RU2279657C1 - Method of determining mechanical characteristics and physical strength criterion for workpiece - Google Patents

Method of determining mechanical characteristics and physical strength criterion for workpiece Download PDF

Info

Publication number
RU2279657C1
RU2279657C1 RU2004133996/28A RU2004133996A RU2279657C1 RU 2279657 C1 RU2279657 C1 RU 2279657C1 RU 2004133996/28 A RU2004133996/28 A RU 2004133996/28A RU 2004133996 A RU2004133996 A RU 2004133996A RU 2279657 C1 RU2279657 C1 RU 2279657C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
strength
mechanical
mechanical characteristics
parameter
determined
Prior art date
Application number
RU2004133996/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Михалевич Беленький (RU)
Дмитрий Михалевич Беленький
Александр Александрович Недбайло (RU)
Александр Александрович Недбайло
Original Assignee
Дмитрий Михалевич Беленький
Александр Александрович Недбайло
Ростовский государственный строительный университет
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 Дмитрий Михалевич Беленький, Александр Александрович Недбайло, Ростовский государственный строительный университет filed Critical Дмитрий Михалевич Беленький
Priority to RU2004133996/28A priority Critical patent/RU2279657C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2279657C1 publication Critical patent/RU2279657C1/en

Links

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: method comprises introducing indenter in the material to be tested and determining the mechanical characteristics. The physical criterion of the strength of the workpiece material is the maximum permissible stress assuming the viscous material stress to be equal to the production of the permissible strengthening coefficient by the minimum value of the yield point.
EFFECT: reduced cost.
4 tbl

Description

Изобретение относится к области машиностроения, строительства и металлургии, в частности к определению эксплутационных свойств (упругость, пластичность, вязкость, трещиностойкость и др.) и физического критерия прочности материала деталей машин.The invention relates to the field of engineering, construction and metallurgy, in particular to the determination of operational properties (elasticity, ductility, toughness, crack resistance, etc.) and the physical strength criterion for material of machine parts.

Известен способ определения механических характеристик (а.с. СССР 2079831), заключающийся в том, что в испытываемый материал внедряют конический индентор ударным способом, при этом датчик регистрирует кинематические характеристики вдавливания и определяются механические свойства по зависимостям полинома n-й степени.A known method for determining the mechanical characteristics (AS USSR 2079831), which consists in the fact that a conical indenter is introduced into the test material by the shock method, while the sensor registers the kinematic indentation characteristics and determines the mechanical properties by the dependences of the nth degree polynomial.

Известен патент РФ № 2128330, который реализуется в следующем: производится внедрение индентора в испытуемый материал и регистрация датчиком, при этом датчиком регистрируется кинематические характеристики ударного вдавливания и передаются аналого-цифровым преобразователем в электронное устройство. Обрабатываются заложенными в устройство программными комплексами, в результате чего определяются механические свойства, их рассеивания, формируется малая выборка для статистического контроля и подготавливается выходная форма, содержащая максимальное, минимальное и среднее значения всех механических характеристик с указанными ошибками их определения.Known RF patent No. 2128330, which is implemented as follows: the indenter is introduced into the test material and registered by the sensor, while the sensor records the kinematic characteristics of impact indentation and is transmitted by an analog-to-digital converter to an electronic device. They are processed by the software systems embedded in the device, as a result of which the mechanical properties and their dispersion are determined, a small sample is formed for statistical control and an output form is prepared containing the maximum, minimum and average values of all mechanical characteristics with the indicated errors in their determination.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является патент РФ № 2234692, 2004 г., сущность которого заключается в том, что производится внедрение индентора в испытуемый материал, регистрация датчиком кинематических характеристик и последующее определение механических свойств, далее отбираются единицы материала с наименьшими значениями относительного удлинения и ударной вязкости и из них изготавливают стандартные образцы для испытания на одноосное растяжение, затем на разрывной машине к материалу первого образца прикладываются напряжения, равные пределу текучести, а к материалу каждого последующего прикладывают большее напряжение, выше предела текучести на принятую величину приращения напряжения, и так до напряжения, при котором происходит разрушение образца, из растянутых образцов, исключая разрушенный, изготавливают стандартные образцы для испытаний на ударную вязкость, которые разрушают на маятниковом копре, после чего производят фактографический анализ характера излома для определения образца с 80% вязкой составляющей, и определяется коэффициент упрочнения этого образца, а затем вычисляется физический критерий прочности материала.Closest to the proposed invention is RF patent No. 2234692, 2004, the essence of which is that the indenter is introduced into the test material, the kinematic characteristics are recorded by the sensor and the mechanical properties are subsequently determined, then the units of material with the lowest values of elongation and impact are selected viscosity and standard samples are made from them for uniaxial tensile testing, then, using a tensile testing machine, stresses are applied to the material of the first sample equal to the yield strength, and a greater stress is applied to the material of each subsequent one, higher than the yield strength by the accepted value of the stress increment, and so on to the stress at which the specimen breaks down, from the stretched specimens, excluding the broken, standard specimens for impact testing are made which are destroyed on the pendulum head, after which a factual analysis of the nature of the fracture is carried out to determine a sample with an 80% viscous component, and the hardening coefficient et th sample, and then calculates the physical strength criterion material.

Недостатком данного способа является невозможность перейти от физического критерия прочности образца к физическому критерию прочности материала детали.The disadvantage of this method is the inability to move from the physical criterion of the strength of the sample to the physical criterion of the strength of the material of the part.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что производится внедрение индентора в испытуемый материал, регистрация датчиком кинематических характеристик ударного вдавливания и определение механических характеристик, далее отбираются образцы исходного материала, у которых выявлены наименьшие значения относительного удлинения и ударной вязкости, из этих единиц изготавливают стандартные образцы для испытания на одноосное растяжение и поочередно подвергают растяжению на разрывной машине, с напряжениями от предела текучести и выше до разрушения с заданным шагом, после растяжения на всех растянутых образцах, исключая разрушенный, проводят стандартные испытания на ударную вязкость, после чего производится фрактографический анализ характера излома, определяется i-ый образец, в изломе которого вязкая составляющая находится на уровне 80%, определяется коэффициент упрочнения KiiTi этого образца, равный отношению приложенного к нему напряжения σi к пределу текучести σTi данного образца, при этом Ki считается допустимым коэффициентом упрочнения из условия вязкого разрушения, Кiдоп, при этом полученные механические свойства исходного материала статистически обрабатываются с помощью трехпараметрического закона ВейбуллаThe essence of the invention lies in the fact that the indenter is introduced into the test material, the kinematic characteristics of the shock indentation are recorded by the sensor and the mechanical characteristics are determined, then the samples of the starting material are selected, which have the lowest relative elongation and impact strength values, standard samples are made from these units for uniaxial tensile tests and alternately subjected to tensile testing on a tensile testing machine, with stresses from the yield strength ty and higher to fracture with a given step, after stretching on all stretched specimens, excluding fractured, conduct standard tests for impact strength, after which a fractographic analysis of the nature of the fracture is carried out, the i-th specimen is determined, in the fracture of which the viscous component is at the level of 80% determined hardening coefficient K i = σ i / σ Ti of this sample, which is the ratio of the applied thereto σ i to the yield stress σ Ti given sample, the K i is considered valid from the condition of hardening coefficient Knitted one fracture, K i = K ext, the obtained mechanical properties of the starting material statistically processed using a three-parameter Weibull distribution law

Figure 00000001
Figure 00000001

где β, μ, k - соответственно параметры сдвига, масштаба и формы, далее изготовляют одну деталь из исходного материала, аналогичным образом, как и в исходном материале, определяются механические характеристики материала детали Хiмд, полученные механические свойства также обрабатываются на закон Вейбулла, после чего определяют коэффициент наклепа для данной механической характеристики

Figure 00000002
(где Xi - i-я механическая характеристика исходного материала), и тогда для i-ой механической характеристики материала детали уравнение трехпараметрического закона Вейбулла примет видwhere β, μ, k are, respectively, the parameters of shear, scale, and shape, then one piece is made of the source material, in the same way as in the source material, the mechanical characteristics of the material of the part Ximd are determined , the obtained mechanical properties are also processed by Weibull's law, after what determine the hardening coefficient for a given mechanical characteristic
Figure 00000002
(where X i is the ith mechanical characteristic of the source material), and then for the ith mechanical characteristic of the material of the part, the equation of the three-parameter Weibull law takes the form

Figure 00000003
Figure 00000003

далее определяется минимальное значение i-ой механической характеристики материла деталиthen the minimum value of the ith mechanical characteristic of the material of the part is determined

Figure 00000004
Figure 00000004

и вычисляется минимальное значение предела текучести материала деталиand calculates the minimum yield strength of the material of the part

Figure 00000005
Figure 00000005

Тогда физический критерий прочности материала детали - максимальное допустимое напряжение из условия вязкого напряжения материала детали σпред мд равно произведению допустимого коэффициента упрочнения Кдоп на минимальное значение предела текучести материала детали σТмд min Then the physical criterion for the strength of the material of the part is the maximum allowable stress from the condition of viscous stress of the material of the part σ before MD is equal to the product of the allowable hardening coefficient K add to the minimum value of the yield strength of the material of the component σ Tmd min

Figure 00000006
Figure 00000006

Изложенная сущность изобретения обосновывается следующим.The essence of the invention is justified by the following.

Отказ элемента конструкции соответствует случаю превышения нагрузки прочности его материала. Поэтому очевидно, что отсутствие отказа будет обеспечено тогда, когда нагрузка будет меньше прочности. Однако величины нагрузки и прочности являются случайными величинами.The failure of a structural element corresponds to the case of exceeding the load strength of its material. Therefore, it is obvious that the absence of failure will be ensured when the load is less than the strength. However, the load and strength values are random values.

В соответствии с теорией вероятностей случайной величиной называется величина, которая в результате опыта может принять то или иное значение, причем не известно заранее, какое именно. Так как величины нагрузки и прочности имеют значения, непрерывно заполняющие некоторые промежутки, то она является непрерывной случайной величиной.In accordance with the theory of probability, a random variable is a quantity that, as a result of experience, can take one or another value, and it is not known in advance which one. Since the values of load and strength have values that continuously fill some gaps, it is a continuous random variable.

Очевидно, при расчете прочности необходимо учитывать не все возможные нагрузки, а только ее максимальную величину. Поэтому необходимо ввести событие - превышение нагрузки максимальной величины Nmax. Чтобы такое событие не происходило, необходимо, чтобы вероятность события - превышение нагрузки максимальной величины имело малую вероятность.Obviously, when calculating the strength, it is necessary to take into account not all possible loads, but only its maximum value. Therefore, it is necessary to introduce an event - load exceeding the maximum value N max . To prevent such an event from happening, it is necessary that the probability of the event - exceeding the load of the maximum value have a low probability.

Также очевидно, что при расчете прочности элемента надо учитывать только минимальные значения прочности Пmin. Отсюда необходимо иметь в виду событие - прочность меньше минимальной величины. Чтобы это событие было невозможно, необходимо, чтобы вероятность его наступления была также мала.It is also obvious that when calculating the strength of an element, only the minimum strength values P min must be taken into account. From here it is necessary to keep in mind the event - the strength is less than the minimum value. To make this event impossible, it is necessary that the probability of its occurrence is also small.

Очевидно, вероятностный расчет должен заключаться в определении равенства при заданной, малой вероятности величины максимальной нагрузки и минимальной прочностиObviously, a probabilistic calculation should consist in determining the equality for a given, low probability of the maximum load and minimum strength

Figure 00000007
Figure 00000007

Это весьма простая формула имеет фундаментальное значение для вероятностных расчетов. Ведь она определяет для деталей машин и элементов конструкций одновременно отсутствие их отказов в течение всего времени и исключение запаса прочности, неизбежно вызывающего «избыточность» в их массе и качестве материалов. Переход на такой расчет переводит будущие машины и металлоконструкции на принципиально новый качественный уровень.This very simple formula is fundamental to probabilistic calculations. Indeed, it determines for machine parts and structural elements the simultaneous absence of their failures throughout the entire time and the exclusion of the safety margin, which inevitably causes “redundancy” in their mass and quality of materials. The transition to such a calculation takes future machines and metal structures to a fundamentally new qualitative level.

Как известно, расчеты деталей машин и элементов конструкций на прочность должны производиться в предположении наименее благоприятного сочетания внешних нагрузок и прочностных свойств материала конструкции: нагрузки применяются в расчете максимальные, а прочность материалов - минимальная, для того чтобы в эксплуатации избежать поломок и аварий. Однако на практике как нагрузки, так и прочность материалов обнаруживают случайные вариации под воздействием многочисленных факторов, по-разному складывающихся в процессе изготовления и эксплуатации конструкций. Эти вариации практически можно учесть только коэффициентами запаса прочности, которые устанавливаются волевыми решениями при проектировании конструкций.As is known, strength calculations of machine parts and structural elements should be carried out under the assumption of the least favorable combination of external loads and strength properties of the structural material: the loads are used in the calculation and the strength of the materials is minimal in order to avoid breakdowns and accidents in operation. However, in practice, both the load and the strength of the materials exhibit random variations under the influence of numerous factors that develop in different ways during the manufacture and operation of structures. These variations can practically be taken into account only by safety factors, which are established by strong-willed decisions in the design of structures.

Асимптотическое распределение крайних членов выборки получено Р.Фишером и Л.Типпетом в 1928 г. Они показали, что при некоторых условиях регулярности для аппроксимации крайних членов выборки может быть использовано распределение одного из трех типов:The asymptotic distribution of the extreme members of the sample was obtained by R. Fisher and L. Tippet in 1928. They showed that under certain regularity conditions, one of three types of distribution can be used to approximate the extreme members of the sample:

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

где μ, β и k - параметры сдвига, масштаба и формы.where μ, β, and k are the parameters of shear, scale, and shape.

Первый и второй типы распределения характеризуют распределения для максимального члена выборки, а третий тип - распределения для минимального члена выборки.The first and second types of distributions characterize the distributions for the maximum member of the sample, and the third type characterizes the distributions for the minimum member of the sample.

Минимальную прочность Пmin из уравнения (1) можно представить как минимальные значение механических характеристик, распределения которых соответствуют третьему типу распределения по Фишеру и Типпету. Позже в литературе это распределение стало именоваться трехпараметрическим законом Вейбулла.The minimum strength P min from equation (1) can be represented as the minimum value of the mechanical characteristics, the distributions of which correspond to the third type of distribution according to Fisher and Tippet. Later in the literature, this distribution became known as the three-parameter Weibull law.

Плотность распределения этого законаDistribution density of this law

Figure 00000011
Figure 00000011

Одним из наиболее существенных преимуществ закона Вейбулла является тот факт, что значение параметра сдвига μ позволяет судить о минимальном значении описанного этим законом механического свойства, то есть позволяет сделать вывод о том, что в исследуемой выборке не найдется ни одного значения механического свойства меньше, чем μ. Естественно, что этот параметр в зависимости от объема выборки n имеет некоторое рассеивание. Р. Дабаем установлено, что оценки параметра μ распределены асимптотически нормально с дисперсиейOne of the most significant advantages of the Weibull law is the fact that the value of the shear parameter μ allows us to judge the minimum value of the mechanical property described by this law, that is, it can be concluded that in the sample under study there are no values of the mechanical property less than μ . Naturally, this parameter, depending on the sample size n, has some scattering. R. Dhabai found that estimates of the parameter μ are asymptotically distributed normally with dispersion

Figure 00000012
Figure 00000012

Определение минимального значения механической характеристики в этом случае сводится к известной задаче нахождения доверительного интервала для математического ожидания, которым является параметр сдвига μ. Доверительный интервал для величины μThe determination of the minimum value of the mechanical characteristic in this case reduces to the well-known problem of finding the confidence interval for the mathematical expectation, which is the shift parameter μ. Confidence interval for μ

Figure 00000013
Figure 00000013

где β - доверительная вероятность, противоположная значению ранее назначенной малой вероятности наступления события - появления минимального значения механической характеристики. Можно рекомендовать β в пределах 0,95-0,99.where β is the confidence probability opposite to the value of the previously assigned low probability of the occurrence of the event - the appearance of the minimum value of the mechanical characteristic. You can recommend β in the range of 0.95-0.99.

tβ - число средних квадратичных отклонений нормального закона, которые надо отложить вправо и влево от центра рассеивания, чтобы вероятность попадания в интервал Iβ была равна β. Величина tβ определяется в зависимости от принятого значения β.t β is the number of mean square deviations of the normal law that must be put aside to the right and left of the scattering center so that the probability of falling into the interval I β is equal to β. The value of t β is determined depending on the accepted value of β.

Минимальное значение механической характеристики:Minimum value of mechanical characteristic:

Figure 00000014
Figure 00000014

Если механические характеристики материала металлопроката и материала детали распределяются по трехпараметрическому закону Вейбулла и имеют разные параметры, то для перехода от распределения механической характеристики материала металлопроката к распределению материала детали могут быть использованы два особых свойства трехпараметрического закона Вейбулла. Первое свойство заключается в инвариантности параметров масштаба β и формы k относительно сдвига вдоль оси Ох. Изменяется при этом только параметр μ на некоторую величину. Второе свойство: при умножении значений выборки на какое-либо постоянное число λ≠0 параметры масштаба β и сдвига μ умножаются на это число, а параметр формы k остается без изменения. Эти два свойства будут использованы в дальнейшем при построении коэффициента перехода от параметра одного закона распределения к параметру другого.If the mechanical characteristics of the rolled metal material and the part material are distributed according to the Weibull three-parameter law and have different parameters, then two special properties of the Weibull three-parameter law can be used to move from the distribution of the mechanical characteristics of the rolled metal material to the distribution of the material of the part. The first property is the invariance of the parameters of scale β and shape k with respect to the shift along the Ox axis. In this case, only the parameter μ changes by a certain amount. The second property: when the sample values are multiplied by some constant number λ ≠ 0, the scale and β parameters are multiplied by this number, and the shape parameter k remains unchanged. These two properties will be used later in constructing the transition coefficient from the parameter of one distribution law to the parameter of the other.

Данные обширных экспериментальных исследований (на объединении «Ростсельмаш» в 70-х годах прошлого столетия, марки стали ст.3, 20, 35, 45, 40Х, в конце 80-х годов прошлого века стали ст.3, 15, 20, 30, 35, 45, 40Х, также поставляемых «Ростсельмашу», на заводе «Амурсталь» исследовались данные контроля определения механических характеристик четырех марок стали: ст.3кп, ст.3пс, ст.3сп и 09Г2С, на Таганрогском металлургическом заводе по данным контрольных испытаний были рассмотрены выборки по трем маркам стали: 20, 30ХГА и 12Х1810Г, на заводе «Азовсталь» были рассмотрены выборки по четырем маркам стали: 09Г2С, РСД-40, РСД-32, 40Х, и последние исследования механических характеристик следующих марок сталей: Ст.3, 15, 20, 25, 09Г2С, арматурных сталей 3пс ⌀16, 35ГС ⌀14, 35ГС ⌀16 [Беленький Д.М., Косенко Е.Е. Минимальные значения и рассеивание механических характеристик строительных сталей. /Изв. вузов. Строительство. 2003. № 6; Беленький Д.М., Вернези Н.Л., Косенко Е.Е. О прочностных возможностях арматурных сталей./ Бетон и железобетон. 2004. № 3]) показывают, что в подавляющем большинстве случаев для аналитического описания распределения механических характеристик прокатной стали предпочтительным оказывается трехпараметрический закон Вейбулла, в меньшем - трехпараметрического логарифмически-нормальный закон и лишь в малом числе случаев - нормальный закон.The data of extensive experimental research (at the Rostselmash association in the 70s of the last century, steel grades st. 3, 20, 35, 45, 40X, at the end of the 80s of the last century st. 3, 15, 20, 30 , 35, 45, 40X, also supplied to Rostselmash, at the Amurstal plant, the control data for determining the mechanical characteristics of four steel grades were examined: st.3 kp , st.3 ps , st.3 sp and 09G2S, at the Taganrog Metallurgical Plant at The data from the control tests examined samples for three steel grades: 20, 30KHGA and 12Kh1810G, at the Azovstal plant they examined Samples for four grades of steel: 09Г2С, RSD-40, RSD-32, 40Х, and recent studies of the mechanical characteristics of the following grades of steel: St.3, 15, 20, 25, 09G2S, reinforcing steels 3ps ⌀16, 35GS ⌀14, 35GS ⌀16 [Belenky DM, Kosenko EE Minimum values and dispersion of the mechanical characteristics of building steels. / Izv. High schools. Construction. 2003. No. 6; Belenky DM, Vernezi NL, Kosenko E .E. On the strength capabilities of reinforcing steels. / Concrete and reinforced concrete. 2004. No. 3]) show that in the vast majority of cases for the analytical description of the distribution of the mechanical characteristics of rolled steel, the three-parameter Weibull law is preferable, in the smaller - the three-parameter log-normal law, and only in a small number of cases the normal law.

Для окончательного решения этого вопроса были исследованы механические свойства наиболее распространенных углеродистых марок сталей - Ст.3, 15, 20, 30, 35, 45, 40Х.For a final solution to this issue, the mechanical properties of the most common carbon steel grades were investigated - St.3, 15, 20, 30, 35, 45, 40X.

При составлении выборок для испытаний на растяжение и ударную вязкость была сделана попытка достижения максимальной репрезентативности, т.е. максимальных условий реализации исследуемых случайных величин. Для этого образцы подготавливались следующим образом: каждый образец вырезался из разного прутка металлопроката; в выборке присутствовало не более трех образцов одной плавки; образцы вырезались из партии поставок разных металлургических заводов, выпускающих данную марку стали.When compiling samples for tensile and toughness tests, an attempt was made to achieve maximum representativeness, i.e. maximum conditions for the implementation of the studied random variables. For this, the samples were prepared as follows: each sample was cut from a different rolled metal bar; no more than three samples of the same heat were present in the sample; samples were cut from the supply of various metallurgical plants producing this steel grade.

Для получения значений пределов текучести и прочности, относительного удлинения проводились стандартные испытания на разрывной машине ИР-200, а ударная вязкость определялась на маятниковом копре типа PSWO-30. До начала разрушения образцов обратные поверхности их головок измерялась твердость по Бринеллю.To obtain the values of yield strength and strength, elongation, standard tests were carried out on an IR-200 tensile testing machine, and the impact strength was determined on a pendulum head type PSWO-30. Before the destruction of the samples, the reverse surfaces of their heads were measured with Brinell hardness.

Для получения однозначного критерия ω2 Мизеса (соответствия эмпирического распределения предполагаемым теоретическим распределениям) объем каждой выборки принимался одинаковой величины, равный 100. Кроме того, в соответствии с ГОСТ 11.006-74 уровень значимости для проверки нуль-гипотезы принимался равным 0,1. В качестве предполагаемых теоретических распределений были выбраны три: 1) трехпараметрическое Вейбулла; 2) трехпараметрическое логарифмически-нормальное; 3) нормальное.To obtain an unambiguous ω 2 Mises criterion (correspondence of the empirical distribution to the expected theoretical distributions), the volume of each sample was taken to be the same value equal to 100. In addition, in accordance with GOST 11.006-74, the significance level for testing the null hypothesis was taken to be 0.1. As the proposed theoretical distributions, three were chosen: 1) a three-parameter Weibull; 2) three-parameter log-normal; 3) normal.

Параметры этих распределений оценивались методом максимального правдоподобия.The parameters of these distributions were estimated using the maximum likelihood method.

Критерий ω2 вычисляется по формулеThe criterion ω 2 is calculated by the formula

Figure 00000015
Figure 00000015

где хi(i=1, 2 ..., 100) - результаты наблюдений;where x i (i = 1, 2 ..., 100) are the results of observations;

F(xi) - значение функции теоретического распределения при значении аргумента, равное хi.F (x i ) is the value of the theoretical distribution function with an argument value equal to x i .

Неизбежность появления и рост трещин при прокатке и обработке детали ставит вопрос о контроле за ростом трещин во время эксплуатации конструкции. В принципе, «точным» вероятностным расчетом можно ограничить возникающие при эксплуатации максимальные напряжения, которые бы соответствовали минимальным значениям предела текучести материала элементов конструкций. Однако практически в большинстве случаев неизбежны нештатные ситуации, когда нагрузки могут кратковременно вызвать значительные напряжения и соответствующие им значительные пластические деформации. Кроме того, предел текучести является макроскопической величиной, при которой возможны скалывающие напряжения в системе скольжения наиболее «слабых» кристаллов и появления в них пластических деформаций. В ряде случаев, когда отсутствуют жесткие ограничения по величине деформаций, экономически выгодно предусмотреть в элементах конструкций пластические деформации. И, наконец, предел текучести является только характеристикой прочности и не учитывает пластические свойства материала, которые весьма важно знать при повышенных и низких температурах, ударных нагрузках, переменных напряжениях. Поэтому экономически выгодно иметь одну физическую характеристику прочности, обеспечивающую прочность и пластичность материала, что позволяет при конструировании и последующей технологической подготовке выпуска машин и конструкций предусматривать наиболее (с позиции минимальных затрат) оптимальный материал.The inevitability of the appearance and growth of cracks during rolling and processing of the part raises the question of controlling the growth of cracks during operation of the structure. In principle, the “exact” probabilistic calculation can limit the maximum stresses arising during operation that would correspond to the minimum values of the yield strength of the material of structural elements. However, in most cases, emergency situations are inevitable when loads can cause significant stresses and significant plastic deformations corresponding to them for a short time. In addition, the yield strength is a macroscopic quantity at which shearing stresses in the slip system of the most “weak” crystals and the appearance of plastic deformations in them are possible. In some cases, when there are no strict restrictions on the magnitude of deformations, it is economically feasible to provide plastic deformations in structural elements. And, finally, the yield strength is only a characteristic of strength and does not take into account the plastic properties of the material, which are very important to know at elevated and low temperatures, shock loads, and alternating stresses. Therefore, it is economically feasible to have one physical strength characteristic that ensures the strength and ductility of the material, which allows for the design (and at the lowest cost) of the optimal material for the design and subsequent technological preparation of the production of machines and structures.

После проверки гипотезы о соответствии каждого эмпирического распределения трем предполагаемым теоретическим распределениям по величине критерия ω2 и принятом уровне значимости, равном 0,1, оказалось, что многие выборки согласуются одновременно с двумя и тремя различными теоретическими распределениями. При этом следует отметить, что если критерий ω2 при данном объеме исследуемых выборок является величиной однозначной и точно вычисляется по формуле (9), то вопрос о выборе величины уровня значимости является в известной мере вопросом неопределенным, который не может быть решен из математических соображений. Поэтому проверка гипотезы о принадлежности каждой используемой выборки к конкретному теоретическому распределению по величине ω2 и условно принятому уровню значимости не может быть однозначной. По этой причине вопрос о принимаемом теоретическом распределении решался на основе сравнения полученных значений ω2 для рассматриваемых теоретических распределений.After testing the hypothesis that each empirical distribution corresponds to the three proposed theoretical distributions according to the value of the criterion ω 2 and the accepted significance level of 0.1, it turned out that many samples are consistent with two and three different theoretical distributions. It should be noted that if the criterion ω 2 for a given volume of the studied samples is unambiguous and precisely calculated by formula (9), then the question of choosing the value of the significance level is to some extent an uncertain question that cannot be solved from mathematical considerations. Therefore, testing the hypothesis that each used sample belongs to a specific theoretical distribution in terms of ω 2 and a conditionally accepted level of significance cannot be unambiguous. For this reason, the question of the accepted theoretical distribution was solved by comparing the obtained values of ω 2 for the considered theoretical distributions.

Далее нами были найдены значения критерия Мизеса для трех уровней значимости 0,08; 0,1; 0,12 (приблизительно определяющих погрешность вычисления величины ω2, в зависимости от числа опытов n, соответственно на 8%, 10%, 12%), составили соответственно ω2=2,12; ω2=1,94; ω2=1,8.Next, we found the values of the Mises criterion for three significance levels of 0.08; 0.1; 0.12 (approximately determining the error in calculating the value of ω 2 , depending on the number of experiments n, respectively, by 8%, 10%, 12%), respectively, amounted to ω 2 = 2.12; ω 2 = 1.94; ω 2 = 1.8.

Анализ данных показывает, что из 35 значений критерия Мизеса (ω2) каждого из трех аппроксимирующих законов трехпараметрический закон Вейбулла будет соответствовать уровню значимости 0,08-29 раз; логарифмически-нормальный - 21 раз; нормальный - 22 раза; при уровне значимости 0,1 соответственно 27, 20, 18; при уровне значимости 0,12 - 26, 20, 15. Что говорит нам о предпочтительности по величине ω2 и принятых уровнях значимости для исследованных марок сталей трехпараметрического закона Вейбулла.An analysis of the data shows that out of the 35 values of the Mises criterion (ω 2 ) of each of the three approximating laws, the three-parameter Weibull law will correspond to a significance level of 0.08-29 times; log-normal - 21 times; normal - 22 times; with a significance level of 0.1, respectively 27, 20, 18; at a significance level of 0.12 - 26, 20, 15. Which tells us about the preference in terms of ω 2 and the accepted significance levels for the investigated steel grades of the three-parameter Weibull law.

Для каждой марки и каждого возможного варианта ее обработки следует экспериментально определить закон распределения механических характеристик материала образца. Затем для каждой марки стали необходимо выбрать пруток, из которого нужно изготовить образец и будущую деталь. После этого необходимо обработать образец так же, как и деталь. Затем с помощью системы «Прочность» (а.с. 2128330) можно измерить механические характеристики материала обработанного образца и материала детали. В результате определяется отношение данной механической характеристики материала детали к этой же механической характеристике материала образца, которое условно назовем коэффициентом наклепа Кн.For each brand and each possible variant of its processing, the law of distribution of the mechanical characteristics of the material of the sample should be experimentally determined. Then, for each steel grade, it is necessary to choose a bar from which it is necessary to make a sample and a future part. After that, it is necessary to process the sample in the same way as the part. Then, using the "Strength" system (AS 2128330), it is possible to measure the mechanical characteristics of the material of the processed sample and the material of the part. As a result, the ratio of this mechanical characteristic of the material of the part to the same mechanical characteristic of the material of the sample is determined, which we shall conventionally call the hardening coefficient K n .

Тогда по уже известному закону распределения механической характеристики материала образца можно определить закон распределения механической характеристики материала детали благодаря особому свойству трехпараметрического закона распределения Вейбулла: инвариантности параметров масштаба β и формы k относительно сдвига по оси абсцисс. Поэтому при умножении всех значений выборки на постоянное число (в нашем случае на Кн) параметры масштаба β и сдвига μ умножаются на это число, а параметр формы k остается без изменений.Then, according to the already known law of distribution of the mechanical characteristics of the material of the sample, it is possible to determine the law of distribution of the mechanical characteristics of the material of the part due to the special property of the three-parameter Weibull distribution law: the invariance of the parameters of scale β and shape k with respect to the shift along the abscissa axis. Therefore, when all sample values are multiplied by a constant number (in our case by K n ), the parameters of scale β and shift μ are multiplied by this number, and the shape parameter k remains unchanged.

Мы экспериментально определили закон распределения механической характеристики материал образца - трехпараметрический закон Вейбулла:We experimentally determined the law of distribution of the mechanical characteristics of the sample material - the three-parameter Weibull law:

Figure 00000016
Figure 00000016

где β, μ, k - соответственно параметры сдвига, масштаба и формы. Тогда только по результатам измерения системой "Прочность" (а.с. 2128330) механических характеристик изготовленной одной детали и установления коэффициентов Кнi мы достаточно точно прогнозируем закон распределения механических характеристик деталиwhere β, μ, k are the parameters of shear, scale, and shape, respectively. Then, only according to the results of measurements by the Strength system (AS 2128330) of the mechanical characteristics of the manufactured one part and the establishment of the K n coefficients, we fairly accurately predict the distribution law of the mechanical characteristics of the part

Figure 00000017
Figure 00000017

Доверительный параметр сдвига Кнi·μ в соответствии с формулой Дабая будетThe confidence shift parameter K ni · μ in accordance with the Dabaye formula will be

Figure 00000018
Figure 00000018

При принятой доверительной вероятности β минимальное значение механической характеристики материала деталиWith the accepted confidence probability β, the minimum value of the mechanical characteristic of the material of the part

Figure 00000019
Figure 00000019

Вместе с тем нахождение физического показателя прочности сводится к обоснованию предельной величины пластической деформации, которую можно допустить в материале из условия обеспечения его прочности.At the same time, finding the physical strength index reduces to justifying the limiting value of plastic deformation, which can be allowed in the material from the condition of ensuring its strength.

Согласно патенту № 2234692 зависимость процентного содержания вязкого излома F% от коэффициента упрочнения Ку=σ/σТ позволяет установить допускаемый коэффициент упрочнения Кдоп для образцов исследуемых марок стали при комнатной температуре. Однако допускаемое напряжение из условия вязкого разрушения необходимо принять с учетом рассеивания предела текучести σТ. Очевидно, физическая характеристика прочности материала проката и детали в виде допускаемого напряжения из условия вязкого разрушения:According to patent No. 2234692, the dependence of the percentage of viscous fracture F% on the hardening coefficient K y = σ / σ T allows you to set the allowable hardening coefficient K add for samples of the studied steel grades at room temperature. However, the allowable stress from the condition of viscous fracture must be taken into account with the dispersion of the yield strength σ T. Obviously, the physical characteristic of the strength of the rolled material and the part in the form of permissible stress from the condition of viscous failure:

Figure 00000020
Figure 00000020

где σTmin - минимальная величина предела текучести конкретных видов проката и деталей.where σ Tmin is the minimum yield strength of specific types of rolled products and parts.

Характеристика прочности может быть определена при любой пониженной температуре, так как при ней возможно как увеличение величины σTmin, так и уменьшение Ку доп.The strength characteristic can be determined at any low temperature, since with it it is possible both an increase in σ Tmin and a decrease in K in add .

В процессе обработки материала до готовой детали в нем остаются не известные по величине остаточные напряжения, которые в ряде случаев могут достигать (0,7-0,8)σТ. Так как эти неизвестные напряжения снижают прочность материала, то они должны быть сняты. Для этого на каждой изготовленной детали измеряется предел текучести и "организуется" нагрузка для снятия этих напряжений.In the process of processing the material to the finished part, residual stresses unknown in magnitude remain in it, which in some cases can reach (0.7-0.8) σ T. Since these unknown stresses reduce the strength of the material, they must be removed. For this purpose, the yield strength is measured on each manufactured part and the load is "organized" to relieve these stresses.

Как следует из зависимости (14), физический показатель прочности представляет собой произведение двух величин: предельной величины коэффициента упрочнения Ку.пред и минимального значения предела текучести σТ.min. Первая величина является безразмерной, поэтому если исходный образец (с минимальными значениями ударной вязкости и относительного удлинения) подвергать разным вариантам обработки (давлением, термической, механической), то можно говорить о подобии величины упрочнения материала исходного образца и материала реальной детали в случае одинакового варианта обработки.As follows from dependence (14), the physical strength index is a product of two values: the ultimate value of the hardening coefficient K.sub.pred and the minimum value of the yield strength σ T.min . The first value is dimensionless, therefore, if the initial sample (with minimum values of impact strength and relative elongation) is subjected to different processing options (pressure, thermal, mechanical), then we can talk about the similarity of the hardening value of the material of the initial sample and the material of the real part in the case of the same processing variant .

Однако сложнее обстоит дело с минимальными значениями предела текучести. Для него отсутствует подобие между пределом текучести материала образца и материалом детали, так как предел текучести имеет размерность. Весте с тем можно использовать прием перехода от трехпараметрического закона Вейбулла распределения предела текучести к закону распределения предела текучести материала детали.However, the situation with minimum values of yield strength is more complicated. For him, there is no similarity between the yield strength of the sample material and the material of the part, since the yield strength has a dimension. Veste, however, can use the method of transition from the three-parameter Weibull law of distribution of the yield strength to the law of distribution of the yield strength of the material of the part.

При принятой доверительной вероятности β минимальное значение предела текучести материал деталиAt the accepted confidence probability β, the minimum value of the yield strength of the material of the part

Figure 00000021
Figure 00000021

Таким образом, при наличии справочных данных по величине предельного значения упрочнения Ку.пред для данной марки стали и данного варианта ее обработки и изготовлении при технологической подготовке производства только одной детали представляется возможным определить физический показатель прочности ее материала.Thus, in the presence of reference data on the magnitude of the limiting value of hardening K.sub.pred for a given steel grade and a given variant of its processing and manufacturing with technological preparation of production of only one part, it seems possible to determine the physical indicator of the strength of its material.

Тогда физический критерий прочности материала детали - максимальное допустимое напряжение из условия вязкого напряжения детали σпред мд равно произведению допустимого коэффициента упрочнения Кдоп на минимальное значение предела текучести материала детали σТмд min,Then the physical criterion for the strength of the material of the part is the maximum allowable stress from the condition of viscous stress of the part σ pre md equal to the product of the allowable hardening coefficient K add by the minimum value of the yield strength of the material σ tmd min ,

Figure 00000022
Figure 00000022

При традиционном методе расчета магистральных трубопроводов стремятся иметь повышенные значения нормативных значений пределов текучести и прочности. Поэтому в качестве материала применяют только низколегированные стали Использование физической характеристики прочности позволяет изучить возможность перехода на более дешевую качественную углеродистую сталь. Условия изготовления и эксплуатации трубопроводов требуют не только прочности материала, но также его значительной пластичности и вязкости, которые в большей степени имеют малоуглеродистые стали. Отсюда встает задача выбора оптимальной марки стали, которая обеспечит минимальные затраты на трубопроводный транспорт за счет более низкой стоимости материала, меньшей толщины стенки, отсутствия разрывов и увеличения нормативного срока службы. Однако такой выбор требует знания значений минимальных и максимальных значений всех механических характеристик трубной стали. Заметим, что эти характеристики заметно отличаются от характеристик исходной стали, ибо при изготовлении трубы ее материал, подвергаясь тому или иному пластическому деформированию, существенно меняет свои механические свойства. Так, например, прямошовные трубы (они нам представляются более предпочтительными, чем спиральношовные) получают холодным прессованием, при котором повышаются пределы текучести и прочности и уменьшаются относительное удлинение и ударная вязкость. Однако выявление статистики этих характеристик трубной стали требует репрезентативных выборок образцов, вырезаемых из труб, которые должны быть изготовлены из исходных листов разных плавок, что является весьма дорогостоящим делом.In the traditional method of calculating trunk pipelines tend to have higher values of the standard values of yield strength and strength. Therefore, only low alloy steels are used as the material. The use of the physical strength characteristics allows one to study the possibility of switching to cheaper high-quality carbon steel. The conditions for the manufacture and operation of pipelines require not only the strength of the material, but also its considerable ductility and toughness, which are more mild steel. This raises the problem of choosing the optimal grade of steel, which will provide minimal costs for pipeline transport due to the lower cost of the material, smaller wall thickness, no gaps and an increase in the standard service life. However, such a choice requires knowledge of the minimum and maximum values of all the mechanical characteristics of pipe steel. Note that these characteristics differ markedly from the characteristics of the original steel, because in the manufacture of the pipe its material, undergoing one or another plastic deformation, significantly changes its mechanical properties. So, for example, straight-seam pipes (they seem to us more preferable than spiral-seam pipes) are obtained by cold pressing, which increases the yield strength and strength and decreases the elongation and impact strength. However, the identification of statistics of these characteristics of pipe steel requires representative samples of samples cut from pipes, which must be made from the original sheets of different melts, which is a very expensive affair.

Пример реализации способа.An example implementation of the method.

Экспериментально определим физические критерии прочности и механические характеристики материала труб из сталей 09Г2С, 20, 25.We experimentally determine the physical criteria of strength and mechanical characteristics of the material of pipes made of steel 09G2S, 20, 25.

Сначала исследуется исходный лист конкретной марки стали. Для этого испытывалась 100 отрезков из стали 09Г2С при температуре +20°С. На всех отрезках с помощью системы «Прочность» были измерены механические характеристики листа Х: предел прочности σвл, предел текучести σТл, относительное удлинение δл, твердость НВл и ударная вязкость KCUл (по 5 измерений на каждом образце). Далее было отобрано по 18 отрезков с наименьшими значениями относительного удлинения и ударной вязкости, из которых были изготовлены образцы размером 220×20×10. Затем 3 образца разрушались на разрывной машине ИР-200, для усреднения значений предела прочности, предела текучести и относительного удлинения и подтверждения полученных системой «Прочность» средних значений механических характеристик листа. Полученные результаты обрабатываются с помощью трехпараметрического закона Вейбулла.First, the initial sheet of a particular steel grade is examined. For this, 100 pieces of 09G2S steel were tested at a temperature of + 20 ° C. The mechanical characteristics of the sheet Xil were measured on all segments using the Strength system: tensile strength σ ow , yield strength σ T , elongation δ l , hardness HB l and impact strength KCU l (5 measurements per sample). Next, 18 segments were selected with the lowest values of elongation and impact strength, from which samples of size 220 × 20 × 10 were made. Then 3 samples were destroyed on a tensile testing machine IR-200, to average the values of tensile strength, yield strength and elongation and confirm the average values of the mechanical characteristics of the sheet obtained by the "Strength" system. The results obtained are processed using the three-parameter Weibull law.

В общем виде выражение трехпараметрического закона распределения Вейбулла в интегральной форме для некоторой механической характеристики листаIn general terms, the expression of the three-parameter Weibull distribution law in integral form for some mechanical characteristic of the sheet

Figure 00000023
Figure 00000023

где μл, βл и k - соответственно параметры сдвига, масштаба и формы.where μ l , β l and k are the parameters of shear, scale and shape, respectively.

Значение параметра сдвига μл позволяет судить о минимальном значении описанного этим законом i-го механического свойства листа. Естественно, что этот параметр в зависимости от объема выборки n имеет некоторое рассеивание. Р. Дабаем установлено, что оценки параметра μл распределены асимптотически нормально с дисперсиейThe value of the shear parameter μ l allows us to judge the minimum value of the i-th mechanical property of the sheet described by this law. Naturally, this parameter, depending on the sample size n, has some scattering. R. Dhabai found that estimates of the parameter μ l are distributed asymptotically normally with dispersion

Figure 00000024
Figure 00000024

Определение минимального значения механической характеристики в этом случае сводится к известной задаче нахождения доверительного интервала для математического ожидания, которым является параметр сдвига μл. Доверительный интервал для величины μл The determination of the minimum value of the mechanical characteristic in this case reduces to the well-known problem of finding the confidence interval for the mathematical expectation, which is the shift parameter μ l . Confidence interval for μ L

Figure 00000025
Figure 00000025

где β - доверительная вероятность. Примем β=0,99.where β is the confidence probability. We take β = 0.99.

tβ - число средних квадратичных отклонений нормального закона, которые надо отложить вправо и влево от центра рассеивания, чтобы вероятность попадания в интервал Iβ была равна β. Его значение 2,3263.t β is the number of mean square deviations of the normal law that must be put aside to the right and left of the scattering center so that the probability of falling into the interval I β is equal to β. Its value is 2.3263.

Минимальное значение i-й механической характеристики листа:The minimum value of the i-th mechanical characteristic of the sheet:

Figure 00000026
Figure 00000026

После этого усредненный участок от σТ до σв материала листа условно разбивался на 3-4 уровня, и последующие 15 образцов подвергались растяжению (по пять штук на каждом уровне напряжения). В результате были получены образцы с различными коэффициентами упрочнения (Кyi) одноосным растяжением. Kyi выражал отношение приложенного напряжения к образцу напряжения к усредненному значению предела текучести. Далее из растянутых образцов были изготовлены стандартные образцы с размерами 10×10×54 и U-образным надрезом, затем их разрушали на маятниковом копре. После чего проводился фактографический анализ, и определялись коэффициенты упрочнения (Кдоп) с 80% вязкой составляющей.After that, the averaged section from σ T to σ in the sheet material was conditionally divided into 3-4 levels, and the next 15 samples were stretched (five pieces at each stress level). As a result, samples with different hardening coefficients (K yi ) by uniaxial tension were obtained. K yi expressed the ratio of the applied stress to the stress sample to the average value of the yield strength. Further, standard samples with dimensions of 10 × 10 × 54 and a U-shaped notch were made from stretched samples, then they were destroyed on a pendulum head. After that, a factual analysis was carried out, and hardening coefficients (K add ) with 80% viscous component were determined.

Далее из материала трубной стали 09Г2С диаметром 1420 мм было вырезано 100 образцов. Размеры образцов были соответственно 180×15×8. На всех образцах с помощью системы «Прочность» были измерены механические характеристики Хiтр: предел прочности σвтр, предел текучести σТтр, относительное удлинение δтр, твердость НВтр и ударная вязкость KCUтр (по 5 измерений на каждом образце).Further, 100 samples were cut from 09G2S pipe steel material with a diameter of 1420 mm. The sizes of the samples were respectively 180 × 15 × 8. On all the samples, the “Strength” system was used to measure the mechanical characteristics of X itr : tensile strength σ vtr , yield strength σ Ttr , elongation δ tr , hardness HB tr and impact strength KCU tr (5 measurements per sample).

В общем виде выражение трехпараметрического закона распределения Вейбулла в интегральной форме имеет для некоторой механической характеристики трубыIn general terms, the expression of the three-parameter Weibull distribution law in integral form has for some mechanical characteristic of the pipe

Figure 00000027
Figure 00000027

После чего определяются отношение механических характеристик материала трубы Хiтр и листа Х, которое условно назовем коэффициентом наклепа для данной механической характеристикиAfter that, the ratio of the mechanical characteristics of the material of the pipe X ipr and the sheet X il is determined , which we conventionally call the hardening coefficient for this mechanical characteristic

Figure 00000028
Figure 00000028

Для пределов текучести и прочности этот коэффициент будет превышать единицу, а для относительного удлинения и ударной вязкости он будет меньше единицы. Тогда по известному закону распределения i-го механического свойства листа можно определить закон распределения этого свойства трубы, благодаря особому свойству трехпараметрического закона распределения Вейбулла: при умножении всех значений выборки на постоянное число (в нашем случае на Кнi) параметры масштаба β и сдвига μ умножаются на это число, а параметр формы k остается без изменения, так как он инвариантен относительно сдвига по оси абсцисс.For the yield strength and strength, this coefficient will exceed unity, and for relative elongation and impact strength it will be less than unity. Then, according to the well-known distribution law of the ith mechanical property of the sheet, it is possible to determine the distribution law of this pipe property, thanks to the special property of the three-parameter Weibull distribution law: when we multiply all sample values by a constant number (in our case, by К нi ), the scale and β parameters are multiplied by this number, and the shape parameter k remains unchanged, since it is invariant with respect to the shift along the abscissa.

Тогда, используя коэффициент наклепа для i-ой механической характеристики, это уравнение для материала трубы примет видThen, using the hardening coefficient for the i-th mechanical characteristic, this equation for the pipe material will take the form

Figure 00000029
Figure 00000029

Доверительный интервал параметра сдвига Кнi μл в соответствии с формулой Дабая будет:The confidence interval of the shear parameter K ni μ l in accordance with the Dabaye formula will be:

Figure 00000030
Figure 00000030

При принятой доверительной вероятности β=0,99 минимальное значение i-ой механической характеристики трубыWith the accepted confidence probability β = 0.99, the minimum value of the i-th mechanical characteristic of the pipe

Figure 00000031
Figure 00000031

В соответствии с формулой (7) определяется максимальная величина механической характеристики материала трубы и соответственно величина его рассеивания.In accordance with formula (7), the maximum value of the mechanical characteristics of the pipe material and, accordingly, the amount of its dispersion is determined.

Определив, таким образом, минимальные и максимальные значения механических характеристик, получим их рассеивание Хimaximin.Having thus determined the minimum and maximum values of the mechanical characteristics, we obtain their dispersion X imax / X imin .

Для оценки рассеивания механических характеристик материала труб из стали 09Г2С в таблице 1 представлены минимальные и максимальные значения ее механических характеристик.To assess the dispersion of the mechanical characteristics of the material of pipes made of 09G2S steel, Table 1 presents the minimum and maximum values of its mechanical characteristics.

Таблица 1
Таблица минимальных и максимальных значений механических характеристик трубной стали 09Г2С.
Table 1
Table of minimum and maximum values of the mechanical characteristics of pipe steel 09G2S.
Механические характеристикиMechanical characteristics Марка трубной сталиPipe steel grade 09Г2С09G2S Предел текучести σТ, МПаYield strength σ T , MPa σтminσ t min 351,7351.7 σTmaxσ T max 512,2512.2

Figure 00000032
Figure 00000032
1,461.46 Предел прочности σв, МПаTensile strength σ in , MPa σвminσ in min 554,7554.7 σвmaxσ in max 720,8720.8
Figure 00000033
Figure 00000033
1,31.3
Относительное удлинение δ%Elongation δ% δmin δ min 23,623.6 δmax δ max 30,730.7
Figure 00000034
Figure 00000034
1,301.30
Ударная вязкость KCU, Дж/м2 Impact strength KCU, J / m 2 KCUmin KCU min 3,053.05 KCUmax KCU max 5,075.07
Figure 00000035
Figure 00000035
1,661.66
Твердость НВHardness HB HBmin HB min 135,6135.6 НВmax HB max 177.2177.2
Figure 00000036
Figure 00000036
1,311.31

Полученные экспериментальные минимальные значения механических характеристик листа из стали 09Г2С и материала трубной стали 09Г2С сведены в таблицу 2.The obtained experimental minimum values of the mechanical characteristics of a sheet of steel 09G2S and material of pipe steel 09G2S are summarized in table 2.

Коэффициент наклепа для каждой механической характеристики для стали 09Г2С представлен в таблице 3.The hardening coefficient for each mechanical characteristic for steel 09G2S is presented in table 3.

Воспользуемся найденными значениями коэффициента наклепа стали 09Г2С для прогнозирования минимальных и максимальных значений механических характеристик материала труб из сталей 20 и 25.We use the found values of the hardening coefficient of 09G2S steel to predict the minimum and maximum values of the mechanical characteristics of the material of pipes made of steels 20 and 25.

Таблица 2
Минимальные значения механических характеристик стали 09Г2С и трубной стали 09Г2С
table 2
The minimum values of the mechanical characteristics of steel 09G2S and pipe steel 09G2S
Марка сталиsteel grade Механические характеристикиMechanical characteristics σT σ T σв σ in δ%δ% KCUKCU НВHB 09Г2С09G2S 295,23295.23 397,67397.67 73,6573.65 4,34.3 220,88220.88 Трубная сталь 09Г2СPipe steel 09G2S 351,7351.7 554,7554.7 23,623.6 3,053.05 135,6135.6 Таблица 3
Значения коэффициента наклепа для каждой механической характеристики стали 09Г2С
Table 3
Hardening coefficient values for each mechanical characteristic of 09G2S steel
Механические характеристикиMechanical characteristics Коэффициент наклепа Кнi Hardening coefficient K ni Предел текучести σT, МПаYield strength σ T , MPa 1,191.19 Предел прочности σв, МПаTensile strength σ in , MPa 1,391.39 Относительное удлинение δ%Elongation δ% 0,320.32 Ударная вязкость KCU, Дж/м2 Impact strength KCU, J / m 2 0,710.71 Твердость НВHardness HB 0,630.63

Тогда для предела текучести материала трубы уравнение Вейбулла примет видThen, for the yield strength of the pipe material, the Weibull equation takes the form

Figure 00000037
Figure 00000037

Доверительный интервал параметра сдвига

Figure 00000038
в соответствии с формулой Дабая будетConfidence Interval Shift Parameter
Figure 00000038
according to the formula Dabay

Figure 00000039
Figure 00000039

Определение минимального значения механической характеристики в этом случае сводится к известной задаче нахождения доверительного интервала для математического ожидания, которым является параметр сдвига

Figure 00000038
.The determination of the minimum value of the mechanical characteristic in this case reduces to the well-known problem of finding the confidence interval for the mathematical expectation, which is the shift parameter
Figure 00000038
.

Доверительный интервал для величины

Figure 00000038
:Confidence Interval for Value
Figure 00000038
:

Figure 00000040
Figure 00000040

где β - доверительная вероятность, принимаем 0,99;where β is the confidence probability, we take 0.99;

tβ - коэффициент Стьюдента, принимаем по таблице в зависимости от доверительной вероятности и числа степени свободы n-1, его значение 2,3263.t β - Student's coefficient, taken according to the table depending on the confidence probability and the number of degrees of freedom n-1, its value is 2,3263.

При принятой доверительной вероятности β минимальное значение предела текучести материала трубыAt the accepted confidence probability β, the minimum value of the yield strength of the pipe material

Figure 00000041
Figure 00000041

Из формулы (11) определяем максимальную величину предела текучести.From formula (11) we determine the maximum yield strength.

Аналогично определяются минимальные и максимальные прогнозируемые значения механических характеристик труб из стали 20 и 25, а также их коэффициенты упрочнения.Similarly, the minimum and maximum predicted values of the mechanical characteristics of pipes made of steel 20 and 25, as well as their hardening coefficients, are determined.

Физический критерий прочности материала труб из сталей 09Г2С, 20 и 25 определялся по формулеThe physical criterion for the strength of the material of pipes made of 09G2S, 20, and 25 steels was determined by the formula

Figure 00000042
Figure 00000042

где Кдоп - допустимый коэффициент упрочнения (определяется аналогичным образом, как в патенте РФ № 2234692, 2004 г.);where K add - permissible hardening coefficient (determined in the same way as in RF patent No. 2234692, 2004);

σTminтр - минимальное значение предела текучести материала трубы.σ Tminр - the minimum value of the yield strength of the pipe material.

Результаты экспериментального определения допустимых значений коэффициентов упрочнения и физических критериев прочности материала труб для трех марок сталей представлены в таблице 4.The results of the experimental determination of the acceptable values of the hardening coefficients and physical criteria of the strength of the pipe material for three grades of steel are presented in table 4.

Таблица 4Table 4 Марка сталиsteel grade Минимальный предел текучести σTmin, МПаThe minimum yield stress σ Tmin , MPa Предельное значение коэффициента упрочнения Кдоп The limiting value of the hardening coefficient K add Физическая характеристика прочности σпред., МПаPhysical characteristic of strength σ prev. MPa Коэффициент рассеивания

Figure 00000043
Dispersion coefficient
Figure 00000043
09Г2С09G2S 351,7351.7 1,031,03 362362 1,461.46 20twenty 321,6321.6 1,421.42 455455 1,321.32 2525 327,8327.8 1,401.40 460460 1,341.34

Из данных таблицы следует, что для изготовления труб можно использовать наиболее дешевую марку стали - сталь 20. Она имеет значительную прочность в трубе (455 МПа) и достаточную ударную вязкость (4,9-13 Дж/м2).From the table it follows that for the manufacture of pipes you can use the cheapest grade of steel - steel 20. It has significant strength in the pipe (455 MPa) and sufficient impact strength (4.9-13 J / m 2 ).

Применение данного способа определения механических характеристик и физического критерия прочности материала детали позволяет в тех случаях, когда не имеется возможность изготовить образцы из материала какой-либо детали и нет информации о ее прочностных возможностях, и также нет возможности проводить масштабные испытания с большим количеством самих деталей, изучив исходный материал, из которого изготавливается сама деталь, получив его механические свойства и предельное значение коэффициента упрочнения (Кдоп), а затем, изготовив одну деталь и измерив ее механические характеристики с помощью системы «Прочность», далее получив коэффициент наклепа, получить закон распределения механических характеристик материала самой детали и соответственно информацию о минимальных значениях механических характеристик материала детали, а затем, вычислив физический критерий материала детали, информацию о прочностном резерве материала детали.The use of this method for determining the mechanical characteristics and physical strength criterion of a material of a part allows in cases where it is not possible to produce samples from the material of any part and there is no information about its strength capabilities, and it is also not possible to conduct large-scale tests with a large number of parts themselves, having studied the source material from which the part itself is made, obtained its mechanical properties and the limiting value of the hardening coefficient (K add ), and then, having made one the part and measuring its mechanical characteristics using the "Strength" system, then obtaining the hardening coefficient, obtain the distribution law of the mechanical characteristics of the material of the part itself and, accordingly, information about the minimum values of the mechanical characteristics of the material of the part, and then, calculating the physical criterion of the material of the part, information about the strength material reserve parts.

Claims (1)

Способ определения механических характеристик и физического критерия прочности материала детали, включающий внедрение индентора в испытуемый материал, регистрацию датчиком кинематических характеристик ударного вдавливания и определение механических характеристик, далее отбираются образцы исходного материала, у которых выявлены наименьшие значения относительного удлинения и ударной вязкости, из этих единиц изготавливают стандартные образцы для испытания на одноосное растяжение и поочередно подвергают растяжению на разрывной машине с напряжениями от предела текучести и выше до разрушения с заданным шагом, после растяжения на всех растянутых образцах, исключая разрушенный, проводят стандартные испытания на ударную вязкость, после чего производится фрактографический анализ характера излома, определяется i-й образец, в изломе которого вязкая составляющая находится на уровне 80%, определяется коэффициент упрочнения KiiTi этого образца, равный отношению приложенного к нему напряжения σi к пределу текучести σTi данного образца, при этом Ki считается допустимым коэффициентом упрочнения из условия вязкого разрушения, Ki=Kдоп, отличающийся тем, что полученные механические свойства исходного материала статистически обрабатываются с помощью трехпараметрического закона ВейбуллаA method for determining the mechanical characteristics and physical criterion of the strength of the material of a part, including the introduction of an indenter in the test material, registration of the kinematic characteristics of the shock indentation by the sensor and determination of the mechanical characteristics, then samples of the starting material are revealed, which have the lowest values of relative elongation and impact strength, are made from these units standard samples for uniaxial tensile testing and alternately subjected to tensile testing with stresses from the yield strength and higher to fracture with a given step, after stretching on all stretched samples, excluding the broken one, conduct standard tests for impact strength, after which a fractographic analysis of the nature of the fracture is carried out, the ith specimen is determined, in the fracture of which the viscous component is at a level of 80%, determined hardening coefficient K i = σ i / σ Ti of this sample, which is the ratio of the applied thereto σ i to the yield stress σ Ti given sample, the K i is considered acceptable to ffitsientom hardening conditions of ductile fracture, K i = K ext, characterized in that the mechanical properties of the obtained raw material is statistically processed using a three-parameter Weibull distribution law
Figure 00000044
Figure 00000044
где β, μ, k - соответственно параметры сдвига, масштаба и формы,where β, μ, k are the parameters of shear, scale, and shape, respectively, далее изготовляют одну деталь из исходного материала, аналогичным образом, как и в исходном материале, определяются механические характеристики материала детали Xiмд, полученные механические свойства также обрабатываются на закон Вейбулла, после чего определяют коэффициент наклепа для данной механической характеристикиthen one part is made from the starting material, in the same way as in the starting material, the mechanical characteristics of the material of the part are determined , and the obtained mechanical properties are also processed according to the Weibull law, after which the hardening coefficient for this mechanical characteristic is determined
Figure 00000045
Figure 00000045
где Xi - i-я механическая характеристика исходного материала,where X i - i-th mechanical characteristic of the source material, и тогда для i-й механической характеристики материала детали уравнение трехпараметрического закона Вейбулла примет видand then for the ith mechanical characteristic of the material of the part, the equation of the three-parameter Weibull law takes the form
Figure 00000046
Figure 00000046
далее определяется минимальное значение i-й механической характеристики материла деталиthen the minimum value of the ith mechanical characteristic of the material of the part is determined
Figure 00000047
Figure 00000047
и вычисляется минимальное значение предела текучести материала деталиand calculates the minimum yield strength of the material of the part
Figure 00000048
Figure 00000048
где tβ - коэффициент Стьюдента;where t β is the student coefficient; n - объем выборки;n is the sample size; КнσTμ - параметр сдвига;To nσT μ is the shear parameter; Д(КнσTμ) и Дiнiμ) - доверительный интервал параметра сдвига;Д (К нσT μ) and Д iнi μ) - confidence interval of the shift parameter; тогда физический критерий прочности материала детали - максимальное допустимое напряжение из условия вязкого напряжения материала детали σпред мд равно произведению допустимого коэффициента упрочнения Кдоп на минимальное значение предела текучести материала детали σТмд min then the physical criterion for the strength of the material of the part is the maximum allowable stress from the condition of viscous stress of the material of the part σ pre md equal to the product of the allowable hardening coefficient K add to the minimum yield strength of the material of the part σ Tmd min
Figure 00000049
Figure 00000049
RU2004133996/28A 2004-11-22 2004-11-22 Method of determining mechanical characteristics and physical strength criterion for workpiece RU2279657C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004133996/28A RU2279657C1 (en) 2004-11-22 2004-11-22 Method of determining mechanical characteristics and physical strength criterion for workpiece

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004133996/28A RU2279657C1 (en) 2004-11-22 2004-11-22 Method of determining mechanical characteristics and physical strength criterion for workpiece

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2279657C1 true RU2279657C1 (en) 2006-07-10

Family

ID=36830775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004133996/28A RU2279657C1 (en) 2004-11-22 2004-11-22 Method of determining mechanical characteristics and physical strength criterion for workpiece

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2279657C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2507496C1 (en) * 2010-04-07 2014-02-20 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Method to detect damage, device, program and computer-readable record medium for damage detection
RU2553829C1 (en) * 2014-04-01 2015-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ Method of metal mechanical testing
RU2556801C2 (en) * 2013-11-29 2015-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method for determining thermal compatibility of different structural steels in cladded product of power equipment

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2507496C1 (en) * 2010-04-07 2014-02-20 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Method to detect damage, device, program and computer-readable record medium for damage detection
RU2556801C2 (en) * 2013-11-29 2015-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method for determining thermal compatibility of different structural steels in cladded product of power equipment
RU2553829C1 (en) * 2014-04-01 2015-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ Method of metal mechanical testing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shakya et al. Effect of temperature on the mechanical properties of low relaxation seven-wire prestressing strand
Wilshire et al. Prediction of long term creep data for forged 1Cr–1Mo–0· 25V steel
da Silva et al. Statistical evaluation of the lateral–torsional buckling resistance of steel I-beams, Part 2: Variability of steel properties
Ribeiro et al. Hybrid FRP jacketing for enhanced confinement of circular concrete columns in compression
Wang et al. Fatigue behaviour of stainless steel bolts in tension and shear under constant-amplitude loading
Finozzi et al. Structural response of reinforcing bars affected by pitting corrosion: experimental evaluation
Hering et al. Damage-induced performance variations of cold forged parts
KR102526833B1 (en) Elongation flange crack evaluation method, metal plate selection method, press mold design method, part shape design method, and press part manufacturing method
RU2279657C1 (en) Method of determining mechanical characteristics and physical strength criterion for workpiece
Kadlec et al. Uncertainty of numerical models for punching resistance of RC slabs
Karmazínová Design assisted by testing–a powerful tool for the evaluation of material properties and design resistances from test results
Soraghi et al. Probabilistic model for rebar-concrete bond failure mode prediction considering corrosion
Yue Damage prediction in RC columns under low-cyclic loading using AE monitoring technique
Warren et al. A review of experimentation and computational modeling of dynamic bolt fracture
Krechkovska et al. Predicting the state of heat-resistant steel of a steam pipeline at a TPP taking into account changes in its strength due to operational damage
Sharma et al. An experimental and statistical study of normal strength concrete (NSC) to ultra high performance concrete (UHPC) interface shear behavior
Miranda-Giraldo et al. Characterization of the microstructure and mechanical behavior of electro-welded wire meshes: A case study in Colombia
Tianxiong et al. Experimental study on mechanical properties and tightening method of stainless steel high-strength bolts
Leis Effects of Flow Response on the Failure Pressure of Pipelines
Yadav et al. Study on Mechanical Properties of TMT Bars Manufactured in Nepal
Zhao Setting bar-bending requirements for high-strength steel bars
Soraghi Probabilistic characterization of bond behavior at rebar-concrete interface in corroded RC structures: Experiment, modeling, and implementation
Mehmanparast Inelastic Pre-Straining Effects on Failure Behavior of High Temperature Components
CN114781113B (en) Prediction model for crack arrest temperature of high-strength steel thick plate for ship and construction method and application thereof
Ezekiel et al. Assessment of Suitability of Selected Reinforcing Bars Used for Construction in Nigeria

Legal Events

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

Effective date: 20061123