RU2610821C2 - Method of estimating residual life of metal parts - Google Patents

Method of estimating residual life of metal parts Download PDF

Info

Publication number
RU2610821C2
RU2610821C2 RU2015125381A RU2015125381A RU2610821C2 RU 2610821 C2 RU2610821 C2 RU 2610821C2 RU 2015125381 A RU2015125381 A RU 2015125381A RU 2015125381 A RU2015125381 A RU 2015125381A RU 2610821 C2 RU2610821 C2 RU 2610821C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal part
standard deviation
oper
new
residual
Prior art date
Application number
RU2015125381A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015125381A (en
Inventor
Илья Георгиевич Роберов
Александр Викторович Котелкин
Евгений Николаевич Сосенушкин
Сергей Константинович Леонтьев
Дмитрий Борисович Матвеев
Дмитрий Константинович Фигуровский
Петр Николаевич Шкатов
Игорь Сергеевич Леднев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации" (ФГУП "НИИСУ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации" (ФГУП "НИИСУ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации" (ФГУП "НИИСУ")
Priority to RU2015125381A priority Critical patent/RU2610821C2/en
Publication of RU2015125381A publication Critical patent/RU2015125381A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2610821C2 publication Critical patent/RU2610821C2/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress

Abstract

FIELD: test equipment.
SUBSTANCE: invention relates to testing equipment and can be used for prediction of residual life of parts and elements of structures with the help of X-ray control at the stage of their production and operation in various industries and equipment, for example, mechanical engineering. Method is implemented as follows. Determined by X-ray diffractometry are residual stresses in controlled zones of a new and operated metal part selected at intersection of the metal part surface by two orthogonal planes of section. Operation time of a new, not operated metal part is τoper.=0, operation time of an operated metal part is τoper.TS, corresponding to regulations of the assembly technical state. Determined is standard deviation (SD) of residual stresses for the new and the operated metal parts. For the new metal part standard deviation is assigned with value SD0, and for the operated metal part standard deviation is the value of SDoper. Set is the maximum allowable threshold of standard deviation as a double value of the standard deviation 2SD0 of residual stresses on the surface of a new metal part. By two specific values of standard deviation SD0, corresponding to operating time τoper.=0 and SDoper, of the corresponding operating time of τoper.TS, defined is a linear dependence of change of standard deviation from the operating time with the angle of inclination to the abscissa of α, then determined is the operation time of the metal part τoper.life corresponding to the point of intersection of the linear relationship with the line of maximum allowable threshold of standard deviation [SD].
EFFECT: residual life L0 of the controlled metal part is calculated as the difference of operating time to the maximum allowable threshold of standard deviation and operating time of the controlled metal part till planned assessment of its technical state L0=τoper.ife-τoper.TS.
1 cl, 4 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для прогнозирования остаточного ресурса металлических деталей и элементов конструкций с помощью рентгенографического контроля на этапах их изготовления и эксплуатации в различных областях промышленности и техники, например машиностроении.The invention relates to the field of testing equipment and can be used to predict the residual life of metal parts and structural elements using x-ray control at the stages of their manufacture and operation in various fields of industry and technology, for example engineering.

Известен способ ускоренных эквивалентных испытаний подшипников, включающий оценку предельного технического состояния подшипников рентгеноструктурным анализом после ускоренных эквивалентных испытаний подшипников на специально разработанном стенде (Санчугов В.И., Мещеряков С.С. Основные проблемы создания средств и методов ускоренных эквивалентных испытаний подшипников. / Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Т9. №3, 2007. С. 835-841).A known method of accelerated equivalent tests of bearings, including the assessment of the limiting technical condition of bearings by X-ray analysis after accelerated equivalent tests of bearings on a specially designed stand (Sanchugov V.I., Meshcheryakov S.S. Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. T9. No. 3, 2007. S. 835-841).

Недостатком способа является то, что он не позволяет определить остаточный ресурс подшипников, а направлен на определение фактического ресурса с учетом характера эксплуатационного нагружения, т.е. подшипник испытывается в течение длительного времени до выхода из строя, а затем проводятся контрольные измерения. Такая последовательность действий не предполагает его дальнейшую эксплуатацию.The disadvantage of this method is that it does not allow to determine the residual resource of bearings, but is aimed at determining the actual resource taking into account the nature of operational loading, i.e. the bearing is tested for a long time before failure, and then control measurements are made. Such a sequence of actions does not imply its further operation.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ оценки остаточного ресурса металлических деталей, эксплуатируемых в условиях усталостного нагружения, основанный на методе рентгеновской дифрактометрии (RU 2215280, опубл. 27.10.2003, кл. G01N 3/00).Closest to the technical nature of the present invention is a method for assessing the residual life of metal parts operated under fatigue loading, based on the method of x-ray diffractometry (RU 2215280, publ. 27.10.2003, class G01N 3/00).

Недостатком способа является необходимость определения многих параметров, таких как назначенный ресурс, определяемый на основе значений предела упругости материала, показателя безопасности материала, эксплуатационной скорости изменения остаточных напряжений, проектного действующего на деталь напряжения, проектного ресурса и др., не всегда приводящихся в справочной литературе и требующих специальных методик расчета и затрат времени на их определение.The disadvantage of this method is the need to determine many parameters, such as the assigned resource, determined on the basis of the values of the elastic limit of the material, material safety index, operational rate of change of residual stresses, design stress acting on the part, design life, etc., not always given in the reference literature and requiring special calculation methods and the time required to determine them.

Техническим результатом является упрощение процедуры определения остаточного ресурса металлических деталей, сокращения количества определяемых параметров, снижения времени оценки остаточного ресурса металлических деталей.The technical result is to simplify the procedure for determining the residual life of metal parts, reducing the number of parameters to be determined, reducing the time to evaluate the residual resource of metal parts.

Технический результат достигается в способе оценки остаточного ресурса металлических деталей, включающем выбор контролируемых зон новой и эксплуатируемой металлических деталей на линии пересечения поверхности металлической детали двумя ортогональными плоскостями сечения, определение остаточных напряжений в контролируемых зонах новой и эксплуатируемой металлических деталей со сроком эксплуатации до плановой оценки ее технического состояния методом рентгеновской дифрактометрии, определение стандартного отклонения остаточных напряжений для новой и эксплуатируемой металлических деталей, установление предельно допустимого порога стандартного отклонения как удвоенной величины стандартного отклонения остаточных напряжений на поверхности новой металлической детали, вычисление остаточного ресурса контролируемой металлической детали как разность времени эксплуатации до предельно допустимого порога стандартного отклонения и времени эксплуатации контролируемой металлической детали до плановой оценки ее технического состояния.The technical result is achieved in a method for assessing the residual resource of metal parts, including the selection of controlled areas of the new and operated metal parts at the line of intersection of the surface of the metal part with two orthogonal section planes, determination of residual stresses in the controlled areas of the new and operated metal parts with a useful life of up to the planned assessment of its technical x-ray diffractometry, determination of the standard deviation of residual n yarn for new and used metal parts, setting the maximum permissible standard deviation threshold as twice the standard deviation of residual stresses on the surface of a new metal part, calculating the residual life of the controlled metal part as the difference in operating time to the maximum permissible standard deviation threshold and the operating time of the controlled metal part up to planned assessment of its technical condition.

Способ оценки остаточного ресурса металлических деталей поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена линейная зависимость изменения стандартного отклонения остаточных напряжений, строящаяся по двум значениям стандартного отклонения, на фиг. 2 отображаются средние остаточные напряжения для каждой контролируемой металлической детали, на фиг. 3 представлены значения среднего стандартного отклонения остаточных напряжений для каждой контролируемой металлической детали, на фиг. 4 изображен график изменения стандартного отклонения остаточных напряжений, построенный на основе полученных данных в результате измерения выборки из шести металлических деталей.A method for estimating the residual life of metal parts is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a linear dependence of the change in the standard deviation of the residual stresses, built on two values of the standard deviation, in FIG. 2, the average residual stresses for each monitored metal part are displayed, FIG. 3 shows the mean standard deviation of the residual stresses for each controlled metal part; FIG. Figure 4 shows a graph of the standard deviation of the residual stresses, constructed on the basis of the data obtained as a result of measuring a sample of six metal parts.

Способ оценки остаточного ресурса металлических деталей осуществляется следующим образом.A method for assessing the residual life of metal parts is as follows.

Определяют методом рентгеновской дифрактометрии остаточные напряжения в контролируемых зонах новой и эксплуатируемой металлической детали, выбранные на линии пересечения поверхности металлической детали двумя ортогональными плоскостями сечения. Время эксплуатации новой, не эксплуатировавшейся металлической детали τэксп.=0, время эксплуатации эксплуатируемой металлической детали τэксп.ТС, соответствующим регламенту определения технического состояния узла. Определяют стандартное отклонение (СО) остаточных напряжений для новой и эксплуатируемой металлических деталей. Для новой металлической детали стандартному отклонению присваивают значение СО0, а для эксплуатировавшейся металлической детали стандартному отклонению - значение СОэ. Устанавливают предельно допустимый порог стандартного отклонения как удвоенную величину стандартного отклонения 2СО0 остаточных напряжений на поверхности новой металлической детали. По двум характерным значениям стандартного отклонения СО0, соответствующего времени эксплуатации τэксп.=0, и СОэ, соответствующего времени эксплуатации τэксп.ТС, определяют линейную зависимость изменения стандартного отклонения от времени эксплуатации с углом наклона к оси абсцисс α, затем определяют время эксплуатации металлической детали τэксп.р, соответствующее точке пересечения линейной зависимости с линией предельно допустимого порога стандартного отклонения [СО], Остаточный ресурс Р0 контролируемой металлической детали вычисляют как разность времени эксплуатации до предельно допустимого порога стандартного отклонения и времени эксплуатации контролируемой металлической детали до плановой оценки ее технического состояния Р0=τэксп.р-τэксп.ТС.X-ray diffractometry is used to determine the residual stresses in the controlled areas of a new and operated metal part, selected at the intersection line of the surface of the metal part with two orthogonal section planes. Operating time of a new, non-exploited metal part τ exp. = 0, the operating time of the operated metal part τ exp.TS , corresponding to the regulation for determining the technical condition of the assembly. Determine the standard deviation (SD) of residual stresses for new and used metal parts. For a new metal part, the standard deviation is assigned the value of СО 0 , and for the operated metal part, the standard deviation is assigned the value of СО e . Set the maximum permissible standard deviation threshold as the doubled standard deviation 2CO 0 residual stresses on the surface of a new metal part. According to two characteristic values of the standard deviation of CO 0 corresponding to the operating time τ exp. = 0, and CO e corresponding operating time τ eksp.TS determine the linear dependence of the standard deviation of the operating time with the angle of inclination to the horizontal axis α, and then determine the operation of the metal part eksp.r τ corresponding to the point of intersection with the line of a linear function maximum permissible threshold standard deviation [CO] P 0 Residual resource controlled metal part is calculated as the difference in operation time to the maximum permissible threshold and the standard deviation vre tim-controlled operation of the metal part prior to the planned evaluation of its technical condition F = τ 0 -τ eksp.r eksp.TS.

Конкретный пример реализации способа оценки остаточного ресурса металлических деталей.A specific example of the implementation of the method for assessing the residual resource of metal parts.

В качестве металлических деталей использовали подшипники качения.As metal parts used rolling bearings.

С использованием портативного рентгеновского дифрактометра «ДРП-РИКОР» проведена оценка остаточного ресурса Р0 шести подшипников качения с разным временем эксплуатации τэксп.Using a portable X-ray diffractometer "DRP-RICOR", the residual life P 0 of six rolling bearings with different operating times τ exp was estimated.

На каждом подшипнике произвольно определили четыре зоны контроля на линии пересечения поверхности наружного кольца подшипника двумя ортогональными плоскостями, что соответствует расположению контролируемых зон по периметру под углом 90° одна относительно другой.Four control zones were arbitrarily determined on each bearing on the line of intersection of the surface of the outer ring of the bearing with two orthogonal planes, which corresponds to the location of the controlled zones along the perimeter at an angle of 90 ° relative to each other.

В качестве показателя напряженного состояния в каждой зоне оценены остаточные напряжения в осевом направлении σос.As an indicator of the stress state in each zone, the residual stresses in the axial direction σ os were estimated.

Результаты определения остаточных напряжений в контролируемых зонах (σос), средних остаточных напряжений

Figure 00000001
по периметру наружного кольца подшипника и стандартного отклонения остаточных напряжений (СО) представлены для новых, не эксплуатировавшихся подшипников №1 и №2 в таблице 1; для подшипников №3 и №4, снятых с вала ротора после эксплуатации в таблице 2; для подшипников, контролируемых непосредственно на валу ротора №5з (заклиненный) и №6 (расположенный рядом с крыльчаткой).The results of determining the residual stresses in the controlled areas (σ OS ), average residual stresses
Figure 00000001
along the perimeter of the outer ring of the bearing and standard deviation of residual stresses (СО) are presented for new, non-used bearings No. 1 and No. 2 in table 1; for bearings No. 3 and No. 4, removed from the rotor shaft after operation in table 2; for bearings controlled directly on the rotor shaft No. 5z (jammed) and No. 6 (located next to the impeller).

Figure 00000002
Figure 00000002

Среднее остаточное напряжение на поверхности внешнего кольца каждого контролируемого подшипника показано на фиг. 2 в виде гистограммы. Стандартное отклонение остаточных напряжений на поверхности внешнего кольца каждого контролируемого подшипника представлено на фиг. 3 в виде гистограммы.The average residual stress on the surface of the outer ring of each monitored bearing is shown in FIG. 2 in the form of a histogram. The standard deviation of residual stresses on the surface of the outer ring of each monitored bearing is shown in FIG. 3 in the form of a histogram.

Из гистограммы (фиг. 3) следует, что для новых подшипников разброс остаточных напряжений по периметру внешнего кольца, выражаемый стандартным отклонением, небольшой и составляет для данной статистической выборки исходный уровень СО 25…35 МПа.From the histogram (Fig. 3) it follows that for new bearings, the scatter of residual stresses around the perimeter of the outer ring, expressed by the standard deviation, is small and constitutes the initial level of СО 25 ... 35 MPa for this statistical sample.

Figure 00000003
Figure 00000003

В таблице 3 приведены результаты оценки остаточных напряжений подшипников на валу ротора после эксплуатации.Table 3 shows the results of the assessment of the residual stress of the bearings on the rotor shaft after operation.

Figure 00000004
Figure 00000004

В процессе эксплуатации подшипников, вследствие неравномерного износа, внешнее кольцо претерпевает неравномерную по периметру упругую деформацию, что и отражается в данных для бывших в эксплуатации подшипников №3, №4 и №5з в виде повышения исходного уровня СО. Неравномерность упругой деформации, отразившаяся в превышении исходного уровня СО более чем в два раза, что выше предельно допустимого порога, способна вывести подшипник из строя. В случае с подшипником №5з потеря работоспособности вызвана заклиниванием.During the operation of the bearings, due to uneven wear, the outer ring undergoes an uneven along the perimeter elastic deformation, which is reflected in the data for used bearings No. 3, No. 4 and No. 5z in the form of an increase in the initial level of CO. The unevenness of the elastic deformation, which was reflected in the excess of the initial level of CO by more than two times, which is above the maximum permissible threshold, is able to damage the bearing. In the case of bearing No. 5z, loss of performance is caused by jamming.

Следует обратить внимание на подшипник №6, который был посажен на один вал ротора с заклиненным подшипником, и у которого исходный уровень стандартного отклонения СО не изменился, что объясняется минимальным рассеянием отклонений номинальных размеров при изготовлении комплектующих, входящих в конструкцию подшипника, влияющих на равномерность посадки подшипника на вал ротора.Attention should be paid to bearing No. 6, which was mounted on one rotor shaft with a stuck bearing, and whose initial standard deviation level of СО did not change, which is explained by the minimal dispersion of nominal size deviations in the manufacture of components included in the bearing design, which affect the uniformity of fit bearing on the rotor shaft.

Из графика на фиг. 4 следует, что для периода оценки технического состояния подшипников, эксплуатировавшихся в течение времени τэксп.ТС, остаточный ресурс отсутствует, все подшипники требуют замены: подшипник №3 при достижении времени эксплуатации

Figure 00000005
, т.е. на момент контроля технического состояния необходима замена; подшипник №5з при достижении времени эксплуатации
Figure 00000006
, подшипник мог выйти из строя в любой момент на участке между предельно допустимыми стандартными отклонениями
Figure 00000007
и
Figure 00000008
; подшипник №4 - при достижении времени эксплуатации
Figure 00000009
.From the graph in FIG. 4 it follows that for the period of assessing the technical condition of bearings operating during the time τ exp.TS , there is no residual life, all bearings require replacement: bearing No. 3 when the operating time is reached
Figure 00000005
, i.e. at the time of monitoring the technical condition requires replacement; bearing No. 5z upon reaching the operating time
Figure 00000006
, the bearing could fail at any time in the area between the maximum permissible standard deviations
Figure 00000007
and
Figure 00000008
; bearing No. 4 - upon reaching the operating time
Figure 00000009
.

Предлагаемое изобретение позволяет определять остаточный ресурс металлических деталей по результатам оценки технического состояния по одному параметру, которым является стандартное отклонение остаточных напряжений.The present invention allows to determine the residual resource of metal parts according to the results of evaluating the technical condition according to one parameter, which is the standard deviation of residual stresses.

Claims (1)

Способ оценки остаточного ресурса металлических деталей, включающий определение остаточных напряжений на поверхности металлических деталей методом рентгеновской дифрактометрии в контролируемых зонах поверхности новой не эксплуатировавшейся металлической детали и на поверхности контролируемой металлической детали со сроком эксплуатации до плановой оценки ее технического состояния, отличающийся тем, что контролируемые зоны выбирают на линии пересечения поверхности металлической детали двумя ортогональными плоскостями сечения, определяют остаточные напряжения в контролируемых зонах новой и эксплуатируемой металлической детали, определяют стандартное отклонение остаточных напряжений для новой и эксплуатируемой металлических деталей, устанавливают предельно допустимый порог стандартного отклонения как удвоенную величину стандартного отклонения остаточных напряжений на поверхности новой металлической детали, а остаточный ресурс контролируемой металлической детали вычисляют как разность времени эксплуатации до предельно допустимого порога стандартного отклонения и времени эксплуатации контролируемой металлической детали до плановой оценки ее технического состояния.A method for assessing the residual resource of metal parts, including determining residual stresses on the surface of metal parts by X-ray diffractometry in the controlled areas of the surface of a new unexploited metal part and on the surface of the controlled metal part with a life of up to a planned assessment of its technical condition, characterized in that the controlled zones are selected on the line of intersection of the surface of the metal part with two orthogonal section planes, they determine the residual stresses in the controlled areas of the new and operated metal parts, determine the standard deviation of the residual stresses for the new and operated metal parts, set the maximum permissible standard deviation threshold as the doubled standard deviation of the residual stresses on the surface of the new metal part, and calculate the residual life of the controlled metal part as the difference in operating time to the maximum permissible threshold of standard deviation and time-controlled operation of the metal part prior to the planned evaluation of its condition.
RU2015125381A 2015-06-29 2015-06-29 Method of estimating residual life of metal parts RU2610821C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015125381A RU2610821C2 (en) 2015-06-29 2015-06-29 Method of estimating residual life of metal parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015125381A RU2610821C2 (en) 2015-06-29 2015-06-29 Method of estimating residual life of metal parts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015125381A RU2015125381A (en) 2017-01-11
RU2610821C2 true RU2610821C2 (en) 2017-02-15

Family

ID=58449175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015125381A RU2610821C2 (en) 2015-06-29 2015-06-29 Method of estimating residual life of metal parts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610821C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2215280C1 (en) * 2002-05-21 2003-10-27 Котелкин Александр Викторович Procedure evaluating residual service life of parts
RU2261436C1 (en) * 2004-06-28 2005-09-27 Институт Машиноведения им. акад. Благонравова РАН Method of measuring duration of serviceability of metals
RU2427826C1 (en) * 2010-05-11 2011-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of determining residual stress in articles made from monocrystalline materials usng x-ray technique

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2215280C1 (en) * 2002-05-21 2003-10-27 Котелкин Александр Викторович Procedure evaluating residual service life of parts
RU2261436C1 (en) * 2004-06-28 2005-09-27 Институт Машиноведения им. акад. Благонравова РАН Method of measuring duration of serviceability of metals
RU2427826C1 (en) * 2010-05-11 2011-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of determining residual stress in articles made from monocrystalline materials usng x-ray technique

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015125381A (en) 2017-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9074970B2 (en) Method for fatigue assessment of rolling bearing
JP2015215317A (en) Remaining life prediction method of rolling bearing
US20140076060A1 (en) Method and system for predicting the serviceable life of a component
RU2536783C1 (en) Method of determining operating life of metal of pipeline
RU2610821C2 (en) Method of estimating residual life of metal parts
RU2439527C2 (en) Method of operating aircraft gas turbine engine according to its technical state
JP2015028441A (en) Role fatigue crack progress testing method and roll fatigue life estimation method
RU2413195C1 (en) Procedure for determination of remaining life of pipelines
JP7064383B2 (en) Performance evaluation method for rolling parts
Sankhala et al. Study of microstructure degradation of boiler tubes due to creep for remaining life analysis
RU2518407C1 (en) Method for nondestructive inspection of product in course of its operation
KR20130010627A (en) Method and computer-readable recording medium for estimating safe life of dynamic components
JP5862415B2 (en) How to determine the notch factor
RU2678781C1 (en) Method for determining the fire resistance of reinforced concrete compressed element of the annular section
RU2722860C1 (en) Method of estimating residual life of heat exchanger structures
RU2678780C1 (en) Method for determining fire resistance of reinforced concrete column of round section
Ovchinnikov et al. Authenticity of the equivalent vibration tests
RU2498263C1 (en) Method for detection of microcracks in metal
RU2315971C1 (en) Damage degree of object detecting method
Siew et al. Fault severity trending in rolling element bearings
RU2654154C2 (en) Method of determining the residual life of the pipelines
RU2691751C1 (en) Method of determining limit state of material of main gas pipelines
Khomiak et al. The lifetime forecasting of machine elements by fatigue strength criterion
RU2735130C1 (en) Method of estimating service life of a rolling bearing
RU2634569C1 (en) Method for estimating fire resistance of steel beam with corrugated wall

Legal Events

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

Effective date: 20170630