RU2193772C1 - Procedure predicting residual service life of steel structures - Google Patents

Procedure predicting residual service life of steel structures Download PDF

Info

Publication number
RU2193772C1
RU2193772C1 RU2001105893/28A RU2001105893A RU2193772C1 RU 2193772 C1 RU2193772 C1 RU 2193772C1 RU 2001105893/28 A RU2001105893/28 A RU 2001105893/28A RU 2001105893 A RU2001105893 A RU 2001105893A RU 2193772 C1 RU2193772 C1 RU 2193772C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
range
subgrain
diameter
determined
formula
Prior art date
Application number
RU2001105893/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.В. Берман
Д.В. Берман
А.И. Артеменко
Ю.Л. Шахмейстер
И.А. Воронцова
О.А. Берман
Р.М. Штейнцайг
П.Р. Хаспеков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Геотехпрогресс"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Геотехпрогресс" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Геотехпрогресс"
Priority to RU2001105893/28A priority Critical patent/RU2193772C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2193772C1 publication Critical patent/RU2193772C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: analysis of state of steel structures of mechanical systems, mining machines, in particular. SUBSTANCE: according to procedure residual service life of steel structures is achieved by determination of spectral density, temporary tensile strength, yield point, relative reduction and elongation, friction angle of structural inhomogeneities of natural roughness. Standardized spectra of resonance are determined in five ranges of response frequencies of acoustoemission radiation: ultrasonic oscillations of subgrain in range 62,7-19.1 kHz, oscillations of shear- detachment in range 2.7-1.9 kHz, modulating relaxation twinning oscillations in range 432-82 Hz, modulating relaxation oscillations of structural hardening in range 50.2- 17.85 Hz and modulating relaxation oscillations of infrafrequency in range 4.6-4.2 Hz. All mentioned physical and mechanical parameters are established for moment of total degradation of metal and for time Ti, of measurement, then residual service life ΔTп, is found by certain formula that includes recorded time of usage and values of diameters of metal subgrains. EFFECT: prediction of residual service life without any repeated measurements. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля стальных металлоконструкций посредством анализа откликов акустоэмиссионного излучения металла механических систем для прогноза остаточного ресурса, в том числе горных машин. The invention relates to the field of non-destructive testing of steel metal structures by analyzing the responses of acoustic emission of metal from mechanical systems to predict the residual life, including mining machines.

Известен способ прогноза остаточного ресурса стальных металлоконструкций механических систем, в том числе горных машин, с использованием неразрушающего контроля отклика акустоэмиссионного излучения, включающий определение спектральной плотности эталонных сигналов, сравниваемых со спектральной плотностью сигналов на момент замеров (см., например, патент РФ 1237915, кл. G 01 N 29/10, опубл. 1986 г.). A known method for predicting the residual life of steel metal structures of mechanical systems, including mining machines, using non-destructive testing of the response of acoustic emission radiation, including determining the spectral density of reference signals compared with the spectral density of signals at the time of measurement (see, for example, RF patent 1237915, cl G 01 N 29/10, publ. 1986).

Недостатком этого решения является необходимость эталонных спектров на все имеющиеся элементы механических систем, выполненные из разных марок металла, на различные сварные соединения, а также их спектры деградации, что практически невозможно. The disadvantage of this solution is the need for reference spectra for all available elements of mechanical systems made of different grades of metal, for various welded joints, as well as their degradation spectra, which is almost impossible.

Наиболее близким аналогом к техническому решению - прототипом является способ прогноза остаточного ресурса стальных металлоконструкций механических систем посредством неразрушающего контроля отклика акустоэмиссионного излучения, включающий определение спектральной плотности и эталонных физико-механических параметров металла, в том числе временного предела прочности при растяжении, предела текучести относительного удлинения и сужения, угла трения (см. патент РФ 2020476, кл. G 01 N 29/14, опубл. 1994 г.). The closest analogue to the technical solution, the prototype, is a method for predicting the residual life of steel metal structures of mechanical systems by means of non-destructive testing of the response of acoustic emission radiation, including determining the spectral density and reference physical and mechanical parameters of the metal, including the tensile strength, tensile strength, and elongation and narrowing, the angle of friction (see RF patent 2020476, CL G 01 N 29/14, publ. 1994).

Существенным недостатком этого известного решения является то, что анализ прогноза требует периодических повторных замеров, например через месяц, год и т.п., заменяя тем самым эталонные параметры текущими, определенными в предыдущий замер. Это обусловлено особенностями процесса эксплуатации металлоконструкций многих механических систем, например горных машин, которые, обычно, подвергаются ремонту без фиксации времени начала эксплуатации, ремонтной марки металла, углеродного эквивалента использованных электродов и др. параметров. A significant drawback of this known solution is that the forecast analysis requires periodic repeated measurements, for example, after a month, a year, etc., thereby replacing the reference parameters with the current ones determined in the previous measurement. This is due to the peculiarities of the operation of the metal structures of many mechanical systems, for example, mining machines, which, as a rule, are repaired without fixing the time of the start of operation, the repair grade of the metal, the carbon equivalent of the used electrodes and other parameters.

Задачей изобретения является обеспечение возможности прогноза остаточного ресурса без проведения периодически повторных замеров параметров, что позволяет заранее наметить сроки ремонта или замены изношенной техники и обеспечить непрерывную и эффективную работу объекта. The objective of the invention is to enable prediction of the residual life without periodically re-measuring parameters, which allows you to pre-schedule the repair or replacement of worn-out equipment and ensure continuous and efficient operation of the facility.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе прогноза остаточного ресурса стальных металлоконструкций механических систем, в том числе горных машин, посредством неразрушающего контроля отклика акустоэмиссионного излучения, включающем определение спектральной плотности и эталонных физико-механических параметров металла, в том числе временного предела прочности при растяжении, предела текучести, относительного удлинения и сужения, угла трения структурных неоднородностей естественных шероховатостей, дополнительно определяют спектры следующих резонансов на пяти диапазонах частот отклика акустоэмиссионного излучения: ультразвуковых колебаний субзерна в диапазоне 62,7-19,1 кГц, колебаний сдвига-отрыва в диапазоне 2,7-1,9 кГц, модулирующих релаксационных колебаний двойникования в диапазоне 434-82 Гц, модулирующих релаксационных колебаний структурного упрочнения в диапазоне 50,2-17,85 Гц и модулирующих релаксационных колебаний инфрачастоты в диапазоне 4,6-4,2 Гц для определения и анализа физико-механических параметров на момент начала эксплуатации, момент замера и на момент полной деградации металла, причем диаметр деградированного зерна d*з.д определяют по формуле
d*з.д=6•d*з.э,
где d*з.э - диаметр эталонного зерна;
а при фиксированном времени эксплуатации Ti механической системы, то есть на момент замеров, определяют остаточный ресурс ΔTп по формуле

Figure 00000002

где d*сз.i - диаметр субзерна на момент замеров;
d*сз.д - диаметр деградированного субзерна;
d*сз.э - диаметр эталонного субзерна.The essence of the invention lies in the fact that in the method for predicting the residual life of steel metal structures of mechanical systems, including mining machines, by means of non-destructive testing of the response of acoustic emission radiation, including determining the spectral density and reference physical and mechanical parameters of the metal, including the temporary tensile strength , yield strength, elongation and contraction, friction angle of structural inhomogeneities of natural roughness, is additionally determined The spectra of the following resonances are recorded in five frequency ranges of the response of acoustic emission radiation: ultrasonic vibrations of a subgrain in the range 62.7-19.1 kHz, shear-separation vibrations in the range 2.7-1.9 kHz, modulating relaxation twinning oscillations in the range 434-82 Hz, modulating relaxation vibrations of structural hardening in the range of 50.2-17.85 Hz and modulating relaxation vibrations of infrared frequency in the range of 4.6-4.2 Hz to determine and analyze physicomechanical parameters at the time of operation, the moment of measurement and at the degree of complete degradation of the metal, and the diameter of the degraded grain d * s.d is determined by the formula
d * s.d = 6 • d * s.e ,
where d * ze - the diameter of the reference grain;
and for a fixed operating time T i of the mechanical system, that is, at the time of measurements, the residual life ΔT p is determined by the formula
Figure 00000002

where d * sz.i is the diameter of the subgrain at the time of measurement;
d * sz.d - diameter of the degraded subgrain;
d * sz.e - diameter of the reference subgrain.

Кроме того, угол трения структурных неоднородностей естественных шероховатостей ρ* может быть определен по формуле

Figure 00000003

где ψсу - относительное сужение;
δуд - относительное удлинение;
16o - угол трения адсорбировавшейся влаги в межзеренных протоках стали при рН 6-8;
диаметр эталонного зерна d*з.э определяют по формуле
Figure 00000004

где σв - временнoй предел прочности при растяжении;
σт - предел текучести,
а диаметр субзерна d* определяют из формулы
Figure 00000005

где fузк.-сз - частота излучения ультразвуковой энергии субзерном в диапазоне 62,7-19,1 кГц;
С*др - скорость дрейфа тепловой энергии.In addition, the friction angle of structural heterogeneities of natural roughness ρ * can be determined by the formula
Figure 00000003

where ψ sou is a relative narrowing;
δ beats - elongation;
16 o - the angle of friction of adsorbed moisture in the intergranular ducts of steel at pH 6-8;
the diameter of the reference grain d * ze is determined by the formula
Figure 00000004

where σ in - temporary tensile strength;
σ t - yield strength,
and the diameter of the subgrain d * cz is determined from the formula
Figure 00000005

where f narrow.-sz - the frequency of ultrasonic radiation by a subgrain in the range of 62.7-19.1 kHz;
C * dr - thermal energy drift velocity.

По сравнению с прототипом ( 2020476) изобретение содержит отличительные признаки, заключающиеся в том, что дополнительно определяют спектры следующих резонансов на пяти диапазонах частот отклика акустоэмиссионного излучения: ультразвуковых колебаний субзерна в диапазоне 62,7-19,1 кГц, колебаний сдвига-отрыва в диапазоне 2,7-1,9 кГц, модулирующих релаксационных колебаний двойникования в диапазоне 434-82 Гц, модулирующих релаксационных колебаний структурного упрочнения в диапазоне 50,2-17,85 Гц и модулирующих релаксационных колебаний инфрачастоты в диапазоне 4,6-4,2 Гц для определения и анализа физико-механических параметров на момент начала эксплуатации, момент замера и на момент полной деградации металла, причем диаметр деградированного зерна d*з.д определяют по формуле
d*з.д=6•d*з.э,
а при фиксированном времени эксплуатации Тi механической системы, то есть на момент замеров, определяют остаточный ресурс ΔTп по формуле

Figure 00000006

Кроме того, угол трения структурных неоднородностей естественных шероховатостей ρ* и диаметр эталонного зерна d*з.э могут быть определены по формулам
Figure 00000007

Figure 00000008

а диаметр субзерна d*сз может быть определен из формулы
Figure 00000009

Наличие указанных отличительных признаков подтверждает соответствие предложенного способа критерию "изобретательский уровень".Compared with the prototype (2020476), the invention contains distinctive features, which further determine the spectra of the following resonances at five frequency ranges of the response of acoustic emission: ultrasonic vibrations of the subgrain in the range 62.7-19.1 kHz, shear-separation vibrations in the range 2.7-1.9 kHz, modulating relaxation twinning vibrations in the range 434-82 Hz, modulating relaxation vibrations of structural hardening in the range of 50.2-17.85 Hz and modulating relaxation vibrations of the infrared frequency in in the range of 4.6-4.2 Hz for determining and analyzing the physicomechanical parameters at the time of commencement of operation, the moment of measurement, and at the time of complete degradation of the metal, the diameter of the degraded grain d * w is determined by the formula
d * s.d = 6 • d * s.e ,
and for a fixed operating time T i of the mechanical system, that is, at the time of measurement, determine the residual life ΔT p by the formula
Figure 00000006

In addition, the friction angle of structural inhomogeneities of natural roughnesses ρ * and the diameter of the reference grain d * s.e can be determined by the formulas
Figure 00000007

Figure 00000008

and the diameter of the subgrain d * sz can be determined from the formula
Figure 00000009

The presence of these distinctive features confirms the compliance of the proposed method with the criterion of "inventive step".

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен график анализа смещений резонансов откликов акустоэмиссионного излучения в зависимости от диаметра субзерна d*сз, мм.The invention is illustrated by the drawing, which shows a graph of the analysis of the displacements of the resonances of the responses of acoustic emission depending on the diameter of the subgrain d * sz , mm.

На чертеже обозначены:
1 - изменение ультразвуковых колебаний;
2 - изменение колебаний сдвига-отрыва;
3 - изменение частоты модулирующих релаксационных колебаний двойникования;
4 - изменение частоты модулирующих релаксационных колебаний структурных упрочнений;
5 - изменение модулирующей релаксационной инфрачастоты;
6 - момент установки изделия на эксплуатацию, т.е. Т0=0;
7 - фиксированный момент времени эксплуатации Тi;
8 - полный ресурс Тр.
In the drawing are indicated:
1 - change in ultrasonic vibrations;
2 - change in shear-separation oscillations;
3 - change in the frequency of modulating relaxation twinning oscillations;
4 - change in the frequency of modulating relaxation vibrations of structural hardening;
5 - change in modulating relaxation infra-frequency;
6 - the moment the product was put into operation, i.e. T 0 = 0;
7 - a fixed point in time of operation T i ;
8 - full resource T r .

Для наглядности размерность диаметра зерна d*сз на графике дана в микронах (мкм).For clarity, the dimension of the grain diameter d * sz on the graph is given in microns (μm).

Способ осуществляется в три этапа следующим образом. The method is carried out in three stages as follows.

Для реализации способа используются известный метод неразрушающего контроля отклика акустоэмиссионного излучения за счет искусственного возбуждения атомов и молекул структуры металла с помощью известных приборов, а также экспериментальные и расчетные данные. To implement the method, the well-known method of non-destructive testing of the response of acoustic emission radiation due to the artificial excitation of atoms and molecules of the metal structure using known devices, as well as experimental and calculated data, are used.

На первом этапе анализируются и определяются согласно сертификату завода-изготовителя эталонные физико-механические параметры металла стальных металлоконтсрукций механических систем, в том числе: временной предел прочности при растяжении - σв, МПа; предел текучести - σт, МПа; относительное удлинение - δуд,%; относительное сужение - ψсу,%; объемная плотность - ρоп, кг/м3, и продольная скорость звука - С*L, м/сек.The first stage is analyzed and determined according to the manufacturer's certificate reference physicomechanical parameters metal steel metallokontsruktsy mechanical systems, including: temporal tensile strength - σ B, MPa; yield strength - σ t , MPa; elongation - δ beats ,%; relative narrowing - ψ su ,%; bulk density - ρ op , kg / m 3 and the longitudinal speed of sound - С * L , m / s.

Угол трения структурных неоднородностей естественных шероховатостей ρ* определяют по формуле

Figure 00000010

где 16o - угол трения адсорбировавшейся влаги в межзеренных протоках стали при рН 6-8 (определен именно для стали в лабораторных условиях).The friction angle of structural inhomogeneities of natural roughness ρ * is determined by the formula
Figure 00000010

where 16 o is the angle of friction of adsorbed moisture in the intergranular ducts of steel at pH 6-8 (determined specifically for steel in laboratory conditions).

Диаметр эталонного зерна

Figure 00000011

по О.А. Берман-И.А. Воронцовой.Reference Grain Diameter
Figure 00000011

by O.A. Berman-I.A. Vorontsova.

Анализ физико-механических параметров позволяет определить частоты спектральной плотности акустоэмиссионного излучения, которые даны в табл. 1, из которой следует, что они взаимосвязаны с диаметром субзерна d*сз.э (при расчетах размерность d* принимается в метрах).The analysis of physical and mechanical parameters makes it possible to determine the frequencies of the spectral density of acoustic emission radiation, which are given in Table. 1, from which it follows that they are interconnected with the diameter of the subgrain d * sz.e (in calculations, the dimension d * sz is taken in meters).

Табл. 1 содержит полученные экспериментальным и расчетным путем по известным зависимостям соотношения физико-механических параметров при плоской деформации с резонансными частотами спектра отклика акустоэмиссионного излучения по А. В. Берману и Д.В. Берману (см. патент РФ 2127349, кл. Е 21 С 25/38). Tab. 1 contains the relationships of physicomechanical parameters obtained by experimental and calculation methods based on known dependences during plane deformation with resonant frequencies of the response spectrum of acoustic emission radiation by A. V. Berman and D. V. Berman (see RF patent 2127349, class E 21 C 25/38).

По табл. 1 могут быть определены следующие физико-механические параметры (в зависимости от величины ρ*):
d*сз - диаметр субзерна, размерность для наглядности дана в мм (субзерно представляет собой совокупность определенного количества пар пластинок цементита и феррита с толщиной присущей данной структуре);
C*др - скорость дрейфа тепловой энергии, м/сек;
fузк.-сз - частота излучения ультразвуковой энергии субзерном в диапазоне 62,7-19,1 кГц (ультразвуковые колебания);
fсд-о - отклик частоты сдвига-отрыва в диапазоне 2,7-1,9 кГц (колебания сдвига-отрыва);
fмр - отклик модулирующей релаксационной частоты колебаний двойникования в диапазоне 434-82 кГц;
fмс - отклик модулирующей релаксационной частоты колебаний структурного упрочнения в диапазоне 50,2-17,82 Гц;
fмв - модулирующая релаксационная инфрачастота в диапазоне 4,6-4,2 Гц;
lпн - периметр поверхностного натяжения при плоской деформации, м.
According to the table 1, the following physical and mechanical parameters can be determined (depending on the value of ρ * ):
d * sz is the diameter of the subgrain, the dimension for clarity is given in mm (the subgrain is a combination of a certain number of pairs of plates of cementite and ferrite with a thickness inherent in this structure);
C * dr - thermal energy drift velocity, m / s;
f narrow-sz - the frequency of radiation of ultrasonic energy by a subgrain in the range of 62.7-19.1 kHz (ultrasonic vibrations);
f sd-o - response of the shear-separation frequency in the range of 2.7-1.9 kHz (shear-separation oscillations);
f Mr - response modulating relaxation frequency of twinning oscillations in the range 434-82 kHz;
f ms is the response of the modulating relaxation frequency of structural hardening oscillations in the range of 50.2-17.82 Hz;
f mv - modulating relaxation infra-frequency in the range of 4.6-4.2 Hz;
l Mon - the perimeter of surface tension during plane deformation, m

Величина fузк.-сз может быть определена также по формуле

Figure 00000012

Определяют также эталонное значение динамической вязкости μэт по формуле
μэт = 0,499•l*•ρОП•C * i , МПa•c,
где l* - длина магистральной трещины в конце ее ускоренного развития по Пэрису-Лейбову Б.М. определяется по формуле
Figure 00000013

где σ * П - коэффициент Пауссона, который в момент сдвига-отрыва по А.Н. Зеленину равен 0,52 (кн. А.Н. Зеленин "Основы разрушения грунтов механическими способами", М., 1968 г., стр. 375), а по И.А. Биргеру и Я.Г. Пановко "Прочность, устойчивость, колебания". М. 1968 г., больше 0,5.The value of f narrow-sz can also be determined by the formula
Figure 00000012

The reference value of the dynamic viscosity μ et is also determined by the formula
μ et = 0.499 • l * • ρ OD • C * i , MPa • s,
where l * is the length of the main crack at the end of its accelerated development according to Paris-Leibov B.M. determined by the formula
Figure 00000013

where σ * P - Pausson coefficient, which at the moment of shear-separation according to A.N. Zelenin is equal to 0.52 (Prince A.N. Zelenin "Fundamentals of soil destruction by mechanical means", Moscow, 1968, p. 375), and according to I.A. Birgeru and Ya.G. Panovko "Strength, stability, vibrations". M. 1968, more than 0.5.

Коэффициент турбулизации Rp* при α = 90° равен 0,5.The turbulization coefficient R p * at α = 90 ° is 0.5.

Далее, для ускорения расчетов используются данные, сведенные в табл. 2 (получены экспериментальным и расчетным путем с помощью известных зависимостей). Further, to speed up the calculations, the data are summarized in table. 2 (obtained experimentally and computationally using known dependencies).

Вектор интенсивности тензора разрушающего напряжения из эллипсоида интенсивности, отражающей совокупность вектора шарового тензора гидростатистического давления и вектора девиатора напряжений при угле между ними 90o и угле наклона элементов сдвига-отрыва φ = 90° обозначают Т*э-90.The intensity vector of the tensile stress tensor from the intensity ellipsoid, which reflects the combination of the vector of the spherical tensor of the hydrostatistical pressure and the stress deviator vector at an angle between them of 90 o and an angle of inclination of the shear-separation elements φ = 90 °, denote T * e-90 .

Коэффициент метоморфизма по Т.И. Берман - К*мм и коэффициент скорости деформаций - dV*, м/сек, при максимальном энергетическом угле α* = 45*+0,5ρ* по Е.З. Позину (Е.З. Позин "Сопротивление углей разрушению инструментом", М. , 1972, стр. 450); ширина пластической зоны - dn* при плоском напряженном состоянии (в метрах). Эти параметры в зависимости от d*сз определяют эталонное минимальное напряжение сдвига-отрыва по А.В. Берману, то есть

Figure 00000014

Далее определяют модуль динамической упругости по В. В. Присташу: E * g = 1,0555•ρОП•C *2 L , ГПa; спектральную плотность энергии поглощения при накоплении малоцикловой усталости по В.М. Берману: ωиз.э = τсд-о.эт•fсд-о.эт; ГПа/с; энергоемкость разрушения, формируемую релаксационно-модулируюшей инфрачастотой, по Р.М. Штейнцайгу, Г.Я. Воронкову и А.В. Берману:
Figure 00000015

(журнал "Открытые горные породы", 1999, стр. 65-68); спектральную плотность освобождаемой энергии в устье усталостной трещины по А.А. Гриффиту и Дж. Р. Ирвину, равную интегралу И.Р. Райса, то есть J1C-f = Hw.мв•lпн, МДж/м2, и эталонную трещиностойкость стали
Figure 00000016

в момент Т0=0 установки изделия на эксплуатацию.The coefficient of metomorphism according to T.I. Berman - K * mm and the strain rate coefficient - dV *, m / s, with a maximum energy angle α * = 45 * + 0.5ρ * according to E.Z. Pozin (EZ Pozin "Coal Resistance to Tool Destruction", Moscow, 1972, p. 450); the width of the plastic zone is dn * in a plane stress state (in meters). These parameters, depending on d * sz, determine the reference minimum shear-separation stress according to A.V. Berman, i.e.
Figure 00000014

Next, determine the modulus of dynamic elasticity according to V.V. Pristash: E * g = 1,0555 • ρ OD • C * 2 L , GPa; spectral energy density of absorption during the accumulation of low-cycle fatigue according to V.M. Berman: ω iz = τ sd-o.et • f sd-o.et ; GPa / s; fracture energy intensity, formed by relaxation-modulating infra-frequency, according to R.M. Steinzaigu, G.Ya. Voronkov and A.V. Berman:
Figure 00000015

(magazine "Open rocks", 1999, p. 65-68); spectral density of released energy at the mouth of a fatigue crack according to A.A. Griffith and J.R. Irwin, equal to the integral of I.R. Rice, that is, J 1C-f = H w.mv • l mon , MJ / m 2 , and the reference crack resistance of steel
Figure 00000016

at the moment T 0 = 0 the installation of the product for operation.

На втором этапе, после определения эталонных параметров, определяют физико-механические параметры полностью деградироваиного металла стальных металлоконструкций с использованием табл. 1 и 2 и физических зависимостей, изложенных выше, при диаметре субзерна d*сз.д=0,043295 мм (см. табл. 2), т. е. при габаритном зерне деградированной структуры, по формуле d*з.д=6•d*з.At the second stage, after determining the reference parameters, the physicomechanical parameters of the completely degraded metal of steel metal structures are determined using the table. 1 and 2 and the physical dependencies described above, with a sub-grain diameter d * szd = 0.043295 mm (see table 2), i.e., with a dimensional grain of a degraded structure, according to the formula d * zd = 6 • d * s .

Для определения предела текучести σт.д полностью деградированного металла стали используют зависимость σт.д = kт-сд•τсд-о.д, где коэффициент перехода

Figure 00000017

а для определения относительного сужения ψсу-д полностью деградированного металла стали используют зависимость ψсу-д = ψэ•Kμ-ψ, где
Figure 00000018

при этом относительное удлинение δуд-д = 0,2867794•ψсу-д = ψсу-д/tgρо.д.
Резонансы на ультразвуковой частоте и на других частотах, т.е. fузк.сз-д, fсд-о.д, fмр.д, fмс.д и fмв.д определяют по табл. 2.To determine the yield strength σ etc of a fully degraded steel metal, use the dependence σ etc = k t-sd • τ sd-od , where the transition coefficient
Figure 00000017

and to determine the relative narrowing ψ su-d of a completely degraded steel metal, use the dependence ψ su-d = ψ e • K μ-ψ , where
Figure 00000018

in this case, the elongation δ beats-d = 0.2867794 • ψ su-d = ψ su-d / tgρ od
Resonances at the ultrasonic frequency and at other frequencies, i.e. f narrow szd , f sd-od , f md , f msd and f md are determined from the table. 2.

Расчет коэффициента трещиностойкости К1с-f.д выполняют по формуле

Figure 00000019

где μд - динамическая вязкость деградированного металла;
ωиз-д = - спектральная плотность энергии поглощения, ГПа/с;
lпн - периметр поверхностного натяжения при плоской деформации, м (табл. 1).The calculation of the coefficient of crack resistance K 1s-f.d is performed according to the formula
Figure 00000019

where μ d is the dynamic viscosity of the degraded metal;
ω of d = - the spectral density of the absorption energy, GPa / s;
l Mon - the perimeter of surface tension during plane deformation, m (table. 1).

Указанные выше формулы основаны на том, что в момент полной деградации металла продольная скорость звука С* уменьшается и становится равной поперечной скорости звука С*s.эт эталонного металла. Поэтому, зная величину С*s.эт= 0,637•С*L по Г.М. Авчяну, можно определить и величину С*=С*s.эт, м/с.The above formulas are based on the fact that at the time of complete degradation of the metal, the longitudinal velocity of sound C * Ld decreases and becomes equal to the transverse velocity of sound C * s . Et of the reference metal. Therefore, knowing the value of C * s.et = 0.637 • C * L according to G.M. Avchyan, it is possible to determine the value of C * Ld = C * s . Et , m / s.

Затем, на третьем этапе, т.е. в период эксплуатации механической системы, когда уже определены эталонные параметры и параметры на момент полной деградации металла, определяют физико-механические параметры при фиксированном времени эксплуатации, т.е. на момент замеров Тi, используя формулы второго этапа.Then, in the third stage, i.e. during the operation of the mechanical system, when reference parameters and parameters at the time of complete metal degradation have already been determined, physicomechanical parameters are determined at a fixed operating time, i.e. at the time of measurements T i using the formulas of the second stage.

В период эксплуатации экспериментально определяются следующие параметры на момент замеров:
fузк.сз.i - ультразвуковая частота излучения;
fсд-о.i - резонансная частота сдвига-отрыва, Гц;
fмр.i - релаксационно-модулирующая частота двойникования, Гц;
fмc.i - рекласационно-модулирующая частота скольжения винтовых дислокаций, Гц;
fмв.i - релаксационно-модулирующая инфрачастота, Гц.
During operation, the following parameters are experimentally determined at the time of measurement:
f narrow.sz.i - ultrasonic frequency of radiation;
f sd-o.i is the resonant shear-separation frequency, Hz;
f Mr.i - relaxation modulating twinning frequency, Hz;
f mc.i - advertising modulating sliding frequency of screw dislocations, Hz;
f mv.i - relaxation modulating infra-frequency, Hz.

По этим параметрам, то есть с пятикратным дублированием по взаимосвязанным частотам, определяется величина субзерна d*сз.i на фиксированный момент времени эксплуатации Тi (по табл. 1), а по ней все физико-механические параметры металла по аналогичным формулам второго этапа способа (см. чертеж).According to these parameters, that is, with fivefold duplication by the interconnected frequencies, the subgrain value d * sz.i is determined for a fixed moment of operation time T i (according to Table 1), and from it all the physical and mechanical parameters of the metal according to similar formulas of the second stage of the method (see drawing).

Таким образом, изобретение содержит три этапа анализа исследований и расчетов, определяющих эталонные физико-механические параметры металла, аналогичные параметры на момент его полной деградации и на фиксированное время эксплуатации, т.е. на момент замеров. Thus, the invention contains three stages of analysis of studies and calculations that determine the standard physical and mechanical parameters of the metal, similar parameters at the time of its complete degradation and for a fixed operating time, i.e. at the time of measurements.

По окончании этих этапов исследований и расчетов прогноз остаточного ресурса определяют по формуле

Figure 00000020

где Ti - фиксированное время эксплуатации;
d*сз.i - диаметр субзерна на момент замеров;
d*сз.д - диаметр деградированного субзерна;
d*сз.э - диаметр эталонного субзерна.At the end of these stages of research and calculations, the forecast of residual life is determined by the formula
Figure 00000020

where T i - fixed operating time;
d * sz.i - the diameter of the subgrain at the time of measurement;
d * sz.d - diameter of the degraded subgrain;
d * sz.e - diameter of the reference subgrain.

Полный ресурс Тр металла изделия равен
Tp = ΔTп+Ti.
Величина ΔTп может быть в месяцах, годах, циклах и т.п. в зависимости от размерности Тi.
The total resource T p metal product is
T p = ΔT p + T i .
The value of ΔT p can be in months, years, cycles, etc. depending on the dimension T i .

Ниже приведен пример расчета прогноза остаточного ресурса низколегированной конструкционной стали марки 16ГС для сварных металлоконструкций экскаваторов (вид поставки: прокат листовой толщиной 40 мм). Below is an example of calculating the forecast of the residual life of low-alloy structural steel grade 16GS for welded metal structures of excavators (type of delivery: rolled sheet with a thickness of 40 mm).

Расчет производится в три этапа на основе сертификата завода-изготовителя и по формулам, изложенным выше. The calculation is carried out in three stages on the basis of the certificate of the manufacturer and according to the formulas described above.

Данные расчетов сведены в табл. 3. The calculation data are summarized in table. 3.

Определив все необходимые параметры, по формуле определяем остаточный ресурс:

Figure 00000021

Для измерения различных частот могут быть использованы известные приборы, например "Шумомер-анализатор спектра SVAN-912АЕ" польской фирмы "Свантек", изготавливаемый по японской лицензии. Этот прибор воспринимает амплитуды в динамическом диапазоне 146 децибел конденсаторными микрофонами, например, типа SV-02-1/2 при чувствительности 50 мВ/Па при 200 В поляризационного напряжения, обеспечивая частотный диапазон 2 Гц-20 кГц, что удовлетворяет всем требованиям проведения прецензионных звуковых измерений.Having determined all the necessary parameters, we determine the residual resource by the formula:
Figure 00000021

Known instruments can be used to measure various frequencies, for example, the SVAN-912AE Sound Level Analyzer Spectrum of the Polish company Svantek, manufactured under a Japanese license. This device perceives amplitudes in the dynamic range of 146 decibels by condenser microphones, for example, of type SV-02-1 / 2 at a sensitivity of 50 mV / Pa at 200 V of polarizing voltage, providing a frequency range of 2 Hz-20 kHz, which meets all the requirements for precision audio measurements.

Возможно также использование шумомеров и виброанализаторов датской фирмы "Брюль и Кьер". It is also possible to use sound level meters and vibration analyzers of the Danish company Bruhl and Kier.

Для более точного определения диаметра субзерна на момент замера в зависимости от спектра резонансных частот акустоэмиссионного излучения может быть использован график, показанный на чертеже. To more accurately determine the diameter of the subgrain at the time of measurement, depending on the spectrum of the resonant frequencies of the acoustic emission radiation, the graph shown in the drawing can be used.

Из графика следует, что резонансы эталонного спектра смещаются по частоте (уменьшаются) на момент замера и далее смещаются (уменьшаются) до величины деградации, определяющей диаметр деградированного субзерна d*сз.д.From the graph it follows that the resonances of the reference spectrum shift in frequency (decrease) at the time of measurement and then shift (decrease) to the value of degradation, which determines the diameter of the degraded subgrain d * szd .

Отождествляя участок от эталонных частот при времени эксплуатации, равном нулю, до времени Тi (время замера) с величиной изменения диаметра субзерна d*сз, прогнозируемое время остаточного ресурса от Тi до Тд (время остаточного ресурса) отождествляют с изменением от d*сз.i до d*сз.д, в результате чего определяют ΔTп, т.е. прогноз остаточного ресурса.By identifying the area from the reference frequencies at a zero operating time up to the time T i (measurement time) with the magnitude of the change in the diameter of the subgrain d * sz , the predicted residual life time from T i to T d (residual life time) is identified with the change from d * sz.i to d * sz.d , as a result of which ΔT p is determined, i.e. residual life forecast.

Изобретение позволяет исключить повторные замеры и практиктически достоверно определить остаточный ресурс, что обеспечивает, с одной стороны, долговременный прогноз остаточного ресурса, с другой, своевременную подготовку к ремонту, ремонт и замену эксплуатируемой техники, предотвращает ее простои и повышает эффективность работы объекта. EFFECT: invention allows to exclude repeated measurements and practically reliably determine the residual resource, which provides, on the one hand, a long-term forecast of the residual resource, on the other hand, timely preparation for repair, repair and replacement of operating equipment, prevents downtime and increases the efficiency of the facility.

Claims (3)

1. Способ прогноза остаточного ресурса стальных металлоконструкций механических систем, например горных машин, посредством неразрушающего контроля отклика акустоэмиссионного излучения, включающий определение спектральной плотности и эталонных физико-механических параметров стали, в том числе временного предела прочности при растяжении, предела текучести, относительного удлинения и сужения, угла трения структурных неоднородностей естественных шероховатостей, отличающийся тем, что дополнительно определяют эталонные спектры следующих резонансов на пяти диапазонах частот отклика акустоэмиссионного излучения: ультразвуковых колебаний субзерна в диапазоне 62,7-19,1 кГц, колебаний сдвига-отрыва в диапазоне 2,7-1,9 кГц, модулирующих релаксационных колебаний двойникования в диапазоне 432-82 Гц, модулирующих релаксационных колебаний структурного упрочнения в диапазоне 50,2- 17,85 Гц и модулирующих релаксационных колебаний инфрачастоты в диапазоне 4,6-4,2 Гц, а также все указанные физико-механические параметры на момент полной деградации металла и на момент замера Тi, а затем определяют остаточный ресурс ΔTп по формуле
Figure 00000022

где, d*сз.i - диаметр субзерна на момент замеров;
d*сз.д. - диаметр деградированного субзерна;
d*сз.э. - диаметр эталонного субзерна.
1. A method for predicting the residual life of steel metal structures of mechanical systems, such as mining machines, by non-destructive testing of the response of acoustic emission radiation, including determining the spectral density and reference physical and mechanical parameters of steel, including the temporary tensile strength, tensile strength, yield strength, elongation and narrowing , the friction angle of structural heterogeneities of natural roughness, characterized in that the reference spectra are further determined as follows resonances at five frequency ranges of the response of acoustic emission radiation: ultrasonic vibrations of the subgrain in the range of 62.7-19.1 kHz, shear-separation vibrations in the range of 2.7-1.9 kHz, modulating relaxation twinning oscillations in the range of 432-82 Hz, modulating relaxation vibrations of structural hardening in the range of 50.2-17.85 Hz and modulating relaxation vibrations of infrared frequency in the range of 4.6-4.2 Hz, as well as all the indicated physical and mechanical parameters at the time of complete metal degradation and at the time of measurement T i and then defined dissolved residual resource ΔT n in formula
Figure 00000022

where, d * sz.i is the diameter of the subgrain at the time of measurement;
d * sz.d. - diameter of the degraded subgrain;
d * sz.e. - the diameter of the reference subgrain.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диаметр деградированного зерна d*з.э определяют по формуле
d*з.д. = 6• d*сз.э.,
где d*з.э - диаметр эталонного зерна.
2. The method according to p. 1, characterized in that the diameter of the degraded grain d * ze is determined by the formula
d * w = 6 • d * sz.e. ,
where d * ze is the diameter of the reference grain.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что угол трения структурных неоднородностей естественных шероховатостей ρ* определяют по формуле
Figure 00000023

где ψсу - относительное сужение;
δуд - относительное удлинение.
3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the friction angle of the structural inhomogeneities of the natural roughness ρ * is determined by the formula
Figure 00000023

where ψ sou is a relative narrowing;
δ beats - elongation.
16o - угол трения адсорбировавшейся влаги в межзеренных протоках стали при рН 6-8;
диаметр эталонного зерна d*з.э. определяют по формуле
Figure 00000024

где σв - временный предел прочности при растяжении;
σт - предел текучести, а диаметр субзерна d*с.з. определяют из формулы
Figure 00000025

где fукз.-сз - частота излучения ультразвуковой энергии субзерном в диапазоне 62,7-19,1 кГц;
С*др - скорость дрейфа тепловой энергии.
16 o - the angle of friction of adsorbed moisture in the intergranular ducts of steel at pH 6-8;
diameter of the reference grain d * ze determined by the formula
Figure 00000024

where σ in - temporary tensile strength;
σ t - yield strength, and the diameter of the subgrain d * s.z. determined from the formula
Figure 00000025

where f UKS.-NW - the frequency of ultrasonic energy emission by a subgrain in the range of 62.7-19.1 kHz;
C * dr - thermal energy drift velocity.
RU2001105893/28A 2001-03-05 2001-03-05 Procedure predicting residual service life of steel structures RU2193772C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001105893/28A RU2193772C1 (en) 2001-03-05 2001-03-05 Procedure predicting residual service life of steel structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001105893/28A RU2193772C1 (en) 2001-03-05 2001-03-05 Procedure predicting residual service life of steel structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2193772C1 true RU2193772C1 (en) 2002-11-27

Family

ID=20246783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001105893/28A RU2193772C1 (en) 2001-03-05 2001-03-05 Procedure predicting residual service life of steel structures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2193772C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2543673C2 (en) * 2012-10-26 2015-03-10 ООО "Специальные Стали и Сплавы" Method of determining mechanical properties of metals
RU2685118C1 (en) * 2017-11-14 2019-04-16 Общество с ограниченной возможностью "Специальные Стали и Сплавы" Method of determining plasticity peak for metals
CN110245391A (en) * 2019-05-28 2019-09-17 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 A method of based on artificial neural network with the Hardness Prediction service life

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2543673C2 (en) * 2012-10-26 2015-03-10 ООО "Специальные Стали и Сплавы" Method of determining mechanical properties of metals
RU2685118C1 (en) * 2017-11-14 2019-04-16 Общество с ограниченной возможностью "Специальные Стали и Сплавы" Method of determining plasticity peak for metals
CN110245391A (en) * 2019-05-28 2019-09-17 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 A method of based on artificial neural network with the Hardness Prediction service life
CN110245391B (en) * 2019-05-28 2023-07-18 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 Method for predicting service life based on hardness of artificial neural network

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Razak et al. The effect of corrosion on the natural frequency and modal damping of reinforced concrete beams
Walker et al. Fatigue damage evaluation in A36 steel using nonlinear Rayleigh surface waves
Renshaw et al. The sources of heat generation in vibrothermography
Owolabi et al. Crack detection in beams using changes in frequencies and amplitudes of frequency response functions
Amjad et al. Detection and quantification of diameter reduction due to corrosion in reinforcing steel bars
US20040123665A1 (en) Nondestructive detection of reinforcing member degradation
EP2038630B1 (en) A method of determining material dependent constants of a metal object based on fatigue testing
Jin et al. Impact-based nonlinear acoustic testing for characterizing distributed damage in concrete
Zagrai∗ et al. Micro-and macroscale damage detection using the nonlinear acoustic vibro-modulation technique
Rodríguez-Roblero et al. Application of correlation analysis techniques to surface wave testing for the evaluation of reinforced concrete structural elements
Kobayashi et al. Computerized AE tomography
RU2193772C1 (en) Procedure predicting residual service life of steel structures
Kim et al. Evaluating rolling contact fatigue damage precursors with Rayleigh waves in 1060 steel
Spyrakos et al. Evaluating structural deterioration using dynamic response characterization
Farhidzadeh et al. Corrosion damage estimation in multi-wire steel strands using guided ultrasonic waves
JP2014211333A (en) Detached survey method and device inside concrete
JP2017090057A (en) Soundness evaluating and determining method for anchor bolts
Tonelli et al. Effectiveness of acoustic emission monitoring for in-service prestressed concrete bridges
RU2139515C1 (en) Method determining susceptibility of loaded material to injury and its service life
Goszczyńska et al. Assessment of the technical state of large size steel structures under cyclic load with the acoustic emission method–IADP
RU2146818C1 (en) Method determining characteristics of stress-deformed state of structural materials
RU2245543C2 (en) Product flow control method
JP2021009072A (en) Tension force evaluation method and tension force evaluation system for ground anchor
RU2457478C1 (en) Method of detecting pre-destruction zones in welded joints of heat-resistant steels
Jin The correspondence between microstructural features and acoustic nonlinearity

Legal Events

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

Effective date: 20040306