RU2552601C2 - Part state estimation method - Google Patents
Part state estimation method Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
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
где
где
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
где n - общее количество концентраторов напряжений на исследуемой детали;where n is the total number of stress concentrators on the investigated part;
Далее сравнивают полученное среднее значение параметра напряженного состояния
В случае если среднее значение параметра напряженного состояния
В случае если среднее значение параметра напряженного состояния
В случае если среднее значение параметра напряженного состояния
«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
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;
Далее сравнивают среднее значение параметра напряженного состояния
Если среднее значение параметра напряженного состояния
Если среднее значение параметра напряженного состояния
Если среднее значение параметра напряженного состояния
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
В ходе исследования двух дисков определили среднее значение параметра напряженного состояния
При этом в ходе экспериментальных исследований были установлены предельные значения минимальное
В ходе исследования первого диска среднее значение параметра напряженного состояния
В ходе исследования второго диска среднее значение параметра напряженного состояния
Claims (1)
где
где
Where
Where
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)
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 |
-
2013
- 2013-05-31 RU RU2013125425/28A patent/RU2552601C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
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 | |
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 | |
US10275546B2 (en) | Method of predicting crack growth and information processing device therefor | |
Guan et al. | Probabilistic modeling and sizing of embedded flaws in ultrasonic non-destructive inspections for fatigue damage prognostics and structural integrity assessment | |
Gagar et al. | A novel closure based approach for fatigue crack length estimation using the acoustic emission technique in structural health monitoring applications | |
TW201435337A (en) | Evaluation system and evaluation method of machined surface condition | |
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 | |
Keller et al. | Real-time health monitoring of mechanical structures | |
Sander et al. | Investigations on fatigue crack growth under variable amplitude loading in wheelset axles | |
Lim et al. | Continuous fatigue crack length estimation for aluminum 6061-T6 plates with a notch | |
McCrory et al. | Acoustic emission monitoring of metals | |
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 | |
Chai et al. | An approach for identifying corrosion damage from acoustic emission signals using ensemble empirical mode decomposition and linear discriminant analysis | |
Wang et al. | Mixed mode crack growth behaviour considering plasticity-induced and roughness-induced closure | |
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 | |
Adam et al. | Model-assisted probability of detection for ultrasonic structural health monitoring | |
RU2552601C2 (en) | Part state estimation method | |
Nowell et al. | A comparison of recent models for fatigue crack tip deformation |
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 |