RU2190212C2 - Способ измерения механических напряжений в конструкционных материалах - Google Patents

Способ измерения механических напряжений в конструкционных материалах Download PDF

Info

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
Application number
RU2000132492/28A
Other languages
English (en)
Inventor
А.Л. Углов
В.М. Попцов
О.Ю. Баталин
Original Assignee
Углов Александр Леонидович
Попцов Вячеслав Михайлович
Баталин Олег Юрьевич
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 Углов Александр Леонидович, Попцов Вячеслав Михайлович, Баталин Олег Юрьевич filed Critical Углов Александр Леонидович
Priority to RU2000132492/28A priority Critical patent/RU2190212C2/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2190212C2 publication Critical patent/RU2190212C2/ru

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
Figure 00000002

где
τ - задержка импульса, поляризованного поперек линии действия напряжений;
Figure 00000003
- 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
Figure 00000004

где
r - задержка импульса, распространяющегося поперек линии действия напряжений;
Figure 00000005
- 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.
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
Figure 00000006

где τ - задержка импульса, поляризованного поперек линии действия напряжений;
Figure 00000007
- задержка импульса, поляризованного вдоль 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
Figure 00000008

где
r - задержка импульса, распространяющегося поперек линии действия напряжений;
Figure 00000009
- задержка импульса, распространяющегося вдоль 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.

Claims (1)

  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
    Figure 00000010

    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
    Figure 00000011

    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.
RU2000132492/28A 2000-12-25 2000-12-25 Способ измерения механических напряжений в конструкционных материалах RU2190212C2 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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