RU2353909C2 - Способ предотвращения усталостного разрушения на основе магнитоупругости - Google Patents
Способ предотвращения усталостного разрушения на основе магнитоупругости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2353909C2 RU2353909C2 RU2007115280/28A RU2007115280A RU2353909C2 RU 2353909 C2 RU2353909 C2 RU 2353909C2 RU 2007115280/28 A RU2007115280/28 A RU 2007115280/28A RU 2007115280 A RU2007115280 A RU 2007115280A RU 2353909 C2 RU2353909 C2 RU 2353909C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angles
- stresses
- trajectories
- monitored
- grid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, в частности, для контроля состояния конструкций из ферромагнитных материалов и может найти применение в машиностроении, на транспорте, в производстве и контроле ответственных металлоконструкций. Способ заключается в нанесении координатной сетки на поверхность детали машины или элемента конструкции, испытывающей циклические нагрузки, и проведении затем измерений в узлах сетки магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством. При этом контролируют углы наклона касательных к траекториям (изостатам) наибольших главных напряжений. По результатам измерений строят график изменения значений этих углов, анализ которого позволяет сделать вывод о состоянии контролируемого изделия и своевременно с использованием всего временного ресурса до опасного накопления металлом усталости снять изделие с эксплуатации для замены или восстановительного ремонта. Технический результат заключается в расширении номенклатуры контролируемых изделий, а также обеспечении возможности контроля в реальных производственных, в том числе полевых, условиях. 3 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области прочности деталей машин и элементов инженерных конструкций из ферромагнитных материалов в условиях циклически изменяющихся напряжений и может найти применение в машиностроении, на транспорте, в производстве и контроле ответственных металлоконструкций.
Известны методы муаровых полос, сеток, реплик, используемые при изучении деформирования поверхности деталей, в том числе в зонах концентрации напряжений; при измерении пластических деформаций в зоне надреза или трещины в процессе деформирования предельных состояний или развития разрушений.
Вместе с тем ни один из этих методов не позволяет в общем случае контролировать кинетику напряженно-деформированных состояний и развитие разрушений на всех этапах исследования [1, стр.58, 59].
Эти методы требуют, чтобы исследуемая поверхность была плоской, без царапин и выбоин и тщательно обезжиренной [1, стр.66], чего в условиях реального производства достичь затруднительно. Кроме этого, необходимы предварительные операции подготовки эмульсий и растворов и их нанесения на рабочие поверхности, а также мероприятия по защите рисок сеток.
Известен также способ определения механических напряжений [2], включающий определение магнитоупругим датчиком углов направлений главных напряжений в точках (узлах) координатной сетки, нанесенной на исследуемую поверхность. Однако этот способ не дает возможности оценить усталостную (т.е. при циклически меняющихся напряжениях) прочность производственных объектов.
Наиболее близким по технической сущности является метод оптической корреляции, использующий лазерную технику и голографию [1, стр.100, 101, 103]. Метод применяют в реальном масштабе времени для изучения развития процесса усталости в материале. При испытаниях строят график сигнала корреляции, зависящего от среднего значения всех изменений структуры освещенной зоны диаметром 50 мм при расстоянии от образца до голограммы около 1 м. График имеет три участка: снижения интенсивности сигнала в начальном периоде в несколько тысяч циклов, соответствующего процессу упрочнения; постоянной интенсивности в течение значительного числа циклов, соответствующий инкубационному периоду зарождения трещин; непрерывное снижение интенсивности с момента достижения трещинами критических размеров.
Однако этот метод, требующий использования стационарного, дорогостоящего, прецизионного оборудования, практически не может быть реализован для контроля процессов усталостного разрушения в деталях и конструкциях, геометрия которых препятствует ходу световых волн и получению голограмм для закрытых мест концентрации напряжений, а также для проведения исследований в реальных производственных и, особенно, в полевых условиях.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение номенклатуры контролируемых изделий путем доступа к ранее закрытым для исследования местам концентрации напряжений, а также обеспечение возможности контроля в реальных производственных, в том числе полевых, условиях.
Поставленная задача решается за счет того, что в ходе эксплуатации машин и элементов конструкций, испытывающих циклические нагрузки, наносят координатную сетку на поверхность детали в местах концентрации напряжений, проводят измерения в узлах координатной сетки магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, углов наклона касательных к траекториям (изостатам) наибольших главных напряжений, строят график изменения значений углов наклона касательных к траекториям (изостатам) наибольших главных напряжений, с участками, соответствующими различным периодам в процессе накопления усталости металла, определяют три участка: первый - нестабильный - релаксации остаточных напряжений от воздействия циклических внешних эксплуатационных нагрузок, второй - стабильных напряжений после релаксации, третий - ступенчатого изменения значений измеряемых углов, соответствующий этапу зарождения и развития трещины, а после регистрации начала третьего участка эксплуатацию контролируемого изделия прекращают, предупреждая его последующее разрушение.
На основании патентного поиска, проведенного по доступным источникам информации, отличительных признаков, указанных в формуле изобретения, не обнаружено.
В связи с этим данное техническое решение соответствует критерию «существенные отличия».
Пример. Определение усталостного ресурса образцов в виде стальных прямоугольных пластин с размерами 600×90×12 мм, вырезанных гильотинными ножницами из стали Ст3.
На образцах создавали геометрические концентраторы напряжений в виде двух расположенных симметрично относительно продольной оси пропилов глубиной 7 мм и шириной 1 мм поперек пластины. На ее поверхность наносили координатную сетку с шагом 15×15 мм вблизи концентраторов (фиг.1).
Конструкция установки (фиг.2), в которой консольно закрепленный образец подвергали циклическому нагружению, состоит из массивного основания с установленным на нем кронштейном 1 с ярмом электромагнита 2. К пластине 3 прикреплен якорь электромагнита 4 и установлен магнитоупругий датчик 5. На свободном конце образца закреплен груз 6 для создания инерционных сил при колебаниях пластины, возбуждаемых электромагнитом. Количество циклов нагружения регистрировали счетчиком колебаний с герконовым датчиком 7.
Замеры углов наклона касательных к траекториям (изостатам) наибольших главных напряжений производили через каждые 50 тыс. колебаний в узлах координатной сетки магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством. При этом использовали датчик измерителя механических напряжений ИМН-4М разработки Воронежского государственного технического университета.
По результатам измерений был построен график изменения значений углов наклона касательных к траекториям (изостатам) наибольших главных напряжений по ходу испытаний с выделенными тремя характерными участками (фиг.3). Из графика видно, что протяженность первого нестабильного участка релаксации остаточных напряжений от проката соответствует 1550 тыс. колебаний; протяженность второго участка со стабильным после релаксации напряженным состоянием - от 1550 до 2650 тыс. колебаний. Далее начинается ступенчатое изменение значений углов, характерное для третьего участка. В рассматриваемом 4 узле IV сечения (фиг.1) значение угла наклона касательной с 38 градусов на стабильном участке возрастает вначале до 50 градусов, затем до 70, 78, 84, 88 и 92 градусов. Количество циклических нагружений, соответствующее ступенчатому изменению углов касательных, привело к видимому проявлению выходящих от концентраторов усталостных трещин с размерами на поверхности образца: правая - 23×0,04 мм, левая - 43×0,08 мм (ширина трещин указана средней).
Всего образец воспринял 4400 тысяч циклов. До полного разрушения он не доводился, так как это могло привести к повреждению установки.
Другой аналогичный образец, снятый с испытаний при количестве циклов нагружения, соответствующем концу второго стабильного участка и началу третьего со ступенчатым изменением углов касательных к изостатам, по данным последующих исследований трещин и других дефектов не имел.
Положительный эффект предложенного способа состоит в том, что он позволяет своевременно до опасного накопления металлом усталости снять изделие с эксплуатации для замены или восстановительного ремонта (с использованием всего временного ресурса).
Литература
1. Пригоровский Н.И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений: Справочник. - М.: Машиностроение, 1983. - 248 с., ил. (Основы проектирования машин).
2. А.с. SU 1543255 А1, кл. G01L 1/12, опубл. 15.02.1990.
Claims (1)
- Способ предотвращения усталостного разрушения, включающий нанесение координатной сетки на поверхность детали в местах концентрации напряжений, проведение измерений в узлах сетки магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, углов наклона касательных к траекториям (изостатам) наибольших главных напряжений, построение графика с участками, соответствующими различным периодам в процессе накопления усталости металла, отличающийся тем, что в ходе эксплуатации деталей машин и элементов конструкций, испытывающих циклические нагрузки, строят график изменения значений углов наклона касательных к траекториям (изостатам) наибольших главных напряжений, определяя три участка: первый - нестабильный - релаксации остаточных напряжений от воздействия циклических внешних эксплуатационных нагрузок, второй - стабильных напряжений после релаксации, третий - ступенчатого изменения значений измеряемых углов, соответствующий этапу зарождения и развития трещины, а после регистрации начала третьего участка эксплуатацию контролируемого изделия прекращают, предупреждая его последующее разрушение.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007115280/28A RU2353909C2 (ru) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | Способ предотвращения усталостного разрушения на основе магнитоупругости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007115280/28A RU2353909C2 (ru) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | Способ предотвращения усталостного разрушения на основе магнитоупругости |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007115280A RU2007115280A (ru) | 2008-10-27 |
RU2353909C2 true RU2353909C2 (ru) | 2009-04-27 |
Family
ID=41019250
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007115280/28A RU2353909C2 (ru) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | Способ предотвращения усталостного разрушения на основе магнитоупругости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2353909C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445591C2 (ru) * | 2009-11-23 | 2012-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ определения механических напряжений |
RU2498241C2 (ru) * | 2011-06-09 | 2013-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ определения механических напряжений в деталях, изготовленных на металлорежущих станках |
-
2007
- 2007-04-23 RU RU2007115280/28A patent/RU2353909C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Касаткин Б.С., Кудрин А.Б. Эксперементальные методы исследования деформаций и напряжений: Справочное пособие. - Киев: Наукова думка, 1981. * |
Пригоровский Н.И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений: Справочник. - М.: Машиностроение, 1983, 248 с., ил., с.100-103. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445591C2 (ru) * | 2009-11-23 | 2012-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ определения механических напряжений |
RU2498241C2 (ru) * | 2011-06-09 | 2013-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ определения механических напряжений в деталях, изготовленных на металлорежущих станках |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007115280A (ru) | 2008-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tsangouri et al. | A review of acoustic emission as indicator of reinforcement effectiveness in concrete and cementitious composites | |
Goszczyńska et al. | Experimental validation of concrete crack identification and location with acoustic emission method | |
Goszczyńska | Analysis of the process of crack initiation and evolution in concrete with acoustic emission testing | |
Aidi et al. | Progressive damage assessment of centrally notched composite specimens in fatigue | |
Zhang et al. | Mode conversion behavior of guided wave in glass fiber reinforced polymer with fatigue damage accumulation | |
Goszczyńska et al. | Analysis of the microcracking process with the Acoustic Emission method with respect to the service life of reinforced concrete structures with the example of the RC beams | |
Gołaski et al. | System for the global monitoring and evaluation of damage processes developing within concrete structures under service loads | |
Shahid et al. | Assessment of corroded reinforced concrete beams: Cyclic load test and acoustic emission techniques | |
RU2353909C2 (ru) | Способ предотвращения усталостного разрушения на основе магнитоупругости | |
Wan et al. | Degradation of artificially corroded galvanized high-strength steel wires: Corrosion morphology and mechanical behavior | |
Shrama et al. | On the use of acoustic emission and digital image correlation for welded joints damage characterization | |
Blikharskyy et al. | Influence of the percentage of reinforcement damage on the bearing-capacity of RC beams | |
Adam et al. | Model-assisted probability of detection for ultrasonic structural health monitoring | |
Fan et al. | Surface characteristic of corroded cold-formed thin-walled steel in industrial environments | |
Jeyasehar et al. | Nondestructive evaluation of prestressed concrete beams using an artificial neural network (ANN) approach | |
Smolin et al. | Blow-up regimes in failure of rock specimens | |
Hugaas et al. | Estimating SN curves for local fiber dominated fatigue failure in ring specimens representing filament wound pressure vessels with damage | |
Goszczyńska et al. | Assessment of the technical state of large size steel structures under cyclic load with the acoustic emission method–IADP | |
Bardakov et al. | Acoustic emission behaviour of over-reinforced concrete beams | |
Nenadic et al. | Seeding cracks using a fatigue tester for accelerated gear tooth breaking | |
Arifin et al. | Evaluating the contraction value of ferromagnetic material at early fatigue loading stage using magnetic flux leakage signature | |
Paulus et al. | Effect of resonant frequency shifting on time to failure of a cantilevered beam under vibration | |
Chase | The role of sensing and measurement in achieving FHWA’s strategic vision for highway infrastructure | |
Krampikowska et al. | Acoustic emission for diagnosing cable way steel support towers | |
RU2410656C2 (ru) | Способ предупреждения усталостного разрушения металлоконструкций на основе регистрации магнитной проницаемости |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090424 |