости развития трещины от исходного состояния до l1 и расчетно- экспериментальной скорости развития трещины от l1 до l2. После эксплуатации детали до числа циклов нагружения N2, измеряют фактическую глубину l2ф трещины, а остаточный ресурс определяют по известной формуле исходя из значения показателя n степени кинетической кривой циклической трещиностойкости, фактической скорости развития трещины от l1 до l2 и расчетно- экспериментальной скорости развития трещины от l2 до lпд.According to the known method, in parallel with the part, samples from the material of the part are cyclically loaded and the exponent n of the kinetic curve of its cyclic crack resistance is determined, taking into account which the residual life N ost is determined as the maximum allowable number of cycles until the crack reaches the maximum allowable depth l pd . In order to increase reliability with an unknown value of the operational load, the number of cycles N 1 until the crack reaches a depth of l 1 is measured, the number of cycles N 2 until the crack reaches the specified depth l 2 within l 1 <l 2 <l pd is determined . The number of cycles N 2 is determined based on the exponent n of the kinetic curve of cyclic fracture toughness, the average rate of crack development from the initial state to l 1, and the calculated experimental rate of crack development from l 1 to l 2 . After the operation of the part to the number of loading cycles N 2 , the actual crack depth l 2f is measured, and the residual life is determined by the well-known formula based on the value of the exponent n of the kinetic curve of the cyclic crack resistance, the actual crack propagation rate from l 1 to l 2 and the calculated experimental speed crack development from l 2 to l pd .

Недостатком известного способа является необходимость решения следующих проблем: для ряда материалов определение показателя n степени кинетической кривой циклической трещиностойкости затруднено; из-за конструкторско-технологических особенностей конкретных изделий в ряде случаев нахождение трещины в изделии затруднено или невозможно, кроме того, в детали может быть несколько мест зарождения трещин; на определение остаточного ресурса могут оказать большое влияние случайные перегрузки в процессе эксплуатации детали в период эксплуатации детали от N1 до N2 циклов нагружения; необходимость определения предельно-допустимой глубины трещины lпд, которая очевидно зависит от размеров и материала детали, а также многих других факторов.The disadvantage of this method is the need to solve the following problems: for a number of materials, the determination of the exponent n of the kinetic curve of the cyclic crack resistance is difficult; due to the design and technological features of specific products in some cases, finding a crack in a product is difficult or impossible, in addition, there can be several places where cracks originate; the determination of the residual life can be greatly affected by accidental overloads during operation of the part during the period of operation of the part from N 1 to N 2 loading cycles; the need to determine the maximum permissible crack depth l pd , which obviously depends on the dimensions and material of the part, as well as many other factors.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением - создание способа, позволяющего с высокой степенью надежности определить наличие остаточного ресурса у детали. The problem solved by the invention is the creation of a method that allows with a high degree of reliability to determine the presence of a residual resource for the part.

Технический результат от использования изобретения заключается в упрощении исследований состояния материала изделий и повышении точности результатов. Использование предлагаемого способа позволяет разработать методики автоматизированного мониторинга состояния материала деталей. The technical result from the use of the invention is to simplify studies of the state of the material of the products and improve the accuracy of the results. Using the proposed method allows to develop methods for automated monitoring of the state of the material of parts.

Указанный результат достигается тем, что в способе оценки остаточного ресурса работы детали в процессе эксплуатации по результатам циклического нагружения образцов материала детали определяют наличие остаточного ресурса до момента образования трещины критического раскрытия по результатам испытания образцов материала на изгиб при циклическом нагружении при заданной температуре, строят зависимость отношения прогиба в момент образования трещины критического раскрытия fт, определяемому по началу быстрого увеличения прогиба образца, к прогибу в начальный момент нагружения при статической нагрузке f0, аппроксимируют полученную зависимость уравнением

Figure 00000002
, где B и C - эмпирические константы материала, значение текущей прогиба детали fизд приравнивают к fт детали, по значению прогиба детали f0 в момент начала эксплуатации из полученного уравнения определяют число циклов нагружения детали на момент образования трещины критического раскрытия Nт, а наличие остаточного ресурса определяют как положительное значение разности вычисленной долговечности Nт и ожидаемой долговечности [N].This result is achieved by the fact that in the method for estimating the residual life of a part during operation, the presence of a residual life until a crack of critical disclosure is determined by cyclic loading of samples of the material of a part is determined from the test results of the material bending under cyclic loading at a given temperature, and the relationship is built deflection at the moment of formation of a critical opening crack f t , determined by the beginning of a rapid increase in the deflection of the sample , to the deflection at the initial moment of loading at a static load f 0 , approximate the obtained dependence by the equation
Figure 00000002
, where B and C are the empirical constants of the material, the value of the current deflection of the part f ed is equated to f t of the part, the number of cycles of loading of the part at the moment of formation of the crack of critical opening N t is determined from the equation of the part f 0 at the time of the start of operation, and the presence of a residual resource is defined as a positive value of the difference between the calculated durability N t and the expected durability [N].

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Для каждого образца материала получают зависимость прогиба от числа циклов нагружения при заданной температуре. С кривой прогиба образца снимают значения f0, fт и Nт, где f0 - прогиб в начальный момент времени; fт и Nт - прогиб и число циклов (циклическая долговечность) в момент образования трещины критического раскрытия. Этот момент определяется по началу быстрого увеличения прогиба образца.For each material sample, the dependence of the deflection on the number of loading cycles at a given temperature is obtained. The values of f 0 , f t and N t are taken from the deflection curve of the sample, where f 0 is the deflection at the initial instant of time; f t and N t - deflection and number of cycles (cyclic durability) at the time of formation of a crack of critical opening. This moment is determined by the beginning of a rapid increase in the deflection of the sample.

Далее строят зависимость отношения прогиба в момент начала быстрого увеличения fт к прогибу в начальный момент нагружения при статической нагрузке f0 от числа циклов нагружения Nт в логарифмических координатах, аппроксимируют полученную зависимость для серии образцов линейной функцией вида: lg(fт/f0 = B • lgNт + lgC, где B и C - искомые эмпирические константы материала.Next, we construct the dependence of the ratio of the deflection at the moment of the beginning of a rapid increase in f t to the deflection at the initial moment of loading at a static load f 0 on the number of loading cycles N t in logarithmic coordinates, approximate the obtained dependence for a series of samples by a linear function of the form: log (f t / f 0 = B • logN t + logC, where B and C are the desired empirical constants of the material.

Приравнивая значение текущего прогиба изделия fизд к прогибу детали при образовании трещины критического раскрытия fт: fизд = fт и определяя начальный прогиб детали f0 при данной нагрузке в начальный момент эксплуатации, из уравнения

Figure 00000003

определяем условное число циклов нагружения детали до образования трещины критического раскрытия Nт. Наличие остаточного ресурса определяют как положительное значение разности вычисленной долговечности Nт и ожидаемой долговечности [N]: Nт - [N] > 0.Equating the value of the current deflection of the product f ed to the deflection of the part when a critical opening crack is formed f t : f ed = f t and determining the initial deflection of the part f 0 at a given load at the initial moment of operation, from the equation
Figure 00000003

we determine the conditional number of loading cycles of the part until a crack of critical opening N t is formed . The presence of a residual resource is determined as a positive value of the difference between the calculated durability N t and the expected durability [N]: N t - [N]> 0.

Пример реализации способа. An example implementation of the method.

Были использованы цилиндрические образцы стали 40Х тип I (ГОСТ 25.502-79) после различных технологий обработки. Например: правка; нитроцементация на слой 0,4 - 0,65 мм, твердость 58 - 60 HRC; нитроцементация с последующей правкой; нитроцементация, последующая правка, затем дробеструйная обработка; нитроцементация и закалка. We used cylindrical steel samples 40X type I (GOST 25.502-79) after various processing technologies. For example: editing; nitrocarburization per layer 0.4-0.65 mm, hardness 58-60 HRC; nitrocarburizing followed by editing; nitrocarburizing, subsequent dressing, then bead-blasting; nitrocarburizing and hardening.

Кривые прогибов образцов при испытании на консольный изгиб с вращением (50 Гц) в нормальных условиях (комнатная температура, воздух) приведены на фиг. 1-11. Результаты экспериментов - значения f0, fт, Nт, lg(fт/f0) и lg(Nт) сведены в таблицу. На фиг.12 приведены значения lg(fт/f0) и lg(Nт), аппроксимированные линейной функцией lg(fт/f0) = -0,0759 • lgNт + 0,5732 с коэффициентом корреляции r = 0,96.The deflection curves of the samples when tested for cantilever bending with rotation (50 Hz) under normal conditions (room temperature, air) are shown in FIG. 1-11. The experimental results - the values of f 0 , f t , N t , log (f t / f 0 ) and log (N t ) are summarized in the table. Figure 12 shows the values of log (f t / f 0 ) and log (N t ) approximated by the linear function log (f t / f 0 ) = -0.0759 • logN t + 0.5732 with a correlation coefficient r = 0 , 96.

Это соответствует уравнению критической повреждаемости при циклическом нагружении Nт = (0,2672 • fт/f0)-13,1752.This corresponds to the equation of critical damage under cyclic loading N t = (0.2672 • f t / f 0 ) -13.1752 .

Оценка остаточного ресурса детали проводилась для цилиндрического образца стали 40Х тип I (ГОСТ 25.502-79) после нитроцементации на слой 0,5 мм с последующим отпуском при температуре 200oC, твердость 58 - 60 HRC. Кривая изменения прогиба образца в процессе циклического нагружения при σa = 804 МПа приведена на фиг.13.The residual life of the part was estimated for a cylindrical steel specimen 40X type I (GOST 25.502-79) after nitrocarburizing onto a layer of 0.5 mm, followed by tempering at a temperature of 200 o C, hardness 58 - 60 HRC. The curve of the deflection of the sample during cyclic loading at σ a = 804 MPa is shown in Fig. 13.

В начальный момент времени прогиб образца f0 = 4,42 мм;
через 2,00•105 циклов прогиб fизд=5,37 мм, расчетное Nт=2,74•106;
через 2,65•105 циклов прогиб fизд=5,42 мм, расчетное Nт=2,42•106;
через 3,70•105 циклов прогиб fизд=5,52 мм, расчетное Nт=1,91•106;
через 4,14•105 циклов прогиб fизд=5,57 мм, расчетное Nт=1,69•106;
через 4,78•105 циклов прогиб fизд=5,62 мм, расчетное Nт=1,50•106;
через 5,77•105 циклов прогиб fизд=5,67 мм, расчетное Nт=1,34 • 106;
через 6,87 • 105 циклов прогиб fизд = 5,74 мм, расчетное Nт = 1,14•106;
через 9,80•105 циклов прогиб fизд=5,87 мм, расчетное Nт=8,48•105;
через 1,43•106 циклов прогиб fизд=6,07 мм, расчетное N=5,45•105;
разрушение наступило после 1,47•106 циклов нагружения.At the initial time, the deflection of the sample is f 0 = 4.42 mm;
after 2.00 • 10 5 cycles, the deflection f ed = 5.37 mm, the calculated N t = 2.74 • 10 6 ;
after 2.65 • 10 5 cycles, the deflection f ed = 5.42 mm, the calculated N t = 2.42 • 10 6 ;
after 3.70 • 10 5 cycles, the deflection f ed = 5.52 mm, the calculated N t = 1.91 • 10 6 ;
after 4.14 • 10 5 cycles, the deflection f ed = 5.57 mm, the calculated N t = 1.69 • 10 6 ;
after 4.78 • 10 5 cycles, the deflection f ed = 5.62 mm, the calculated N t = 1.50 • 10 6 ;
after 5.77 • 10 5 cycles, the deflection f ed = 5.67 mm, the calculated N t = 1.34 • 10 6 ;
after 6.87 • 10 5 cycles, the deflection f ed = 5.74 mm, the calculated N t = 1.14 • 10 6 ;
after 9.80 • 10 5 cycles, the deflection f ed = 5.87 mm, the calculated N t = 8.48 • 10 5 ;
after 1.43 • 10 6 cycles, the deflection f ed = 6.07 mm, the calculated N = 5.45 • 10 5 ;
failure occurred after 1.47 • 10 6 loading cycles.

Ожидаемый ресурс образца до образования трещины критического раскрытия определен как среднее арифметическое результатов испытаний аналогичных образцов при близких уровнях напряжений. Результаты испытаний: Nт = 2,79•106; 2,39•106 и 1,40•106 циклов нагружения при σa = 806; 804 и 802 МПа, соответственно. Ожидаемый ресурс [N] = 2,19•106 циклов нагружения.The expected resource of the sample before the formation of a critical opening crack is defined as the arithmetic average of the test results of similar samples at close stress levels. Test results: N t = 2.79 • 10 6 ; 2.39 • 10 6 and 1.40 • 10 6 loading cycles at σ a = 806; 804 and 802 MPa, respectively. Expected Resource [N] = 2.19 • 10 6 loading cycles.

Разница между расчетным значением Nт и ожидаемым ресурсом [N] стала отрицательной после 2,65•105 циклов нагружения. Число циклов нагружения до предполагаемого образования трещины критического раскрытия составило примерно 20% от числа циклов до полного разрушения, что согласуется с литературными данными.The difference between the calculated value of N t and the expected resource [N] became negative after 2.65 • 10 5 loading cycles. The number of loading cycles to the expected crack opening of the critical opening was approximately 20% of the number of cycles to complete failure, which is consistent with published data.

Применение предлагаемого способа дает объективный критерий оценки состояния материала изделия. Для получения опытных данных возможно использование имеющейся экспериментальной базы; число проводимых экспериментов значительно меньше, чем для обычных методов; точность прогноза заметно повышается, так как уменьшается число эмпирических констант и учитывается влияние состояния материала изделия и образцов, в том числе после технологической обработки и наработки в условиях эксплуатации. Предлагаемый способ также позволяет использовать экспериментальные данные, полученные на образцах материалов ранее. The application of the proposed method provides an objective criterion for assessing the state of the material of the product. To obtain experimental data, it is possible to use the available experimental base; the number of experiments is much less than for conventional methods; the accuracy of the forecast significantly increases, since the number of empirical constants decreases and the influence of the state of the material of the product and samples is taken into account, including after technological processing and operating time under operating conditions. The proposed method also allows the use of experimental data obtained on samples of materials earlier.

Claims (1)

Способ оценки остаточного ресурса работы детали в процессе эксплуатации, по которому по результатам циклического нагружения образцов материала детали определяют наличие остаточного ресурса до момента образования трещины критического раскрытия, отличающийся тем, что по результатам испытания образцов материала на изгиб при циклическом нагружении при заданной температуре строят зависимость отношения прогиба в момент образования трещины критического раскрытия fт, определяемому по началу быстрого увеличения прогиба образца к прогибу f0 в начальный момент нагружения при статической нагрузке от числа циклов нагружения образца на момент образования трещины критического раскрытия Nт, аппроксимируют полученную зависимость линейной функцией вида: lg(fт/f0)= B•lgNт+lgC, где B и C - искомые эмпирические константы материала, приравнивают fт детали к значению текущего прогиба детали fизд, по значению прогиба детали f0 в момент начала эксплуатации из уравнения
Figure 00000004
определяют число циклов нагружения детали на момент образования трещины критического раскрытия Nт, а наличие остаточного ресурса определяют как положительное значение разности вычисленной долговечности Nт и ожидаемой долговечности [N].A method for evaluating the residual life of a part during operation, according to which the presence of a residual life until a crack of critical opening is determined by the results of cyclic loading of samples of the material of a part is characterized in that, according to the results of testing the samples of material for bending under cyclic loading at a given temperature, a relationship is built deflection at the moment of formation of a crack of critical opening f t , determined by the beginning of a rapid increase in the deflection of the sample to deflection f 0 at the initial moment of loading under static load on the number of loading cycles of the sample at the time of the crack opening of critical opening N t , approximate the obtained dependence by a linear function of the form: log (f t / f 0 ) = B • logN t + logC, where B and C - the desired empirical constants of the material, equate f t parts to the value of the current deflection of the part f ed , the value of the deflection of the part f 0 at the time of operation from the equation
Figure 00000004
determine the number of loading cycles of the part at the time of formation of the critical opening crack N t , and the presence of residual life is determined as a positive value of the difference between the calculated durability N t and the expected durability [N].
RU2000110457A 2000-04-24 2000-04-24 Method of estimation of remaining operating time of part RU2170918C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000110457A RU2170918C1 (en) 2000-04-24 2000-04-24 Method of estimation of remaining operating time of part

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000110457A RU2170918C1 (en) 2000-04-24 2000-04-24 Method of estimation of remaining operating time of part

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2170918C1 true RU2170918C1 (en) 2001-07-20

Family

ID=20233852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000110457A RU2170918C1 (en) 2000-04-24 2000-04-24 Method of estimation of remaining operating time of part

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2170918C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2598702C1 (en) * 2015-07-17 2016-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method of recording parameters of loading conditions during operation or resource tests of mechanical structures
RU2619480C1 (en) * 2016-05-10 2017-05-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method of metal fatigue life forecasting

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2598702C1 (en) * 2015-07-17 2016-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method of recording parameters of loading conditions during operation or resource tests of mechanical structures
RU2619480C1 (en) * 2016-05-10 2017-05-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method of metal fatigue life forecasting

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20020018136A (en) Method of designing a shape, working stress and working conditions of a steel member
JP6693130B2 (en) Method for evaluating hydrogen embrittlement resistance
Skelton Cyclic hardening, softening, and crack growth during high temperature fatigue
RU2170918C1 (en) Method of estimation of remaining operating time of part
RU2536783C1 (en) Method of determining operating life of metal of pipeline
RU2730102C1 (en) Method of assessing resistance of pipeline steels to &#34;groove&#34; corrosion
Lebedev et al. Determination of damage accumulated in structural materials by the parameters of scatter of their hardness characteristics
JP6973193B2 (en) Hydrogen embrittlement resistance evaluation method
RU2139515C1 (en) Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life
RU2662479C1 (en) Method of evaluation of the life of steel cases of artillery shells
RU2724584C1 (en) Method for nondestructive evaluation of metal structural state using microindentation
RU2238535C2 (en) Method of determining resistance of material to damaging
Lugovy et al. Time dependent mechanical properties of ZrB2-SiC ceramic composites: room temperature fatigue parameters
RU2170917C1 (en) Method of determination of critical vulnerability of material to damage at cyclic loading
RU2691751C1 (en) Method of determining limit state of material of main gas pipelines
RU2207537C2 (en) Method for determining the tensile strength of metals
RU2173842C1 (en) Method of revealing cracks in articles
RU2758685C1 (en) Method for determining strength of materials
Lindgren et al. Effect of mean stress on residual stress relaxation in steel specimens
RU2382351C2 (en) Method of evaluation of loss of plasticity by change of microhardness of constructional steel
RU2221231C2 (en) Procedure establishing residual life time of metal of main pipe-line
RU2245545C2 (en) Method for acoustic-emissive prediction of parameter of continuous hardness of metal
RU2570237C1 (en) Method of determining viscosity of metallic materials
RU2712776C1 (en) Method of estimating mechanical characteristics of deformed metal objects
RU2767028C1 (en) Method of determining embrittlement of material