RU2552601C2 - Part state estimation method - Google Patents

Part state estimation method Download PDF

Info

Publication number
RU2552601C2
RU2552601C2 RU2013125425/28A RU2013125425A RU2552601C2 RU 2552601 C2 RU2552601 C2 RU 2552601C2 RU 2013125425/28 A RU2013125425/28 A RU 2013125425/28A RU 2013125425 A RU2013125425 A RU 2013125425A RU 2552601 C2 RU2552601 C2 RU 2552601C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stress
average value
state parameter
concentrators
detail
Prior art date
Application number
RU2013125425/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013125425A (en
Inventor
Наталья Александровна Яблокова
Алексей Владимирович Яблоков
Артур Иванович Берестевич
Владимир Андреевич Кочетков
Ирина Викторовна Семенова
Александр Маркович Портер
Ольга Владимировна Коваленко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн"
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 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн"
Priority to RU2013125425/28A priority Critical patent/RU2552601C2/en
Publication of RU2013125425A publication Critical patent/RU2013125425A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2552601C2 publication Critical patent/RU2552601C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: invention is used for estimation of technical state of details by means of X-ray diffraction inspection. The essence of the invention consists in making of X-ray diffraction image of a detail using which the residual compression stresses are determined, the controlling criterion is identified and compared with the limit value, and at the low-cyclic fatigue for the detail with n stress concentrators as a controlling criterion the average value of the stressed state parameter is used, then the average value of the stressed state parameter of the detail with n stress concentrators is compared with minimum and maximum limit values, the detail is returned into service if the average value of the stressed state parameter of the detail with n stress concentrators is greater than the maximum limit value, or the detail is withdrawn from service if the average value of the stressed state parameter is less than the minimum limit value, because the detail is in a limit state at the stage of formation of defect, or the detail is sent for repair in case the average value of the stressed state parameter of the detail is between the minimum and maximum limit values or is close to these values, in other words, if the detail is in a "pre-defective" state.
EFFECT: possibility of estimation of technical state of details in tress concentrators or on surfaces close to stress concentrators located in the plane along the direction of distribution of supposed defect inside metal, and also improvement of accuracy of the obtained results for direct stress concentrators.
3 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающим способам рентгеноструктурного контроля и может быть использовано для оценки технического состояния деталей авиационной техники, например лопаток, шестерен, дисков, при малоцикловой усталости с помощью рентгеноструктурного анализа как на стадии изготовления детали, так и в процессе ее ремонта.The invention relates to non-destructive methods of X-ray diffraction control and can be used to assess the technical condition of parts of aviation equipment, for example, blades, gears, disks, with low-cycle fatigue using X-ray diffraction analysis both at the stage of manufacturing the part and in the process of repairing it.

Известен теоретический способ определения коэффициента концентрации напряжений на деталях газотурбинных двигателей (ГТД), под которым понимают отношение максимального радиального напряжения к окружному напряжению (Г.С. Скубачевский. «Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей», М., Машиностроение, 1981., 550 с., стр.211).A known theoretical method for determining the concentration coefficient of stresses on the details of gas turbine engines (GTE), which is understood as the ratio of the maximum radial voltage to the circumferential voltage (G.S. Skubachevsky. "Aircraft gas turbine engines. Design and calculation of parts", M., Engineering, 1981. , 550 p., P. 211).

Недостатком данного способа является то, что способ является приближенным, не учитывающим физическое состояние материала поверхности детали, а данные, полученные данным способом, требуют верификации.The disadvantage of this method is that the method is approximate, not taking into account the physical state of the material of the surface of the part, and the data obtained by this method require verification.

Известен способ определения ресурса работоспособности металла, заключающийся в том, что методом рентгеноструктурного анализа определяют значение структурно-чувствительного параметра, в качестве которого используется ширина рентгеновской линии, в исходном и постдеформационном состоянии, определяют деформационно-прочностные характеристики металла, а именно зависимости истинных напряжений и ширины рентгеновской линии от степени относительной остаточной деформации, и сравнивают деформационно-прочностные характеристики с допустимыми значениями, тем самым определяя работоспособность металла (RU 2261436 от 28.06.2004, МПК G01N 23/00, G01N 33/20, опубл. 27.09.2005, Бюл.№27).A known method for determining the service life of a metal is that the method of x-ray diffraction analysis determines the value of the structurally sensitive parameter, which is used as the width of the x-ray line in the initial and post-deformation state, determine the deformation-strength characteristics of the metal, namely, the dependence of the true stresses and width x-ray line from the degree of relative residual deformation, and compare the deformation-strength characteristics with allowable values, thereby determining the performance of the metal (RU 2261436 from 06/28/2004, IPC G01N 23/00, G01N 33/20, publ. 09/27/2005, Bull. No. 27).

Недостатком данного способа является то, что способ позволяет определять ресурс работоспособности детали только при условии, что известны результаты измерения в исходном состоянии, при этом для получения объективных значений ширины рентгеновской линии необходимо использовать одинаковые режимы рентгеносъемки и применять эталонные образцы.The disadvantage of this method is that the method allows to determine the service life of the part only provided that the measurement results in the initial state are known, and in order to obtain objective values of the X-ray line width, it is necessary to use the same X-ray modes and apply reference samples.

Наиболее близким к заявленному является способ оценки технического состояния деталей, имеющих концентраторы напряжений, включающий снятие с детали рентгенограммы, по которой определяют остаточные напряжения сжатия, определение управляющего критерия и сравнение его с предельным значением (US 5625664 от 29.04.1997, МПК G01N 23/20).Closest to the claimed one is a method for assessing the technical condition of parts having stress concentrators, including taking an x-ray from the part, which determines the residual compressive stresses, determining the control criterion and comparing it with the limit value (US 5625664 from 04.29.1997, IPC G01N 23/20 )

Недостатком данного способа является то, что способ дает оценку технического состояния только в непосредственной зоне концентратора напряжений, при этом применение данного способа для металлических деталей ограничено в связи с тем, что в зонах концентрации напряжений деформация нелинейна. Также существует трудность применения способа для деталей сложной конструкции, где концентраторы напряжений расположены в труднодоступном месте.The disadvantage of this method is that the method provides an assessment of the technical condition only in the immediate area of the stress concentrator, while the use of this method for metal parts is limited due to the fact that the deformation is non-linear in the areas of stress concentration. There is also the difficulty of applying the method to parts of complex construction, where stress concentrators are located in a remote place.

Техническим результатом, на достижение которого направлен способ, является оценка технического состояния деталей в концентраторах напряжений или на поверхностях, близких к концентраторам напряжений, расположенных в плоскости вдоль направления распространения предполагаемого дефекта вглубь металла, на любой стадии, как изготовления, так и ремонта детали, а также повышение точности получаемых результатов для непосредственных концентраторов напряжений, где деформации изменяются не по линейному закону.The technical result, which the method aims to achieve, is to evaluate the technical condition of parts in stress concentrators or on surfaces close to stress concentrators located in a plane along the direction of propagation of the alleged defect deep into the metal at any stage, both manufacturing and repair of the part, and also increasing the accuracy of the results obtained for direct stress concentrators, where the deformation does not change according to a linear law.

Технический результат достигается тем, что в способе оценки технического состояния деталей, имеющих концентраторы напряжений, включающем снятие с детали рентгенограммы, по которой определяют остаточные напряжения сжатия, определение управляющего критерия и сравнение его с предельным значением, новым является то, что при малоцикловой усталости для детали с n количеством концентраторов напряжений в качестве управляющего критерия используют среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯ = i = 1 n ( σ з ' σ з ' ' ) n

Figure 00000001
The technical result is achieved by the fact that in the method for assessing the technical condition of parts having stress concentrators, including taking an X-ray from the part, which determines the residual compressive stresses, determining the control criterion and comparing it with the limiting value, new is that with low-cycle fatigue for the part with n number of stress concentrators, the average value of the stress state parameter is used as a control criterion K n σ ¯ = i = one n ( σ s '' σ s '' '' ) n
Figure 00000001

где σ з '

Figure 00000002
- остаточные напряжения сжатия в точке с большей интенсивностью изменения остаточных напряжений i-го концентратора напряжений;Where σ s ''
Figure 00000002
- residual compressive stresses at a point with a greater intensity of change in the residual stresses of the i-th stress concentrator;

σ з ' '

Figure 00000003
- остаточные напряжения сжатия в точке с меньшей интенсивностью изменения остаточных напряжений сжатия i-го концентратора напряжений, далее среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯
Figure 00000004
детали с n количеством концентраторов напряжений сравнивают с минимальным [ K n σ ] min
Figure 00000005
и максимальным [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000006
предельными значениями, деталь возвращают в эксплуатацию, если среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯
Figure 00000007
детали с n количеством концентраторов напряжений больше максимального предельного значения K ¯ n σ > [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000008
, или деталь снимают с эксплуатации, если среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯
Figure 00000007
меньше минимального предельного значения K ¯ n σ < [ K n σ ¯ ] min
Figure 00000009
, так как деталь находится в предельном состоянии на стадии образования дефекта, или деталь направляют на ремонт в случае, если среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯
Figure 00000007
детали находится между минимальным и максимальным предельными значениями или принимает эти значения [ K n σ ¯ ] min K ¯ n σ [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000010
, то есть если деталь находится в «преддефектном» состоянии, на m поверхностях, расположенных в плоскости вдоль направления распространения предполагаемого дефекта вглубь металла вблизи n концентраторов напряжений, среднее значение параметра напряженного состояния определяется как K m σ ¯ = j = 1 m ( σ в ' σ в ' ' ) m
Figure 00000011
σ s '' ''
Figure 00000003
- residual compression stresses at a point with a lower rate of change in residual compression stresses of the i-th stress concentrator, then the average value of the stress state parameter K n σ ¯
Figure 00000004
parts with n number of stress concentrators are compared with a minimum [ K n σ ] min
Figure 00000005
and maximum [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000006
limit values, the part is returned to operation if the average value of the stress state parameter K n σ ¯
Figure 00000007
parts with n number of stress concentrators greater than the maximum limit value K ¯ n σ > [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000008
, or the part is taken out of service if the average value of the stress state parameter K n σ ¯
Figure 00000007
less than the minimum limit value K ¯ n σ < [ K n σ ¯ ] min
Figure 00000009
, since the part is in the ultimate state at the stage of defect formation, or the part is sent for repair if the average value of the stress state parameter K n σ ¯
Figure 00000007
the part is between the minimum and maximum limit values or accepts these values [ K n σ ¯ ] min K ¯ n σ [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000010
that is, if the part is in a “pre-defective” state, on m surfaces located in a plane along the direction of propagation of the alleged defect deep into the metal near n stress concentrators, the average value of the stress state parameter is defined as K m σ ¯ = j = one m ( σ at '' σ at '' '' ) m
Figure 00000011

где σ в '

Figure 00000012
- остаточные напряжения сжатия в точке с большей интенсивностью изменения остаточных напряжений сжатия на j-й поверхности вблизи i-го концентратора напряжений;Where σ at ''
Figure 00000012
- residual compressive stresses at a point with a greater intensity of change in residual compressive stresses on the j-th surface near the i-th stress concentrator;

σ в ' '

Figure 00000013
- остаточные напряжения сжатия в точке с меньшей интенсивностью изменения остаточных напряжений сжатия на j-й поверхности вблизи i-го концентратора напряжений, далее сравнивают среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯
Figure 00000014
на поверхности вблизи концентраторов напряжений с минимальным [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000015
и максимальным [ K m σ ¯ ] max
Figure 00000016
предельными значениями и деталь возвращают в эксплуатацию, если среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯
Figure 00000017
на поверхности вблизи концентраторов напряжений меньше минимального предельного значения K ¯ m σ < [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000018
, или отправляют на ремонт, в случае если деталь находится в «преддефектном» состоянии, то есть среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯
Figure 00000019
на поверхностях вблизи концентраторов напряжений находится между минимальным и максимальным предельными значениями или принимает эти значения [ K m σ ¯ ] min K ¯ m σ [ K m σ ¯ ] max
Figure 00000020
, или деталь снимают с эксплуатации, когда среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯
Figure 00000017
на поверхностях вблизи концентраторов напряжений больше максимального предельного значения K ¯ m σ > [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000021
. σ at '' ''
Figure 00000013
- residual compressive stresses at a point with a lower rate of change in residual compressive stresses on the j-th surface near the i-th stress concentrator, then compare the average value of the stress state parameter K m σ ¯
Figure 00000014
on the surface near stress concentrators with minimal [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000015
and maximum [ K m σ ¯ ] max
Figure 00000016
limit values and the part is returned to operation if the average value of the stress state parameter K m σ ¯
Figure 00000017
on the surface near stress concentrators is less than the minimum limit value K ¯ m σ < [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000018
, or sent for repair if the part is in a “pre-defective” state, that is, the average value of the stress state parameter K m σ ¯
Figure 00000019
on surfaces near stress concentrators is between the minimum and maximum limit values or takes these values [ K m σ ¯ ] min K ¯ m σ [ K m σ ¯ ] max
Figure 00000020
or the part is taken out of service when the average value of the stress state parameter K m σ ¯
Figure 00000017
on surfaces near stress concentrators greater than the maximum limit value K ¯ m σ > [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000021
.

На фигурах показаны:The figures show:

Фиг.1 - деталь с концентраторами напряжений (от 1 до n) и с поверхностями вблизи концентраторов напряжений (от 1' до m).Figure 1 - detail with stress concentrators (from 1 to n) and with surfaces near stress concentrators (from 1 'to m).

Фиг.2 - i-й концентратор напряжений на детали.Figure 2 - i-th stress concentrator on the part.

Фиг.3 - j-я поверхность вблизи i-го концентратора напряжений, расположенная в плоскости вдоль направления распространения предполагаемого дефекта вглубь металла.Figure 3 - the j-th surface near the i-th stress concentrator, located in a plane along the direction of propagation of the alleged defect deep into the metal.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Деталь с n количеством концентраторов напряжений и с m количеством поверхностей вблизи концентраторов напряжений (Фиг.1) подвергают рентгеновскому излучению. Затем снимают рентгенограмму для концентраторов напряжений (Фиг.2) и для поверхностей вблизи концентраторов напряжений (Фиг.3), расположенных в плоскости вдоль направления распространения предполагаемого дефекта вглубь металла.A part with n number of stress concentrators and with m number of surfaces near stress concentrators (FIG. 1) is subjected to x-ray radiation. Then take the x-ray for stress concentrators (Figure 2) and for surfaces near stress concentrators (Figure 3) located in a plane along the direction of propagation of the alleged defect deep into the metal.

Поверхности вблизи концентраторов напряжений (Фиг.3), расположенные в плоскости вдоль направления распространения предполагаемого дефекта вглубь металла, характеризуются более простой геометрией профиля, разным характером изменения напряженного состояния в отличие от поверхности с концентратором напряжений.The surface near the stress concentrator (Figure 3), located in a plane along the direction of propagation of the alleged defect deep into the metal, is characterized by a simpler profile geometry, different patterns of change in the stress state in contrast to the surface with the stress concentrator.

По рентгенограмме определяют остаточные напряжения сжатия для этих характерных зон.The X-ray diffraction pattern determines the residual compressive stress for these characteristic zones.

Усталость - это накопление некоторой суммы повреждений в циклах пластической деформации. При малоцикловой усталости накопление идет во всем объеме образца. (Штремель М.А. О единстве в многообразных процессах усталости, «Деформация и разрушение материалов», №6 - 2011. Стр.1-12).Fatigue is the accumulation of a certain amount of damage in cycles of plastic deformation. With low-cycle fatigue, accumulation occurs in the entire volume of the sample. (Stremel MA On unity in diverse processes of fatigue, “Deformation and destruction of materials”, No. 6 - 2011. Pages 1-12).

Для оценки технического состояния детали при малоцикловой усталости детали с n количеством концентраторов напряжений в качестве управляющего критерия применяют среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯

Figure 00000004
, которое определяется по формуле (1):To assess the technical condition of the part with low-cycle fatigue of the part with n number of stress concentrators, the average value of the stress state parameter is used as a control criterion K n σ ¯
Figure 00000004
, which is determined by the formula (1):

K n σ ¯ = i = 1 n ( σ з ' σ з ' ' ) n , ( 1 )

Figure 00000022
K n σ ¯ = i = one n ( σ s '' σ s '' '' ) n , ( one )
Figure 00000022

где n - общее количество концентраторов напряжений на исследуемой детали;where n is the total number of stress concentrators on the investigated part;

σ з '

Figure 00000002
- остаточное напряжение сжатия в точке с большей интенсивностью изменения остаточных напряжений на i-м концентраторе напряжений; σ s ''
Figure 00000002
- residual compressive stress at a point with a higher intensity of change in residual stresses at the ith stress concentrator;

σ з ' '

Figure 00000023
- остаточное напряжение сжатия в точке с меньшей интенсивностью изменения остаточных напряжений сжатия на i-м концентраторе напряжений. σ s '' ''
Figure 00000023
- residual compression stress at a point with a lower intensity of change in residual compression stresses at the ith stress concentrator.

Далее сравнивают полученное среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯

Figure 00000024
с предельными минимальным [ K n σ ] min
Figure 00000005
и максимальным [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000006
значениями данного параметра. Данные предельные значения получены экспериментальным путем в зависимости от работы детали.Next, the obtained average value of the stress state parameter is compared. K n σ ¯
Figure 00000024
with extreme minimum [ K n σ ] min
Figure 00000005
and maximum [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000006
values of this parameter. These limit values are obtained experimentally, depending on the operation of the part.

В случае если среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯

Figure 00000024
детали с n количеством концентраторов напряжений больше максимального предельного значения K ¯ n σ > [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000008
, то деталь возвращают в эксплуатацию.If the average value of the stress state parameter K n σ ¯
Figure 00000024
parts with n number of stress concentrators greater than the maximum limit value K ¯ n σ > [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000008
, then the item is returned to operation.

В случае если среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯

Figure 00000024
меньше минимального предельного значения K ¯ n σ > [ K n σ ¯ ] min
Figure 00000025
, то деталь снимают с эксплуатации, так как деталь находится в предельном состоянии на стадии образования дефекта.If the average value of the stress state parameter K n σ ¯
Figure 00000024
less than the minimum limit value K ¯ n σ > [ K n σ ¯ ] min
Figure 00000025
, then the part is taken out of service, since the part is in a limiting state at the stage of defect formation.

В случае если среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯

Figure 00000024
детали находится между минимальным и максимальным предельными значениями или принимает эти значения [ K n σ ¯ ] min K ¯ n σ [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000010
, то деталь находится в «преддефектном» состоянии и ее направляют на ремонт.If the average value of the stress state parameter K n σ ¯
Figure 00000024
the part is between the minimum and maximum limit values or accepts these values [ K n σ ¯ ] min K ¯ n σ [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000010
, then the part is in a “pre-defective” state and it is sent for repair.

«Преддефектное» состояние детали представляет собой начало необратимых процессов пластической деформаций и образования микротрещин в поверхностном слое в зонах концентраторов напряжений, которые регистрируются методами структурного анализа, но не могут быть определены методами дефектоскопии (УЗК, вихретоковый, ЛЮМ и т.д.). «Преддефектное» состояние металла наступает, когда необратимые изменения на уровне структуры произошли, и повреждение из-за усталости может развиться внезапно (А.А. Дуров, проф., д. т.н., проф., «Проблема оценки остаточного ресурса стареющего оборудования», дата обращения: 09.02.12, http://www.energodiagnostika.ru/ru/about_mmm/article/about_mmm _old_equipment.aspx).The “defect” state of the part represents the beginning of irreversible processes of plastic deformation and the formation of microcracks in the surface layer in the zones of stress concentrators, which are recorded by structural analysis methods, but cannot be determined by flaw detection methods (ultrasonic testing, eddy current, LC, etc.). The “pre-defective” state of the metal occurs when irreversible changes at the level of the structure have occurred, and damage due to fatigue can develop suddenly (A. A. Durov, prof., Doctor of technical sciences, prof., “The problem of assessing the residual life of an aging equipment ”, appeal date: 02/09/12, http://www.energodiagnostika.ru/en/about_mmm/article/about_mmm _old_equipment.aspx).

Для оценки технического состояния детали при малоцикловой усталости на m поверхностях, расположенных в плоскости вдоль направления распространения предполагаемого дефекта вблизи n концентраторов напряжений, определяют среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯

Figure 00000014
по формуле (2):To assess the technical condition of the part with low-cycle fatigue on m surfaces located in a plane along the propagation direction of the alleged defect near n stress concentrators, determine the average value of the stress state parameter K m σ ¯
Figure 00000014
by the formula (2):

K m σ ¯ = j = 1 m ( σ в ' σ в ' ' ) m , ( 2 )

Figure 00000026
K m σ ¯ = j = one m ( σ at '' σ at '' '' ) m , ( 2 )
Figure 00000026

где m - общее количество поверхностей, расположенное в плоскости вдоль направления распространения предполагаемого дефекта вглубь металла вблизи n концентраторов напряжений;where m is the total number of surfaces located in a plane along the direction of propagation of the alleged defect into the metal near n stress concentrators;

σ в '

Figure 00000012
, σ в ' '
Figure 00000027
- остаточные напряжения сжатия в точке с большей интенсивностью изменения остаточных напряжений сжатия и в точке с меньшей интенсивностью изменения остаточных напряжений сжатия на j-й поверхности вблизи i-го концентратора напряжений соответственно. σ at ''
Figure 00000012
, σ at '' ''
Figure 00000027
- residual compressive stresses at a point with a higher intensity of change in residual compressive stresses and at a point with a lower intensity of change in residual compressive stresses on the j-th surface near the i-th stress concentrator, respectively.

Далее сравнивают среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯

Figure 00000014
на поверхности вблизи концентраторов напряжений с минимальным и максимальным [ K m σ ¯ ] max
Figure 00000016
предельными значениями среднего параметра напряженного состояния K m σ ¯
Figure 00000014
.Next, the average value of the stress state parameter is compared. K m σ ¯
Figure 00000014
on the surface near stress concentrators with minimum and maximum [ K m σ ¯ ] max
Figure 00000016
limit values of the average stress parameter K m σ ¯
Figure 00000014
.

Если среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯

Figure 00000014
на поверхности детали вблизи концентраторов напряжений меньше минимального предельного значения K ¯ m σ < [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000018
, то деталь возвращают в эксплуатацию.If the average value of the stress parameter K m σ ¯
Figure 00000014
on the part surface near stress concentrators is less than the minimum limit value K ¯ m σ < [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000018
, then the item is returned to operation.

Если среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯

Figure 00000028
на поверхности вблизи концентраторов напряжений находится между минимальным и максимальным предельными значениями или принимает эти значения [ K m σ ¯ ] min K ¯ m σ [ K m σ ¯ ] max
Figure 00000029
, то деталь находится в «преддефектном» состоянии.If the average value of the stress parameter K m σ ¯
Figure 00000028
on the surface near stress concentrators is between the minimum and maximum limit values or takes these values [ K m σ ¯ ] min K ¯ m σ [ K m σ ¯ ] max
Figure 00000029
, then the part is in a “pre-defective” state.

Если среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯

Figure 00000028
на поверхности вблизи концентраторов напряжений больше максимального предельного значения K ¯ n σ > [ K n σ ¯ ] min
Figure 00000030
, то деталь снимают с эксплуатации.If the average value of the stress parameter K m σ ¯
Figure 00000028
on the surface near stress concentrators is greater than the maximum limit value K ¯ n σ > [ K n σ ¯ ] min
Figure 00000030
then the part is taken out of service.

Оценка технического состояния деталей данным способом позволит определять техническое состояние детали как в непосредственных концентраторах напряжений, так и на поверхностях, близких к концентраторам напряжений, расположенных в плоскости вдоль направления распространения предполагаемого дефекта вглубь металла, на любой стадии, как изготовления, так и ремонта детали, при этом повышается точность получаемых результатов для непосредственных концентраторов напряжений, где деформации изменяются не по линейному закону.Evaluation of the technical condition of parts using this method will determine the technical condition of the part both in direct stress concentrators and on surfaces close to stress concentrators located in a plane along the direction of propagation of the alleged defect deep into the metal, at any stage, both manufacturing and repair of the part, this increases the accuracy of the results obtained for direct stress concentrators, where the deformation does not change according to a linear law.

ПримерExample

Оценка технического состояния дисков КНД при малоцикловой усталостиAssessment of the technical condition of KND disks with low-cycle fatigue

Диск компрессора низкого давления (КНД) является ответственной деталью газотурбинного двигателя (ГТД). На дисках КНД, в местах максимальной нагруженности деталей в эксплуатации (в опасных зонах концентраций напряжений), вид и уровень напряженного состояния известны. Экспериментально установлено, что на торцах обода дисков КНД уровень остаточных напряжений отличается не более чем в 1,5 раза. С увеличением наработки диска и степени повреждения диска происходит перераспределение напряженного состояния и релаксация напряжений (на стадии образования дефектов) на торцах обода диска. Наибольшее изменение параметров напряженного состояния на дисках КНД происходит в зонах концентраторов напряжений, а именно на заднем торце обода диска с правой стороны паза.The compressor disk of low pressure (KND) is a critical part of a gas turbine engine (GTE). On KND disks, in places of maximum load of parts in operation (in hazardous areas of stress concentrations), the type and level of stress state are known. It was experimentally established that at the ends of the rim of the KND disks the level of residual stresses differs by no more than 1.5 times. With an increase in the operating time of the disk and the degree of damage to the disk, the stress state is redistributed and stresses are relaxed (at the stage of defect formation) at the ends of the disk rim. The greatest change in the stress state parameters on the KND disks occurs in the zones of stress concentrators, namely, at the rear end of the disk rim on the right side of the groove.

Для оценки технического состояния двух дисков КНД детали подвергли рентгеновскому излучению. Для регистрации рентгеновского спектра применяли ψ-модифицированный дифрактометр при следующих режимах рентгеносъемки: используемое излучение - титановое излучение Ti-Kα с фазой α-Ti и напряжением 25 кВ, током 6 мА, угол дифракции (угол Вульфа-Брегга) 2θ(11.0)=139°, осцилляция угла между падающим рентгеновским лучом и нормалью к поверхности исследования Δψ=±4°. Для измерения показателя отражения от атомной плоскости (11.0) кристаллической решетки гексагональной фазы α-Ti и остаточных напряжений сжатия использовали дугу гониометра 75 мм и коллиматор 5 мм и рентгеновскую постоянную упругости E/(1+ν)=83 ГПа с функцией обработки пика-Пирсона 7 при параболической функции вычитания фона.To assess the technical condition of two KND disks, the parts were subjected to x-ray radiation. To record the X-ray spectrum, a ψ-modified diffractometer was used under the following X-ray modes: the radiation used was Ti-Kα titanium radiation with an α-Ti phase and a voltage of 25 kV, a current of 6 mA, the diffraction angle (Wulf-Bragg angle) 2θ (11.0) = 139 °, the oscillation of the angle between the incident x-ray and the normal to the surface of the study Δψ = ± 4 °. To measure the reflection coefficient from the atomic plane (11.0) of the α-Ti hexagonal phase crystal lattice and residual compressive stresses, a goniometer arc of 75 mm and a collimator of 5 mm and an X-ray elastic constant E / (1 + ν) = 83 GPa were used with the Pearson peak processing function 7 with a parabolic background subtraction function.

По методу sin2ψ определяем остаточные напряжения сжатия на j-й поверхности вблизи i-го концентратора напряжений (Фиг.3). При этом оба диска имеют одинаковое количество пазов - 31. Определяем остаточные напряжения сжатия на заднем торце обода со стороны паза σ в ' = σ з j

Figure 00000031
как напряжения с большей интенсивностью изменения остаточных напряжений и определяем остаточные напряжения сжатия на переднем торце обода со стороны паза σ в ' ' = σ n j
Figure 00000032
как напряжения с меньшей интенсивностью изменения остаточных напряжений сжатия. При этом передний и задний торец обода формируют общую j-ю поверхность вблизи i-го концентратора напряжений (то есть лопаточного паза).Using the sin 2 ψ method, we determine the residual compression stresses on the j-th surface near the i-th stress concentrator (Figure 3). In this case, both disks have the same number of grooves - 31. We determine the residual compression stresses at the rear end of the rim from the groove side σ at '' = σ s j
Figure 00000031
as stresses with a higher rate of change in residual stresses and determine the residual compression stresses at the front end of the rim from the groove side σ at '' '' = σ n j
Figure 00000032
as stresses with a lower rate of change in residual compressive stresses. In this case, the front and rear ends of the rim form a common j-th surface near the i-th stress concentrator (i.e., the blade groove).

В ходе исследования двух дисков определили среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯

Figure 00000014
на m поверхностях вблизи n концентраторов напряжений по формуле (2). С учетом того что σ в ' = σ з j
Figure 00000031
и σ в ' ' = σ n j
Figure 00000033
, среднее значение параметра напряженного состояния определяется:During the study of two disks, the average value of the stress state parameter was determined K m σ ¯
Figure 00000014
on m surfaces near n stress concentrators according to formula (2). Given the fact that σ at '' = σ s j
Figure 00000031
and σ at '' '' = σ n j
Figure 00000033
, the average value of the stress state parameter is determined by:

K m σ ¯ = j = 1 m ( σ з j ' σ n j ' ' ) m

Figure 00000034
. K m σ ¯ = j = one m ( σ s j '' σ n j '' '' ) m
Figure 00000034
.

При этом в ходе экспериментальных исследований были установлены предельные значения минимальное [ K m σ ¯ ] min = 1.2

Figure 00000035
и максимальное [ K n σ ¯ ] max = 1.6
Figure 00000036
для среднего значения параметра напряженного состояния K m σ ¯
Figure 00000014
при малоцикловой усталости.Moreover, in the course of experimental studies, the minimum values were established [ K m σ ¯ ] min = 1.2
Figure 00000035
and maximum [ K n σ ¯ ] max = 1.6
Figure 00000036
for the average value of the stress state parameter K m σ ¯
Figure 00000014
with low-cycle fatigue.

В ходе исследования первого диска среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯ = 1.4

Figure 00000037
, то есть деталь находится в «преддефектном» состоянии и требует ремонта.During the study of the first disk, the average value of the stress state parameter K m σ ¯ = 1.4
Figure 00000037
, that is, the part is in a “pre-defective” state and needs repair.

В ходе исследования второго диска среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯ = 2.1

Figure 00000038
, то есть деталь находится в предельном состоянии и ее снимают с эксплуатации.During the study of the second disk, the average value of the stress state parameter K m σ ¯ = 2.1
Figure 00000038
, that is, the part is in extreme condition and is being decommissioned.

Claims (1)

Способ оценки технического состояния деталей, имеющих концентраторы напряжений, включающий снятие с детали рентгенограммы, по которой определяют остаточные напряжения сжатия, определение управляющего критерия и сравнение его с предельным значением, отличающийся тем, что при малоцикловой усталости для детали с n количеством концентраторов напряжений в качестве управляющего критерия используют среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯ = i = 1 n ( σ з ' σ з ' ' ) n
Figure 00000001

где σ з '
Figure 00000002
- остаточные напряжения сжатия в точке с большей интенсивностью изменения остаточных напряжений i-го концентратора напряжений;
σ з ' '
Figure 00000003
- остаточные напряжения сжатия в точке с меньшей интенсивностью изменения остаточных напряжений сжатия i-го концентратора напряжений, далее среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯
Figure 00000004
детали с n количеством концентраторов напряжений сравнивают с минимальным [ K n σ ] min
Figure 00000039
и максимальным [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000040
предельными значениями, деталь возвращают в эксплуатацию, если среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯
Figure 00000004
детали с n количеством концентраторов напряжений больше максимального предельного значения K ¯ n σ > [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000041
, или деталь снимают с эксплуатации, если среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯
Figure 00000004
меньше минимального предельного значения K ¯ n σ < [ K n σ ¯ ] min
Figure 00000009
, так как деталь находится в предельном состоянии на стадии образования дефекта, или деталь направляют на ремонт в случае, если среднее значение параметра напряженного состояния K n σ ¯
Figure 00000004
детали находится между минимальным и максимальным предельными значениями или принимает эти значения [ K n σ ¯ ] min K ¯ n σ [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000010
, то есть если деталь находится в «преддефектном» состоянии, на m поверхностях, расположенных в плоскости вдоль направления распространения предполагаемого дефекта вглубь металла вблизи n концентраторов напряжений, среднее значение параметра напряженного состояния определяется как K m σ ¯ = j = 1 m ( σ в ' σ в ' ' ) m
Figure 00000042

где σ в '
Figure 00000043
- остаточные напряжения сжатия в точке с большей интенсивностью изменения остаточных напряжений сжатия на j-й поверхности вблизи i-го концентратора напряжений;
σ в ' '
Figure 00000013
- остаточные напряжения сжатия в точке с меньшей интенсивностью изменения остаточных напряжений сжатия на j-й поверхности вблизи i-го концентратора напряжений, далее сравнивают среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯
Figure 00000014
на поверхности вблизи концентраторов напряжений с минимальным [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000015
и максимальным [ K m σ ¯ ] max
Figure 00000016
предельными значениями и деталь возвращают в эксплуатацию, если среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯
Figure 00000014
на поверхности вблизи концентраторов напряжений меньше минимального предельного значения K ¯ m σ < [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000018
, или отправляют на ремонт, в случае если деталь находится в «преддефектном» состоянии, то есть среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯
Figure 00000014
на поверхностях вблизи концентраторов напряжений находится между минимальным и максимальным предельными значениями или принимает эти значения [ K m σ ¯ ] min K ¯ m σ [ K m σ ¯ ] max
Figure 00000029
, или деталь снимают с эксплуатации, когда среднее значение параметра напряженного состояния K m σ ¯
Figure 00000014
на поверхностях вблизи концентраторов напряжений больше максимального предельного значения K ¯ m σ > [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000021
.
A method for assessing the technical condition of parts having stress concentrators, including taking an x-ray from a part, which determines the residual compressive stresses, determining a control criterion and comparing it with a limit value, characterized in that for low-cycle fatigue for a part with n number of stress concentrators as a control criteria use the average value of the stress state parameter K n σ ¯ = i = one n ( σ s '' σ s '' '' ) n
Figure 00000001

Where σ s ''
Figure 00000002
- residual compressive stresses at a point with a greater intensity of change in the residual stresses of the i-th stress concentrator;
σ s '' ''
Figure 00000003
- residual compression stresses at a point with a lower rate of change in residual compression stresses of the i-th stress concentrator, then the average value of the stress state parameter K n σ ¯
Figure 00000004
parts with n number of stress concentrators are compared with a minimum [ K n σ ] min
Figure 00000039
and maximum [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000040
limit values, the part is returned to operation if the average value of the stress state parameter K n σ ¯
Figure 00000004
parts with n number of stress concentrators greater than the maximum limit value K ¯ n σ > [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000041
, or the part is taken out of service if the average value of the stress state parameter K n σ ¯
Figure 00000004
less than the minimum limit value K ¯ n σ < [ K n σ ¯ ] min
Figure 00000009
, since the part is in the ultimate state at the stage of defect formation, or the part is sent for repair if the average value of the stress state parameter K n σ ¯
Figure 00000004
the part is between the minimum and maximum limit values or accepts these values [ K n σ ¯ ] min K ¯ n σ [ K n σ ¯ ] max
Figure 00000010
that is, if the part is in a “pre-defective” state, on m surfaces located in a plane along the direction of propagation of the alleged defect deep into the metal near n stress concentrators, the average value of the stress state parameter is defined as K m σ ¯ = j = one m ( σ at '' σ at '' '' ) m
Figure 00000042

Where σ at ''
Figure 00000043
- residual compressive stresses at a point with a greater intensity of change in residual compressive stresses on the j-th surface near the i-th stress concentrator;
σ at '' ''
Figure 00000013
- residual compressive stresses at a point with a lower rate of change in residual compressive stresses on the j-th surface near the i-th stress concentrator, then compare the average value of the stress state parameter K m σ ¯
Figure 00000014
on the surface near stress concentrators with minimal [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000015
and maximum [ K m σ ¯ ] max
Figure 00000016
limit values and the part is returned to operation if the average value of the stress state parameter K m σ ¯
Figure 00000014
on the surface near stress concentrators is less than the minimum limit value K ¯ m σ < [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000018
, or sent for repair if the part is in a “pre-defective” state, that is, the average value of the stress state parameter K m σ ¯
Figure 00000014
on surfaces near stress concentrators is between the minimum and maximum limit values or takes these values [ K m σ ¯ ] min K ¯ m σ [ K m σ ¯ ] max
Figure 00000029
or the part is taken out of service when the average value of the stress state parameter K m σ ¯
Figure 00000014
on surfaces near stress concentrators greater than the maximum limit value K ¯ m σ > [ K m σ ¯ ] min
Figure 00000021
.
RU2013125425/28A 2013-05-31 2013-05-31 Part state estimation method RU2552601C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125425/28A RU2552601C2 (en) 2013-05-31 2013-05-31 Part state estimation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125425/28A RU2552601C2 (en) 2013-05-31 2013-05-31 Part state estimation method

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012107603/28A Division RU2505799C2 (en) 2012-02-28 2012-02-28 Method of part state estimation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013125425A RU2013125425A (en) 2014-12-10
RU2552601C2 true RU2552601C2 (en) 2015-06-10

Family

ID=53295371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013125425/28A RU2552601C2 (en) 2013-05-31 2013-05-31 Part state estimation method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2552601C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4287416A (en) * 1980-03-28 1981-09-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of determining fatigue and stress corrosion damage
US4561062A (en) * 1983-02-18 1985-12-24 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Energy, Mines And Resources Stress measurement by X-ray diffractometry
SU1396024A1 (en) * 1986-06-02 1988-05-15 Институт Механики Ан Усср Method of radiographic testing of plasticity resource of martensite-ageing steels
RU2072514C1 (en) * 1994-01-28 1997-01-27 Акционерное общество "Рыбинские моторы" Method for determining residual life of parts made of alloys
US5625664A (en) * 1994-05-18 1997-04-29 Fatigue Management Associates Llc Methods for the design, quality control, and management of fatigue-limited metal components

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4287416A (en) * 1980-03-28 1981-09-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of determining fatigue and stress corrosion damage
US4561062A (en) * 1983-02-18 1985-12-24 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Energy, Mines And Resources Stress measurement by X-ray diffractometry
SU1396024A1 (en) * 1986-06-02 1988-05-15 Институт Механики Ан Усср Method of radiographic testing of plasticity resource of martensite-ageing steels
RU2072514C1 (en) * 1994-01-28 1997-01-27 Акционерное общество "Рыбинские моторы" Method for determining residual life of parts made of alloys
US5625664A (en) * 1994-05-18 1997-04-29 Fatigue Management Associates Llc Methods for the design, quality control, and management of fatigue-limited metal components

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013125425A (en) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bjørheim et al. A review of fatigue damage detection and measurement techniques
Kordatos et al. Monitoring mechanical damage in structural materials using complimentary NDE techniques based on thermography and acoustic emission
Djebli et al. A non-linear energy model of fatigue damage accumulation and its verification for Al-2024 aluminum alloy
US20080177516A1 (en) System and Method for predicting Material Fatigue and Damage
Mazal et al. Use of acoustic emission method for identification of fatigue micro-cracks creation
Li et al. Fatigue crack sizing in rail steel using crack closure-induced acoustic emission waves
Baumgartner et al. Influence of weld geometry and residual stresses on the fatigue strength of longitudinal stiffeners
Guan et al. Probabilistic modeling and sizing of embedded flaws in ultrasonic non-destructive inspections for fatigue damage prognostics and structural integrity assessment
TWI515426B (en) Evaluation system and evaluation method of machined surface condition, the stress corrosion cracking susceptibility evaluation method of non-sensitized material
Gagar et al. A novel closure based approach for fatigue crack length estimation using the acoustic emission technique in structural health monitoring applications
US20150324697A1 (en) Method of predicting crack growth and information processing device therefor
Glaser et al. Evaluation of laser shock peening process parameters incorporating Almen strip deflections
Patriarca et al. A probabilistic framework to define the design stress and acceptable defects under combined-cycle fatigue conditions
Ganesh Kumar et al. High temperature tensile properties of 316LN stainless steel investigated using automated ball indentation technique
Bashirov et al. The technical condition assessment and the resource of safe operation of technological pipelines using electromagnetic-acoustic effect
Chin et al. Acceptability of the effective strain damage model for fatigue life assessment considering the load sequence effect for automotive coil spring
McCrory et al. Acoustic emission monitoring of metals
Guan et al. Probabilistic fatigue life prediction using ultrasonic inspection data considering equivalent initial flaw size uncertainty
RU2488099C1 (en) Method for x-ray diffraction control of part
RU2552601C2 (en) Part state estimation method
Adam et al. Model-assisted probability of detection for ultrasonic structural health monitoring
Nowell et al. A comparison of recent models for fatigue crack tip deformation
Baxevanakis et al. Data-driven damage model based on nondestructive evaluation
Walker et al. Improved test method and analytical modelling for fatigue crack growth in coarse‐grain titanium alloy with rough fatigue surfaces
Wang et al. Mixed mode crack growth behaviour considering plasticity-induced and roughness-induced closure

Legal Events

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

Effective date: 20150712

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180504