RU2190212C2 - Способ измерения механических напряжений в конструкционных материалах - Google Patents
Способ измерения механических напряжений в конструкционных материалах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2190212C2 RU2190212C2 RU2000132492/28A RU2000132492A RU2190212C2 RU 2190212 C2 RU2190212 C2 RU 2190212C2 RU 2000132492/28 A RU2000132492/28 A RU 2000132492/28A RU 2000132492 A RU2000132492 A RU 2000132492A RU 2190212 C2 RU2190212 C2 RU 2190212C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stresses
- pulses
- shear
- zone
- action
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области неразрушающего контроля физических характеристик конструкционных материалов и может быть использовано для определения одноосных механических напряжений различных конструкций в полевых условиях, например трубопроводов при перекачке нефти и газа. В исследуемой зоне объекта возбуждают ультразвуковые импульсы сдвиговых объемных волн, распространяющиеся перпендикулярно плоскости, в которой действует напряжение, и поляризованные вдоль и поперек линии действия напряжений, принимают прошедшие импульсы, затем вычисляют величину "сдвиговой" анизотропии, далее в исследуемой зоне объекта на место датчика сдвиговых объемных волн устанавливают излучатель-приемник Релеевских поверхностных волн, возбуждают вдоль и поперек линии действия напряжений ультразвуковые импульсы Релеевских поверхностных волн, принимают прошедшие через контролируемую зону объекта импульсы, вычисляют величину "Релеевской" анизотропии, вычисляют величину сдвиговой анизотропии, соответствующей ненагруженному состоянию материала в зоне измерений, затем вычисляют действующее механическое напряжение на исследуемом участке. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности измерений одноосных механических напряжений в конструкционных материалах путем получения достоверной информации о начальном состоянии (начальных напряжениях) в исследуемой зоне, а также уменьшение трудоемкости и затрат на выполнение этих работ. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области неразрущающего контроля физических характеристик конструкционных материалов и может быть использовано для определения одноосных механических напряжений различных конструкций в полевых условиях, например, трубопроводов при перекачке нефти и газа.
Известен ультразвуковой способ измерения внутренних механических напряжений (Российская Федерация, патент 2018815, G 01 N 29/00), заключающийся в том. что в нагруженный исследуемый объект и ненагруженный его аналог или в свободную зону исследуемого объекта, не испытывающую напряжений, вводят импульсы ультразвуковых колебаний (УЗК). принимают прошедшие импульсы, алгебраически суммируют и вычитают их, а по сумме и разности определяют относительную разность скоростей УЗК в напряженном и свободном состояниях, по которой рассчитывают величину механических напряжений. Недостатком данного способа является то, что ненагруженный аналог или свободная зона исследуемого объекта могут иметь механические, а следовательно, и акустические свойства значительно отличающиеся от свойств нагруженной исследуемой зоны, что не позволяет получить удовлетворительную достоверность результатов измерений механических напряжений.
Известен ультразвуковой способ измерения внутренних механических напряжений (Российская Федерация, патент 2057329, G 01 N 29/00), заключающийся в том, что в нагруженный исследуемый объект и ненагруженный его аналог или в свободную зону исследуемого объекта, не испытывающую напряжений, вводят импульсы продольных УЗК, принимают прошедшие импульсы, алгебраически суммируют и вычитают их, а по сумме и разности определяют величину механических напряжений, на тех же участках вводят импульсы УЗК другого типа, например поперечные, принимают прошедшие импульсы, алгебраически суммируют и вычитают их, а величину механических напряжений рассчитывают по специальной формуле. Данное техническое решение как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату принято за прототип.
Недостатком прототипа является неудовлетворительная достоверность результатов измерений т.к. ненагруженный аналог или свободная зона исследуемого объекта могут иметь механические, а следовательно, и акустические свойства, значительно отличающиеся от свойств нагруженной исследуемой зоны. К тому же на свободной зоне исследуемого объекта в полевых условиях бывает также трудно провести измерения, что повышает трудоемкость и затраты не выполняемые работы.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение достоверности измерений одноосных механических напряжений в конструкционных материалах путем получения достоверной информации о начальном (ненапряженном) состоянии в исследуемой зоне, а также уменьшение трудоемкости и затрат на выполнение этих работ.
Поставленная задача решается тем, что в исследуемой зоне объекта возбуждают ультразвуковые импульсы сдвиговых объемных волн, распространяющихся перпендикулярно плоскости, в которой действует напряжение, и поляризованные вдоль и поперек линии действия напряжений, принимают прошедшие импульсы, затем вычисляют величину "сдвиговой" анизотропии по формуле
где
τ⊥ - задержка импульса, поляризованного поперек линии действия напряжений;
- задержка импульса, поляризованного вдоль линии действия напряжений;
при этом в исследуемой зоне объекта на место датчика сдвиговых объемных волн устанавливают излучатель-приемник Релеевских поверхностных волн, возбуждают вдоль и поперек линии действия напряжений ультразвуковые импульсы Релеевских поверхностных волн, принимают прошедшие через контролируемую зону объекта импульсы, вычисляют величину "Релеевской" анизотропии по формуле
где
r⊥ - задержка импульса, распространяющегося поперек линии действия напряжений;
- задержка импульса, распространяющегося вдоль линии действия напряжений,
вычисляют величину сдвиговой анизотропии соответствующей ненагруженному состоянию материала в зоне измерений по формуле
Aso=B0+B•Ar,
где B0 и В - экспериментально полученные на образцах из того же материала коэффициенты,
затем вычисляют действующее механическое напряжение на исследуемом участке по формуле
σ=К•(As-Aso),
где К - коэффициент упруго-акустической связи, определяемый на образцах из того же материала.
где
τ⊥ - задержка импульса, поляризованного поперек линии действия напряжений;
при этом в исследуемой зоне объекта на место датчика сдвиговых объемных волн устанавливают излучатель-приемник Релеевских поверхностных волн, возбуждают вдоль и поперек линии действия напряжений ультразвуковые импульсы Релеевских поверхностных волн, принимают прошедшие через контролируемую зону объекта импульсы, вычисляют величину "Релеевской" анизотропии по формуле
где
r⊥ - задержка импульса, распространяющегося поперек линии действия напряжений;
вычисляют величину сдвиговой анизотропии соответствующей ненагруженному состоянию материала в зоне измерений по формуле
Aso=B0+B•Ar,
где B0 и В - экспериментально полученные на образцах из того же материала коэффициенты,
затем вычисляют действующее механическое напряжение на исследуемом участке по формуле
σ=К•(As-Aso),
где К - коэффициент упруго-акустической связи, определяемый на образцах из того же материала.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен испытуемый образец, на фиг.2 - датчик сдвиговых объемных волн, на фиг. 3 - датчик Релеевских поверхностных волн.
На нагруженном силой Х образце 1, продольную ось которого ориентируют вдоль или поперек текстуры материала, определяемой технологией его изготовления (например прокаткой), при помощи шлифовальной машинки обрабатывают поверхности исследуемых зон 2, 3 и 4 до чистоты не ниже Ra 12.5. Методами традиционной дефектоскопии, например дефектоскопом УД2-12 (Руководство по эксплуатации ШЮ 2.068.138 РЭ) проводят исследования в выбранных участках на отсутствие дефектов, дающих отраженные импульсы. В случае наличия таких дефектов зоны измерения смещают на 30-40 мм вдоль продольной оси образца и повторяют дефектоскопию. В бездефектной зоне измерения устанавливают датчик поперечных волн, представляющий собой поперечно-поляризованную пластинку 5 из пьезокерамики типа ЦТС-19, на верхней грани которой выполнен контактный слой 6 из серебра или никеля, от которого отходит высокочастотный кабель 7, сверху на контактном слое 6 выполнен демпфер 8 из эпоксидной смолы с наполнителем из вольфрамовых шариков или свинцовой стружки, датчик заключен в металлический корпус 9 с заполнителем 10 из резины или полиуретана. На зашлифованной поверхности исследуемого объекта в зоне контакта с датчиком наносят слой жидкости, в качестве которой применяют эпоксидную смолу типа ЭД 40 без отвердителя. В этом месте к объекту прижимают датчик и одновременно ориентируют его плоскостью поляризации вдоль оси действия напряжений. Проводят измерения задержки между первым и вторым отраженными импульсами, меняют ориентацию датчика на 90o и также измеряют задержки между первым и вторым отраженными импульсами. Вычисляют величину "сдвиговой" анизотропии по формуле
где τ⊥ - задержка импульса, поляризованного поперек линии действия напряжений;
- задержка импульса, поляризованного вдоль линии действия напряжений.
где τ⊥ - задержка импульса, поляризованного поперек линии действия напряжений;
Измерения повторяют 3-5 раз, усредняя получают результаты. В исследуемой зоне объекта на место датчика сдвиговых объемных волн устанавливают излучатель-приемник Релеевских поверхностных волн, представляющий собой двусторонний клин из оргстекла 11, на котором выполнены излучатель Релеевских волн 12, приемник Релеевских волн 13, на боковой грани клина 11 выполнен излучатель-приемник 14 импульсов продольных волн, высокочастотный кабель 15 и корпус 18. При помощи излучателя-приемника импульсов продольных волн 14 учитывают температурные изменения клина из оргстекла 11. Возбуждают вдоль и поперек линии действия напряжений ультразвуковые импульсы Релеевских поверхностных волн, принимают прошедшие через контролируемую зону объекта импульсы, вычисляют величину "Релеевской" анизотропии по формуле
где
r⊥ - задержка импульса, распространяющегося поперек линии действия напряжений;
- задержка импульса, распространяющегося вдоль линии действия напряжений.
где
r⊥ - задержка импульса, распространяющегося поперек линии действия напряжений;
Измерения повторяют 3-5 раз, усредняя получают результаты. Вычисляют величину сдвиговой анизотропии, соответствующей ненагруженному состоянию материала в зоне измерений по формуле
Aso=B0+B•Ar,
где B0 и В экспериментально полученные на образцам из того же материала коэффициенты, для стали Х70 В0=0, В=2,4,
затем вычисляют действующее механическое напряжение на исследуемом участке по формуле
σ=К•(As-Aso),
где К - коэффициент упруго-акустической связи, определяемый на образцах из того же материала, для стали Х70 К=-0,6•104.
Aso=B0+B•Ar,
где B0 и В экспериментально полученные на образцам из того же материала коэффициенты, для стали Х70 В0=0, В=2,4,
затем вычисляют действующее механическое напряжение на исследуемом участке по формуле
σ=К•(As-Aso),
где К - коэффициент упруго-акустической связи, определяемый на образцах из того же материала, для стали Х70 К=-0,6•104.
Claims (1)
- Способ определения механических напряжений в конструкционных материалах, заключающийся в том, что в исследуемой зоне объекта возбуждают ультразвуковые импульсы сдвиговых объемных волн, распространяющиеся перпендикулярно плоскости, в которой действует напряжение, и поляризованные вдоль и поперек линии действия напряжений, принимают прошедшие импульсы, затем вычисляют величину "сдвиговой" анизотропии по формуле
где τI - задержка импульса, поляризованного поперек линии действия напряжений;
τII - задержка импульса, поляризованного вдоль линии действия напряжений,
отличающийся тем, что в исследуемой зоне объекта на место датчика сдвиговых объемных волн устанавливают излучатель-приемник Релеевских поверхностных волн, возбуждают вдоль и поперек линии действия напряжений ультразвуковые импульсы Релеевских поверхностных волн, принимают прошедшие через контролируемую зону объекта импульсы, вычисляют величину "Релеевской" анизотропии по формуле
где rI - задержка импульса, распространяющегося поперек линии действия напряжений;
rII - задержка импульса, распространяющегося вдоль линии действия напряжений;
вычисляют величину сдвиговой анизотропии, соответствующей ненагруженному состоянию материала в зоне измерений, по формуле
Aso= B0+B•Ar,
где В0 и В - экспериментально полученные на образцах из того же материала коэффициенты,
затем вычисляют действующее механическое напряжение на исследуемом участке по формуле
σ= K•(As-Aso),
где К - коэффициент упругоакустической связи, определяемой на образцах из того же материала.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000132492/28A RU2190212C2 (ru) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | Способ измерения механических напряжений в конструкционных материалах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000132492/28A RU2190212C2 (ru) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | Способ измерения механических напряжений в конструкционных материалах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2190212C2 true RU2190212C2 (ru) | 2002-09-27 |
Family
ID=20243931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000132492/28A RU2190212C2 (ru) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | Способ измерения механических напряжений в конструкционных материалах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2190212C2 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2455637C1 (ru) * | 2011-03-11 | 2012-07-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Ультразвуковой способ определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах |
| RU2532141C1 (ru) * | 2013-07-23 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Способ неразрушающего контроля длительно работающего металла эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования |
| CN114878041A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-08-09 | 中国石油大学(华东) | 一种利用双向超声探头测量在役油气管道应力的方法 |
| RU2810679C1 (ru) * | 2023-09-18 | 2023-12-28 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Ультразвуковой способ определения разности главных механических напряжений в ортотропных конструкционных материалах |
-
2000
- 2000-12-25 RU RU2000132492/28A patent/RU2190212C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2455637C1 (ru) * | 2011-03-11 | 2012-07-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Ультразвуковой способ определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах |
| RU2532141C1 (ru) * | 2013-07-23 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Способ неразрушающего контроля длительно работающего металла эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования |
| CN114878041A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-08-09 | 中国石油大学(华东) | 一种利用双向超声探头测量在役油气管道应力的方法 |
| CN114878041B (zh) * | 2022-05-06 | 2023-09-01 | 中国石油大学(华东) | 一种利用双向超声探头测量在役油气管道应力的方法 |
| RU2810679C1 (ru) * | 2023-09-18 | 2023-12-28 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Ультразвуковой способ определения разности главных механических напряжений в ортотропных конструкционных материалах |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Helal et al. | Non-destructive testing of concrete: A review of methods | |
| Beard et al. | Ultrasonic guided waves for inspection of grouted tendons and bolts | |
| Zhu et al. | Ultrasonic guided wave NDT for hidden corrosion detection | |
| US6532821B2 (en) | Apparatus and method for evaluating the physical properties of a sample using ultrasonics | |
| Dahmen et al. | Elastic constants measurement of anisotropic Olivier wood plates using air-coupled transducers generated Lamb wave and ultrasonic bulk wave | |
| Chaki et al. | Numerical and experimental analysis of the critically refracted longitudinal beam | |
| Cawley et al. | A comparison of the natural frequency changes produced by cracks and slots | |
| Karabutov et al. | Determination of uniaxial stresses in steel structures by the laser-ultrasonic method | |
| Belahcene et al. | Determination of residual stress using critically refracted longitudinal waves and immersion mode | |
| Kurashkin et al. | Ultrasonic estimation of the residual stresses | |
| RU2190212C2 (ru) | Способ измерения механических напряжений в конструкционных материалах | |
| Rjelka et al. | Third order elastic constants and rayleigh wave dispersion of shot peened aero-engine materials | |
| Kurashkin et al. | Variation of acoustic characteristics of an aluminum alloy during plastic deformation at room and subzero temperatures | |
| Wu | Elastic wave propagation and nondestructive evaluation of materials | |
| Zharinov et al. | Laser-ultrasonic study of residual stresses in pipes made of austenitic steel | |
| Zhu et al. | The potential of ultrasonic non-destructive measurement of residual stresses by modal frequency spacing using leaky lamb waves | |
| Khazanovich et al. | Quantitative ultrasonic evaluation of concrete structures using one-sided access | |
| Sgalla et al. | A device for measuring the velocity of ultrasonic waves: An application to stress analysis | |
| RU2192634C1 (ru) | Способ измерения осевых механических напряжений в трубопроводах | |
| RU2810679C1 (ru) | Ультразвуковой способ определения разности главных механических напряжений в ортотропных конструкционных материалах | |
| Parra-Raad et al. | Orthogonally polarised shear waves for evaluating anisotropy and cracks in metals | |
| Hasegawa et al. | Acoustoelastic birefringence effect in wood III: ultrasonic stress determination of wood by acoustoelastic birefringence method | |
| Weston-Bartholomew | USE OF THE ULTRASONIC GONIOMETER TO MEASURE DEPTH OF CASE HARDENING (THE CORNER REFLECTION METHOD) | |
| Fartosy | Non-destructive evaluation of damage in concrete with applications in shallow foundations | |
| Budenkov et al. | Principal regularities of Pochhammer-wave interaction with defects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041226 |