RU2613486C1 - Method of establishing pre-breakdown state of structural article - Google Patents

Method of establishing pre-breakdown state of structural article Download PDF

Info

Publication number
RU2613486C1
RU2613486C1 RU2015154934A RU2015154934A RU2613486C1 RU 2613486 C1 RU2613486 C1 RU 2613486C1 RU 2015154934 A RU2015154934 A RU 2015154934A RU 2015154934 A RU2015154934 A RU 2015154934A RU 2613486 C1 RU2613486 C1 RU 2613486C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
value
internal stresses
structural product
sample
state
Prior art date
Application number
RU2015154934A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Людмила Леонидовна Любимова
Александр Сергеевич Заворин
Александр Анатольевич Ташлыков
Роман Борисович Табакаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2015154934A priority Critical patent/RU2613486C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2613486C1 publication Critical patent/RU2613486C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: physics, measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to inspection equipment and can be used in nondestructive inspection laboratories, design and scientific research organisations for diagnosing cracking in structural materials and predicting the pre-breakdown state of a structure. Method comprises performing deformation, plotting a characteristic curve and establishing the pre-breakdown state. To this end, the method includes preparing a reference from the structural article, subjecting said reference to cyclic deformation and, based on the resultant change in the parameter of the elementary crystal lattice, determining the value of internal stress I of the type
Figure 00000122
. A curve of change in internal stress I of the type
Figure 00000123
versus cyclic deformation pressure Pi is plotted, from which the value of maximum stress
Figure 00000124
and the moment of emergence of cracks
Figure 00000125
are determined after safe stress. The pre-breakdown state parameter Ks.p. is calculated. A sample is prepared from the breakdown area of the structural article which is most likely based on the operating condition, and the value of internal stress I of the type
Figure 00000126
is determined in said sample. The ratio of the value of internal stress I to the value of the maximum stress
Figure 00000127
is compared with the pre-breakdown state parameter Kp.s., thereby establishing the possibility of further operation of the structural article.
EFFECT: invention enables to establish the pre-breakdown state of a structural article operating in both steady-state and transient thermal conditions.
2 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано лабораториями неразрушающего контроля, проектными и научно-исследовательскими организациями для диагностики трещинообразования в конструкционных материалах и прогнозирования состояния предразрушения конструкции.The invention relates to measuring equipment and can be used by non-destructive testing laboratories, design and research organizations for the diagnosis of cracking in structural materials and predicting the state of prefracture of the structure.

Известно изобретение «Способ диагностики трещинообразования в металлоконструкциях» (RU 2356034 С2, МПК G01N 21/88, G01N 3/32, опубл. 20.05.2009), в котором определяют наиболее вероятные места разрушения металлоконструкции и подготавливают в этих местах контрольные площадки. Затем исследуют поверхности контрольных площадок и определяют степень поврежденности. Причем на поверхность этих площадок наносят две и более реперные линии вблизи концентратора напряжений параллельно предполагаемому развитию трещины на одинаковом расстоянии друг от друга. Последовательно через заданное число циклов проводят ряд проверок диагностируемой металлоконструкции: производят измерение расстояния между реперными линиями и определяют степень поврежденности узла исследуемой металлоконструкции по изменению расстояния между указанными линиями.The invention is known "Method for the diagnosis of cracking in metal structures" (RU 2356034 C2, IPC G01N 21/88, G01N 3/32, publ. 05/20/2009), in which the most likely places of destruction of the metal structure are determined and control sites are prepared in these places. Then examine the surface of the control sites and determine the degree of damage. Moreover, two or more reference lines are applied to the surface of these sites near the stress concentrator parallel to the expected crack development at the same distance from each other. Sequentially through a given number of cycles, a series of checks of the diagnosed metal structure are carried out: the distance between the reference lines is measured and the degree of damage to the node of the metal structure under study is determined by changing the distance between the indicated lines.

Недостаток изобретения - невыполнимость диагностирования труднодоступных участков, например внутренних поверхностей металлических труб.The disadvantage of the invention is the impracticability of diagnosing hard-to-reach areas, for example, the inner surfaces of metal pipes.

Известно изобретение «Способ контроля целостности трубопроводов циркуляционного контура ядерного реактора» (RU 2208848 С1, МПК G21C 17/017, G01N 23/00, опубл. 20.07.2003), в котором измерение параметров и контроль за процессом образования трещин и определение их месторасположения осуществляют с помощью датчиков γ-излучения. Эти датчики располагают относительно друг друга на диаметрально противостоящих друг другу внешних поверхностях трубопроводов, а измерение параметров трещин и их координат ведут одновременно в процессе перемещения датчиков по наружной поверхности трубопровода. При этом наличие трещины на внутренней поверхности трубопровода определяют по совпадению знаков скоростей изменения активностей, измеренных на диаметрально расположенных внешних поверхностях трубопроводов. Глубину, ширину, протяженность и форму трещины находят по отношению скорости изменения уровня активности излучения, измеренной со стороны внутренней трещины, к скорости изменения уровня активности на диаметрально расположенной стороне трубопровода. Координаты трещин фиксируют по местоположению датчиков излучения на оси трубопровода и углу их поворота от начального положения.The invention is known "Method for monitoring the integrity of the pipelines of the circulation loop of a nuclear reactor" (RU 2208848 C1, IPC G21C 17/017, G01N 23/00, publ. 07.20.2003), in which the measurement of parameters and monitoring the process of cracking and determining their location is carried out using gamma radiation sensors. These sensors are positioned relative to each other on diametrically opposed external surfaces of the pipelines, and the measurement of crack parameters and their coordinates is carried out simultaneously in the process of moving the sensors along the outer surface of the pipeline. Moreover, the presence of cracks on the inner surface of the pipeline is determined by the coincidence of the signs of the rates of change in activity, measured on diametrically located external surfaces of the pipelines. The depth, width, length and shape of the crack are found in relation to the rate of change of the level of activity of radiation, measured from the side of the internal crack, to the rate of change of the level of activity on the diametrically located side of the pipeline. The coordinates of the cracks are fixed by the location of the radiation sensors on the axis of the pipeline and the angle of their rotation from the initial position.

Недостатком изобретения является невозможность прогнозирования дальнейшего роста трещины и установления состояния предразрушения конструкции.The disadvantage of the invention is the impossibility of predicting further crack growth and establishing the state of pre-fracture of the structure.

Наиболее близким, принятым за прототип, является изобретение «Способ определения начала разрушения» (RU 2234073 С2, МПК G01N 3/00, опубл. 10.08.2004), в котором деформируют образец материала и регистрируют момент начала разрушения. При этом регистрируют максимальную температуру на рабочем участке образца материала, строят графическую зависимость изменения максимальной температуры от степени деформации, а момент начала разрушения устанавливают по понижению температуры образца материала на стадии предразрушения.The closest adopted for the prototype is the invention "Method for determining the beginning of destruction" (RU 2234073 C2, IPC G01N 3/00, publ. 08/10/2004), in which a sample of material is deformed and the moment of the beginning of destruction is recorded. In this case, the maximum temperature is recorded at the working area of the material sample, a graphical dependence of the maximum temperature on the degree of deformation is built, and the moment of fracture onset is established by lowering the temperature of the material sample at the prefracture stage.

Недостаток изобретения - невозможность применения для материалов, работающих в нестационарных тепловых режимах.The disadvantage of the invention is the inability to use for materials operating in non-stationary thermal conditions.

Задача изобретения - установление состояния предразрушения конструкционного изделия, работающего как в установившихся, так и в нестационарных тепловых режимах.The objective of the invention is to establish the state of pre-fracture of a structural product that operates both in steady and in unsteady thermal conditions.

Поставленная задача достигается тем, что в заявленном способе осуществляют операции деформирования, построения графической зависимости и установления состояния предразрушения. Для этого из конструкционного изделия подготавливают эталон, подвергают его циклическому деформированию и на основе возникающего при этом изменения параметра элементарной кристаллической решетки определяют значения внутренних напряжений I рода

Figure 00000001
. Строят графическую зависимость изменения внутренних напряжений I рода
Figure 00000002
от давления циклического деформирования Pi, по которой определяют поле безопасных напряжений, значение максимального напряжения
Figure 00000003
и момент прорастания трещины
Figure 00000004
. Вычисляют параметр состояния предразрушения Kс.п.. Затем из наиболее вероятной по условию эксплуатации зоны разрушения конструкционного изделия изготавливают образец, в котором определяют значение внутренних напряжений I рода
Figure 00000005
. Сравнивают отношение значения внутренних напряжений I рода к значению максимального напряжения
Figure 00000006
с параметром состояния предразрушения Kс.п., устанавливая возможность дальнейшей эксплуатации конструкционного изделия.The problem is achieved in that in the claimed method, operations of deformation, construction of a graphical dependence and establishment of a state of prefracture are carried out. For this, a standard is prepared from a structural product, subjected to cyclic deformation, and on the basis of the resulting change in the elementary crystal lattice parameter, the values of internal stresses of the first kind are determined
Figure 00000001
. Build a graphical dependence of changes in internal stresses of the first kind
Figure 00000002
from the pressure of cyclic deformation P i , which determine the field of safe stresses, the value of the maximum stress
Figure 00000003
and the moment of crack propagation
Figure 00000004
. The prefracture state parameter K s.p. . Then, a sample is made from the most probable fracture zone of the structural product according to the operating condition, in which the value of internal stresses of the first kind is determined
Figure 00000005
. Compare the ratio of the value of internal stresses of the first kind to the value of the maximum voltage
Figure 00000006
with the prefracture state parameter K s.p. , establishing the possibility of further operation of the structural product.

Длительно действующие циклически изменяющиеся напряжения и деформации, возникающие при пусках, остановах, резких изменениях режимов приводят к изменению структуры материала конструкционного изделия, его состояния, механических свойств и сопровождаются образованием микротрещин. Эти микротрещины могут как останавливаться в своем развитии, так и увеличиваться, приводя к потере сплошности, разупрочнению и возникновению состояния предразрушения, которое может спровоцировать разрушение конструкции (отказ).Long-acting cyclically changing stresses and strains that occur during starts, shutdowns, sudden changes in modes lead to a change in the structure of the material of the structural product, its condition, mechanical properties and are accompanied by the formation of microcracks. These microcracks can either stop in their development or increase, leading to loss of continuity, softening and the emergence of a state of pre-fracture, which can provoke structural failure (failure).

Причиной наступления состояния предразрушения является накопление внутренней энергии при деформации, которая в очередном цикле нагружения уменьшается из-за разрыва межатомных связей и расходуется на продвижение трещины. Таким образом, параметром наступления состояния предразрушения является релаксация (снижение до нуля) внутренних напряжений (Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. - М.: Альянс, 2014. - 624 с., стр. 340).The cause of the pre-fracture state is the accumulation of internal energy during deformation, which decreases in the next loading cycle due to the breaking of interatomic bonds and is spent on crack propagation. Thus, the parameter of the onset of the prefracture state is relaxation (reduction to zero) of internal stresses (Darkov A.V., Shpiro G.S. Resistance of materials. - M .: Alliance, 2014. - 624 p., P. 340).

Процесс циклического деформирования сопровождается знакопеременным изменением внутренних напряжений: от минимальных разупрочняющих значений

Figure 00000007
до максимальных упрочняющих
Figure 00000008
. Применение циклического деформирования с возрастающей нагрузкой в каждом цикле позволяет форсировать искусственное старение конструкционного изделия, а также установить поле безопасных напряжений, под которыми понимают напряжения, находящиеся между линиями упрочнения и разупрочнения (фиг. 1, фиг. 2). Поле безопасных напряжений характеризует допустимые состояния конструкционного изделия, в которых рост макротрещины отсутствует.The process of cyclic deformation is accompanied by an alternating change in internal stresses: from the minimum softening values
Figure 00000007
to maximum reinforcing
Figure 00000008
. The use of cyclic deformation with an increasing load in each cycle allows forcing the artificial aging of the structural product, as well as establishing a safe stress field, which is understood as the stresses between the hardening and softening lines (Fig. 1, Fig. 2). The safe stress field characterizes the permissible conditions of a structural product in which there is no macrocrack growth.

Циклическое деформирование с возрастающей нагрузкой в каждом цикле осуществляют следующим образом. Эталон нагружают внешним давлением, затем снимают приложенную нагрузку и определяют параметр элементарной кристаллической решетки в ненагруженном состоянии. Эту последовательность действий повторяют, увеличивая величину внешнего давления до момента роста и раскрытия трещины, признаком чего является релаксация внутренних напряжений I рода, свидетельствующая о наступлении состояния предразрушения конструкционного изделия. Шаг нагружения выбирают произвольно.Cyclic deformation with increasing load in each cycle is as follows. The standard is loaded with external pressure, then the applied load is removed and the parameter of the elementary crystal lattice in the unloaded state is determined. This sequence of actions is repeated, increasing the magnitude of the external pressure until the crack grows and opens, a sign of which is relaxation of internal stresses of the first kind, indicating the onset of the state of prefracture of the structural product. The step of loading is chosen arbitrarily.

Внутренние напряжения I рода σI определяют по формуле:Internal stresses of the first kind σ I are determined by the formula:

Figure 00000009
,
Figure 00000009
,

где

Figure 00000010
- параметр элементарной кристаллической решетки после нагружения давлением Pi,
Figure 00000011
;Where
Figure 00000010
- the parameter of the elementary crystal lattice after loading by pressure P i ,
Figure 00000011
;

Figure 00000012
- параметр элементарной кристаллической решетки после предыдущего нагружения давлением Pi-1,
Figure 00000013
;
Figure 00000012
- the parameter of the elementary crystal lattice after the previous pressure loading P i-1 ,
Figure 00000013
;

Е - модуль упругости, МПа;E is the modulus of elasticity, MPa;

Pi - давление нагружения, МПа.P i - loading pressure, MPa.

Момент прорастания трещины

Figure 00000014
определяют из графической зависимости изменения внутренних напряжений I рода
Figure 00000015
от давления циклического деформирования Pi (фиг. 1, фиг. 2) следующим образом: точка
Figure 00000016
является моментом прорастания трещины
Figure 00000017
, если после нагружения внешним давлением Pi+1 значение внутренних напряжений I рода
Figure 00000018
меняется в сторону разупрочнения по отношению к предыдущему циклу
Figure 00000019
и становится равным нулю (
Figure 00000020
при Pi+1).Crack germination moment
Figure 00000014
determine from the graphical dependence of the change in internal stresses of the first kind
Figure 00000015
from the pressure of cyclic deformation P i (Fig. 1, Fig. 2) as follows: point
Figure 00000016
is the moment of crack propagation
Figure 00000017
if after loading with external pressure P i + 1 the value of internal stresses of the first kind
Figure 00000018
changes towards softening in relation to the previous cycle
Figure 00000019
and becomes equal to zero (
Figure 00000020
for P i + 1 ).

Параметр состояния предразрушения Kс.п. вычисляют по формуле:The pre-fracture state parameter K s.p. calculated by the formula:

Figure 00000021
,
Figure 00000021
,

где

Figure 00000022
- напряжение предразрушения, соответствующее моменту прорастания трещины, МПа;Where
Figure 00000022
- pre-fracture stress corresponding to the moment of crack propagation, MPa;

Figure 00000023
- наибольшее из значений внутренних напряжений I рода
Figure 00000024
при циклическом деформировании, МПа.
Figure 00000023
- the largest of the values of internal stresses of the first kind
Figure 00000024
during cyclic deformation, MPa.

Значение внутренних напряжений I рода в образце конструкционного изделия

Figure 00000025
определяют по формуле:The value of internal stresses of the first kind in a sample of a structural product
Figure 00000025
determined by the formula:

Figure 00000026
,
Figure 00000026
,

где

Figure 00000027
- параметр элементарной кристаллической решетки образца конструкционного изделия,
Figure 00000028
;Where
Figure 00000027
- the parameter of the elementary crystal lattice of the sample structural product,
Figure 00000028
;

Figure 00000029
- параметр элементарной кристаллической решетки эталона до нагружения,
Figure 00000030
;
Figure 00000029
- the parameter of the elementary crystal lattice of the standard to loading,
Figure 00000030
;

Е - модуль упругости, МПа.E is the modulus of elasticity, MPa.

Установление возможности дальнейшей эксплуатации конструкционного изделия проводят путем сравнения

Figure 00000031
(отношение значения внутренних напряжений I рода в образце конструкционного изделия
Figure 00000032
к величине наибольшего из значений внутренних напряжений I рода при циклическом деформировании
Figure 00000033
) с параметром состояния предразрушения Kс.п. следующим образом.The establishment of the possibility of further operation of a structural product is carried out by comparison
Figure 00000031
(the ratio of the value of internal stresses of the first kind in the sample structural product
Figure 00000032
to the largest of the values of internal stresses of the first kind during cyclic deformation
Figure 00000033
) with the prefracture state parameter K s.p. in the following way.

1) Если

Figure 00000034
1) If
Figure 00000034

В этом случае трещины неактивны, состояние предразрушения не наступает. Конструкционное изделие можно эксплуатировать до момента следующей плановой проверки.In this case, the cracks are inactive, the state of pre-fracture does not occur. The structural product can be operated until the next scheduled inspection.

2) Если

Figure 00000035
2) If
Figure 00000035

В этом случае образец конструкционного изделия подвергают нагружению внешним давлением Рср, равным значению среднего шага при циклическом деформировании эталона ΔР.In this case, a sample of a structural product is subjected to loading by an external pressure P cr equal to the average step value during cyclic deformation of the standard ΔP.

Если после нагружения величина внутреннего напряжения изменилась в сторону упрочнения:If after loading, the value of internal stress has changed in the direction of hardening:

Figure 00000036
,
Figure 00000036
,

то испытания заканчивают. Трещины неактивны, состояние предразрушения не наступает. Конструкционное изделие можно эксплуатировать до момента следующей плановой проверки.then the tests are completed. Cracks are inactive, the state of pre-fracture does not occur. The structural product can be operated until the next scheduled inspection.

Если после нагружения величина внутреннего напряжения изменилась в сторону разупрочнения:If, after loading, the value of internal stress has changed towards softening:

Figure 00000037
,
Figure 00000037
,

то испытание повторяют, снова нагружая образец увеличивающимся внешним давлением

Figure 00000038
с шагом, равным значению среднего шага при циклическом деформировании эталона ΔP.this test is repeated, again loading the sample with increasing external pressure
Figure 00000038
with a step equal to the average step during cyclic deformation of the standard ΔP.

Испытания проводят до тех пор, пока не наступает упрочнение -

Figure 00000039
или пока не происходит глубокая релаксация напряжений, сопровождающаяся прорастанием трещины -
Figure 00000040
:Tests are carried out until hardening occurs -
Figure 00000039
or until deep stress relaxation occurs, accompanied by crack propagation -
Figure 00000040
:

- Если

Figure 00000041
, т.е. напряжения I рода изменились в сторону упрочнения, то испытания заканчивают. Трещины неактивны, состояние предразрушения не наступает. Конструкционное изделие можно эксплуатировать до момента следующей плановой проверки.- If
Figure 00000041
, i.e. type I stresses have changed in the direction of hardening, then the tests are completed. Cracks are inactive, the state of pre-fracture does not occur. The structural product can be operated until the next scheduled inspection.

- Если

Figure 00000042
, т.е. наблюдается глубокая релаксация напряжений, то испытания заканчивают - трещины активны.- If
Figure 00000042
, i.e. There is a deep relaxation of stresses, then the tests end - the cracks are active.

Соответственно, участки труб конструкционного изделия, эксплуатирующиеся в идентичных условиях, подвержены трещинообразованию и последующему лавинному разрушению. Заключение о дальнейшей эксплуатации конструкционного изделия формируется на основании полного обследования изделия.Accordingly, pipe sections of a structural product operating under identical conditions are susceptible to cracking and subsequent avalanche destruction. The conclusion on the further operation of the structural product is formed on the basis of a full examination of the product.

В таблице 1 приведены результаты определения внутренних напряжений I рода σI эталона, изготовленного из неэксплуатируемого ранее участка трубы пароперегревателя (наружная сторона), выполненного из стали ДИ-59, при различных значениях внешнего давления Pi.Table 1 shows the results of determining the internal stresses of the first kind, σ I of the standard, made from a previously unexploited section of the superheater pipe (outer side) made of DI-59 steel, for various values of the external pressure P i .

В таблице 2 приведены результаты определения внутренних напряжений I рода σI эталона, изготовленного из неэксплуатируемого ранее участка трубы пароперегревателя (внутренняя сторона), выполненного из стали ДИ-59, при различных значениях внешнего давления Pi.Table 2 shows the results of determining the internal stresses of the first kind, σ I of the standard, made from a previously unexploited section of the superheater pipe (inner side) made of DI-59 steel, at various external pressures P i .

На фиг. 1 показана зависимость внутренних напряжений I рода σI эталона, изготовленного из неэксплуатируемого ранее участка трубы пароперегревателя (наружная сторона), выполненного из стали ДИ-59, при различных значениях внешнего давления Pi.In FIG. Figure 1 shows the dependence of internal stresses of the first kind, σ I of a standard made of a previously unexploited section of a superheater pipe (outer side) made of DI-59 steel at various values of the external pressure P i .

На фиг. 2 показана зависимость внутренних напряжений I рода σI эталона, изготовленного из неэксплуатируемого ранее участка трубы пароперегревателя (внутренняя сторона), выполненного из стали ДИ-59, при различных значениях внешнего давления Pi.In FIG. Figure 2 shows the dependence of internal stresses of the first kind, σ I of a standard made of a previously unexploited section of a superheater pipe (inner side) made of DI-59 steel at various values of the external pressure P i .

Заявляемый способ поясняется следующими примерами.The inventive method is illustrated by the following examples.

Пример 1. Подготавливают эталон из неэксплуатируемого ранее участка трубы ширмового пароперегревателя (наружная сторона), изготовленного из стали ДИ-59, который подвергают циклическому деформированию (нагружают внешним давлением 18 МПа - снимают приложенную нагрузку - определяют параметр элементарной кристаллической решетки в ненагруженном состоянии, затем повторяют эту последовательность действий, увеличивая величину внешнего давления до Pi=36; 53; 71; 85; 101; 118; 128; 142; 157 МПа) и на основе возникающего при этом изменения параметра элементарной кристаллической решетки определяют внутренние напряжения I рода

Figure 00000043
(табл. 1). Строят графическую зависимость изменения внутренних напряжений I рода
Figure 00000043
от давления циклического деформирования Pi (фиг. 1), по которой устанавливают поле безопасных напряжений, значение максимального напряжения
Figure 00000044
(фиг. 1, точка 7) и момент прорастания трещины
Figure 00000045
(фиг. 1, точка 8):Example 1. Prepare a standard from a previously unexplored section of a screen of a steam superheater pipe (outer side) made of DI-59 steel, which is subjected to cyclic deformation (loaded with an external pressure of 18 MPa - remove the applied load - determine the elementary crystal lattice in an unloaded state, then repeat this sequence of steps, increasing the magnitude of the external pressure to P i = 36; 53; 71; 85; 101; 118; 128; 142; 157 MPa) and on the basis of changes occurring at the same time setting unit ristallicheskoy lattice define internal stresses I genus
Figure 00000043
(tab. 1). Build a graphical dependence of changes in internal stresses of the first kind
Figure 00000043
from the pressure of cyclic deformation P i (Fig. 1), which establish the field of safe stresses, the value of the maximum stress
Figure 00000044
(Fig. 1, point 7) and the moment of crack propagation
Figure 00000045
(Fig. 1, point 8):

Figure 00000046
,
Figure 00000046
,

Figure 00000047
.
Figure 00000047
.

Вычисляют параметр состояния предразрушения Kс.п.:The prefracture state parameter K s.p. :

Figure 00000048
.
Figure 00000048
.

Затем в ширмовом пароперегревателе, изготовленном из стали ДИ-59, выделяют наиболее вероятную по условию эксплуатации зону разрушения. Вырезают находящийся в этой зоне участок трубы, из которого изготавливают образец конструкционного изделия для испытаний. Определяют значение внутренних напряжений I рода в образце конструкционного изделия

Figure 00000049
, сравнивают отношение значения внутренних напряжений I рода к значению максимального напряжения
Figure 00000050
с параметром состояния предразрушения Kс.п., устанавливая возможность дальнейшей эксплуатации конструкционного изделия следующим образом.Then, in a screen superheater made of DI-59 steel, the most likely destruction zone is determined according to the operating condition. The pipe section located in this zone is cut out, from which a sample of the structural product for testing is made. The value of internal stresses of the first kind is determined in a sample of a structural product
Figure 00000049
, compare the ratio of the value of internal stresses of the first kind to the value of the maximum voltage
Figure 00000050
with the prefracture state parameter K s.p. , establishing the possibility of further operation of the structural product as follows.

1.1. В образце конструкционного изделия

Figure 00000051
значение внутренних напряжений I рода равно:1.1. In the sample structural product
Figure 00000051
the value of internal stresses of the first kind is equal to:

Figure 00000052
.
Figure 00000052
.

В этом случае отношение значения внутренних напряжений I рода в образце конструкционного изделия

Figure 00000049
к величине наибольшего из значений внутренних напряжений I рода при циклическом деформировании
Figure 00000053
составляет:In this case, the ratio of the value of internal stresses of the first kind in the sample of a structural product
Figure 00000049
to the largest of the values of internal stresses of the first kind during cyclic deformation
Figure 00000053
is:

Figure 00000054
.
Figure 00000054
.

Выполняется условие

Figure 00000055
. В этом случае трещины неактивны, состояние предразрушения не наступило. Конструкционное изделие можно эксплуатировать до момента следующей плановой проверки.Condition is met
Figure 00000055
. In this case, the cracks are inactive, the state of pre-fracture did not occur. The structural product can be operated until the next scheduled inspection.

1.2. В образце конструкционного изделия

Figure 00000056
значение внутренних напряжений I рода равно:1.2. In the sample structural product
Figure 00000056
the value of internal stresses of the first kind is equal to:

Figure 00000057
.
Figure 00000057
.

В этом случае отношение значения внутренних напряжений I рода в образце конструкционного изделия

Figure 00000056
к величине наибольшего из значений внутренних напряжений I рода при циклическом деформировании
Figure 00000053
составляет:In this case, the ratio of the value of internal stresses of the first kind in the sample of a structural product
Figure 00000056
to the largest of the values of internal stresses of the first kind during cyclic deformation
Figure 00000053
is:

Figure 00000058
.
Figure 00000058
.

Выполняется условие

Figure 00000059
. В этом случае образец конструкционного изделия подвергают нагружению внешним давлением Рср=16 МПа, равным значению среднего шага при циклическом деформировании эталона ΔР=16 МПа (таблица 1).Condition is met
Figure 00000059
. In this case, a sample of a structural product is subjected to loading by an external pressure P cf = 16 MPa, equal to the average step with cyclic deformation of the standard ΔP = 16 MPa (table 1).

Определяют значение внутренних напряжений I рода в образце конструкционного изделия

Figure 00000060
после нагружения:The value of internal stresses of the first kind is determined in a sample of a structural product
Figure 00000060
after loading:

1.2.1. В образце конструкционного изделия

Figure 00000061
значение внутренних напряжений I рода увеличивается и становится равным:1.2.1. In the sample structural product
Figure 00000061
the value of internal stresses of the first kind increases and becomes equal to:

Figure 00000062
.
Figure 00000062
.

Таким образом, после нагружения величина внутреннего напряжения изменилась в сторону упрочнения:Thus, after loading, the value of internal stress has changed in the direction of hardening:

Figure 00000063
.
Figure 00000063
.

Испытания заканчивают. Трещины неактивны, состояние предразрушения не наступает. Конструкционное изделие можно эксплуатировать до момента следующей плановой проверки.The tests are over. Cracks are inactive, the state of pre-fracture does not occur. The structural product can be operated until the next scheduled inspection.

1.2.2. В образце конструкционного изделия

Figure 00000064
значение внутренних напряжений I рода уменьшилось и становится равным:1.2.2. In the sample structural product
Figure 00000064
the value of internal stresses of the first kind decreased and becomes equal:

Figure 00000065
.
Figure 00000065
.

Таким образом, после нагружения величина внутреннего напряжения изменилась в сторону разупрочнения:Thus, after loading, the value of internal stress has changed towards softening:

Figure 00000066
.
Figure 00000066
.

Испытание повторяют, снова нагружая образец увеличивающимся внешним давлением

Figure 00000067
:The test is repeated, again loading the sample with increasing external pressure
Figure 00000067
:

1.2.2.1. После трех испытаний (i=3) внутренние напряжения I рода в образце конструкционного изделия последовательно приобретают следующие значения в соответствии с циклами нагружения:1.2.2.1. After three tests (i = 3), internal stresses of the first kind in a sample of a structural product sequentially acquire the following values in accordance with loading cycles:

Figure 00000068
,
Figure 00000068
,

Figure 00000069
,
Figure 00000069
,

Figure 00000070
.
Figure 00000070
.

Последний цикл нагружения (i=3) сопровождался изменением внутренних напряжений I рода в сторону упрочнения. Испытания заканчивают. Трещины неактивны, состояние предразрушения не наступает. Конструкционное изделие можно эксплуатировать до момента следующей плановой проверки.The last loading cycle (i = 3) was accompanied by a change in internal stresses of the first kind towards hardening. The tests are over. Cracks are inactive, the state of pre-fracture does not occur. The structural product can be operated until the next scheduled inspection.

1.2.2.2. После трех испытаний (i=3) внутренние напряжения I рода в образце конструкционного изделия последовательно приобретают следующие значения в соответствии с циклами нагружения:1.2.2.2. After three tests (i = 3), internal stresses of the first kind in a sample of a structural product sequentially acquire the following values in accordance with loading cycles:

Figure 00000071
,
Figure 00000071
,

Figure 00000072
,
Figure 00000072
,

Figure 00000073
.
Figure 00000073
.

Последний цикл нагружения (i=3) сопровождается глубокой релаксацией внутренних напряжений I рода. Испытания заканчивают - трещины активны. Соответственно, участки труб конструкционного изделия, эксплуатирующиеся в идентичных условиях, подвержены трещинообразованию и последующему лавинному разрушению. Заключение о дальнейшей эксплуатации конструкционного изделия формируют на основании полного обследования изделия.The last loading cycle (i = 3) is accompanied by deep relaxation of internal stresses of the first kind. Tests end - cracks are active. Accordingly, pipe sections of a structural product operating under identical conditions are susceptible to cracking and subsequent avalanche destruction. The conclusion on the further operation of the structural product is formed on the basis of a full examination of the product.

Пример 2. Подготавливают эталон из неэксплуатируемого ранее участка трубы ширмового пароперегревателя (внутренняя сторона), изготовленного из стали ДИ-59, который подвергают циклическому деформированию (нагружают внешним давлением 26 МПа - снимают приложенную нагрузку - определяют параметр элементарной кристаллической решетки в ненагруженном состоянии, затем повторяют эту последовательность действий, увеличивая величину внешнего давления до Pi=51; 77; 103; 123; 144; 171; 185; 206; 226; 247; 267 МПа) и на основе возникающего при этом изменения параметра элементарной кристаллической решетки определяют внутренние напряжения I рода

Figure 00000074
(табл. 2). Строят графическую зависимость изменения внутренних напряжений I рода
Figure 00000074
от давления циклического деформирования Pi (фиг. 2), по которой устанавливают поле безопасных напряжений, значения максимального напряжения
Figure 00000075
(фиг. 2, точка 2) и момента прорастания трещины
Figure 00000076
(фиг. 2, точка 11):Example 2. Prepare a standard from a previously unexplored section of a screen of a steam superheater pipe (inner side) made of DI-59 steel, which is subjected to cyclic deformation (loaded with an external pressure of 26 MPa - remove the applied load - determine the elementary crystal lattice in an unloaded state, then repeat this sequence of steps, increasing the magnitude of the external pressure to P i = 51; 77; 103; 123; 144; 171; 185; 206; 226; 247; 267 MPa) and on the basis of changes occurring in this parameter Elem amber crystalline lattice determine the internal stresses of the first kind
Figure 00000074
(tab. 2). Build a graphical dependence of changes in internal stresses of the first kind
Figure 00000074
from the pressure of cyclic deformation P i (Fig. 2), which sets the field of safe stresses, the values of maximum stress
Figure 00000075
(Fig. 2, point 2) and the moment of crack propagation
Figure 00000076
(Fig. 2, point 11):

Figure 00000077
,
Figure 00000077
,

Figure 00000078
.
Figure 00000078
.

Вычисляют параметр состояния предразрушения Kс.п.:The prefracture state parameter K s.p. :

Figure 00000079
.
Figure 00000079
.

Затем в ширмовом пароперегревателе, изготовленном из стали ДИ-59, выделяют наиболее вероятную по условию эксплуатации зону разрушения. Вырезают находящийся в этой зоне участок трубы, из которого изготавливают образец конструкционного изделия для испытаний. Определяют значение внутренних напряжений I рода в образце конструкционного изделия

Figure 00000080
, сравнивают отношение значения внутренних напряжений I рода к значению максимального напряжения
Figure 00000081
с параметром состояния предразрушения Kс.п., устанавливая возможность дальнейшей эксплуатации конструкционного изделия следующим образом.Then, in a screen superheater made of DI-59 steel, the most likely destruction zone is determined according to the operating condition. The pipe section located in this zone is cut out, from which a sample of the structural product for testing is made. The value of internal stresses of the first kind is determined in a sample of a structural product
Figure 00000080
, compare the ratio of the value of internal stresses of the first kind to the value of the maximum voltage
Figure 00000081
with the prefracture state parameter K s.p. , establishing the possibility of further operation of the structural product as follows.

2.1. В образце конструкционного изделия

Figure 00000082
значение внутренних напряжений I рода равно:2.1. In the sample structural product
Figure 00000082
the value of internal stresses of the first kind is equal to:

Figure 00000083
.
Figure 00000083
.

В этом случае отношение значения внутренних напряжений I рода в образце конструкционного изделия

Figure 00000084
к величине наибольшего из значений внутренних напряжений I рода при циклическом деформировании
Figure 00000085
составляет:In this case, the ratio of the value of internal stresses of the first kind in the sample of a structural product
Figure 00000084
to the largest of the values of internal stresses of the first kind during cyclic deformation
Figure 00000085
is:

Figure 00000086
.
Figure 00000086
.

Выполняется условие

Figure 00000087
. В этом случае трещины неактивны, состояние предразрушения не наступило. Конструкционное изделие можно эксплуатировать до момента следующей плановой проверки.Condition is met
Figure 00000087
. In this case, the cracks are inactive, the state of pre-fracture did not occur. The structural product can be operated until the next scheduled inspection.

2.2. В образце конструкционного изделия

Figure 00000088
значение внутренних напряжений I рода равно:2.2. In the sample structural product
Figure 00000088
the value of internal stresses of the first kind is equal to:

Figure 00000089
.
Figure 00000089
.

В этом случае отношение значения внутренних напряжений I рода в образце конструкционного изделия

Figure 00000090
к величине наибольшего из значений внутренних напряжений I рода при циклическом деформировании
Figure 00000091
составляет:In this case, the ratio of the value of internal stresses of the first kind in the sample of a structural product
Figure 00000090
to the largest of the values of internal stresses of the first kind during cyclic deformation
Figure 00000091
is:

Figure 00000092
.
Figure 00000092
.

Выполняется условие

Figure 00000093
. В этом случае образец конструкционного изделия подвергают нагружению внешним давлением Рср=22 МПа, равным значению среднего шага при циклическом деформировании эталона ΔР=22 МПа (таблица 2).Condition is met
Figure 00000093
. In this case, a sample of a structural product is subjected to loading by an external pressure P cf = 22 MPa, equal to the average step with cyclic deformation of the standard ΔP = 22 MPa (table 2).

Определяют значение внутренних напряжений I рода в образце конструкционного изделия

Figure 00000094
после нагружения:The value of internal stresses of the first kind is determined in a sample of a structural product
Figure 00000094
after loading:

2.2.1. В образце конструкционного изделия

Figure 00000095
значение внутренних напряжений I рода увеличивается и становится равным:2.2.1. In the sample structural product
Figure 00000095
the value of internal stresses of the first kind increases and becomes equal to:

Figure 00000096
.
Figure 00000096
.

Таким образом, после нагружения величина внутреннего напряжения изменяется в сторону упрочнения:Thus, after loading, the value of internal stress changes in the direction of hardening:

Figure 00000097
.
Figure 00000097
.

Испытания заканчивают. Трещины неактивны, состояние предразрушения не наступает. Конструкционное изделие можно эксплуатировать до момента следующей плановой проверки.The tests are over. Cracks are inactive, the state of pre-fracture does not occur. The structural product can be operated until the next scheduled inspection.

2.2.2. В образце конструкционного изделия

Figure 00000098
значение внутренних напряжений I рода уменьшилось и становится равным:2.2.2. In the sample structural product
Figure 00000098
the value of internal stresses of the first kind decreased and becomes equal:

Figure 00000099
.
Figure 00000099
.

Таким образом, после нагружения величина внутреннего напряжения изменилась в сторону разупрочнения:Thus, after loading, the value of internal stress has changed towards softening:

Figure 00000100
.
Figure 00000100
.

Испытание повторяют, снова нагружая образец увеличивающимся внешним давлением

Figure 00000101
:The test is repeated, again loading the sample with increasing external pressure
Figure 00000101
:

2.2.2.1. После двух испытаний (i=2) внутренние напряжения I рода в образце конструкционного изделия последовательно приобретает следующие значения в соответствии с циклами нагружения:2.2.2.1. After two tests (i = 2), internal stresses of the first kind in a sample of a structural product sequentially acquires the following values in accordance with loading cycles:

Figure 00000102
,
Figure 00000102
,

Figure 00000103
.
Figure 00000103
.

Последний цикл нагружения (i=3) сопровождается изменением внутренних напряжений I рода в сторону упрочнения. Испытания заканчивают. Трещины неактивны, состояние предразрушения не наступает. Конструкционное изделие можно эксплуатировать до момента следующей плановой проверки.The last loading cycle (i = 3) is accompanied by a change in the internal stresses of the first kind towards hardening. The tests are over. Cracks are inactive, the state of pre-fracture does not occur. The structural product can be operated until the next scheduled inspection.

2.2.2.2. После двух испытаний (i=2) внутренние напряжения I рода в образце конструкционного изделия последовательно приобретают следующие значения в соответствии с циклами нагружения:2.2.2.2. After two tests (i = 2), internal stresses of the first kind in a sample of a structural product sequentially acquire the following values in accordance with loading cycles:

Figure 00000104
,
Figure 00000104
,

Figure 00000105
.
Figure 00000105
.

Последний цикл нагружения (i=2) сопровождается глубокой релаксацией внутренних напряжений I рода. Испытания заканчивают - трещины активны. Соответственно, участки труб конструкционного изделия, эксплуатирующиеся в идентичных условиях, подвержены трещинообразованию и последующему лавинному разрушению. Заключение о дальнейшей эксплуатации конструкционного изделия формируют на основании полного обследования изделия.The last loading cycle (i = 2) is accompanied by deep relaxation of internal stresses of the first kind. Tests end - cracks are active. Accordingly, pipe sections of a structural product operating under identical conditions are susceptible to cracking and subsequent avalanche destruction. The conclusion on the further operation of the structural product is formed on the basis of a full examination of the product.

Figure 00000106
Figure 00000106

Figure 00000107
Figure 00000107

Claims (1)

Способ установления состояния предразрушения конструкционного изделия, в котором осуществляют операции деформирования, построения графической зависимости и установления состояния предразрушения, отличающийся тем, что из конструкционного изделия подготавливают эталон, подвергают его циклическому деформированию и на основе возникающего при этом изменения параметра элементарной кристаллической решетки определяют значения внутренних напряжений I рода
Figure 00000108
, строят графическую зависимость изменения внутренних напряжений I рода
Figure 00000108
от давления циклического деформирования Pi, по которой определяют поле безопасных напряжений, значение максимального напряжения
Figure 00000109
и момент прорастания трещины
Figure 00000110
, вычисляют параметр состояния предразрушения Kс.п., затем из наиболее вероятной по условию эксплуатации зоны разрушения конструкционного изделия изготавливают образец, в котором определяют значение внутренних напряжений I рода
Figure 00000111
, сравнивают отношение значения внутренних напряжений I рода к значению максимального напряжения
Figure 00000112
с параметром состояния предразрушения Kс.п., устанавливая возможность дальнейшей эксплуатации конструкционного изделия.The method of establishing the pre-fracture state of a structural product, in which the operations of deformation, constructing a graphical dependence and establishing the pre-fracture state are carried out, characterized in that a standard is prepared from the structural product, subjected to cyclic deformation, and the values of internal stresses are determined based on the resulting change in the elementary crystal lattice parameter I kind
Figure 00000108
, build a graphical dependence of changes in internal stresses of the first kind
Figure 00000108
from the pressure of cyclic deformation P i , which determine the field of safe stresses, the value of the maximum stress
Figure 00000109
and the moment of crack propagation
Figure 00000110
, calculate the pre-fracture state parameter K s.p. , then a sample is made from the most probable fracture zone of the structural product according to the operating condition, in which the value of internal stresses of the first kind is determined
Figure 00000111
, compare the ratio of the value of internal stresses of the first kind to the value of the maximum voltage
Figure 00000112
with the prefracture state parameter K s.p. , establishing the possibility of further operation of the structural product.
RU2015154934A 2015-12-21 2015-12-21 Method of establishing pre-breakdown state of structural article RU2613486C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154934A RU2613486C1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Method of establishing pre-breakdown state of structural article

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154934A RU2613486C1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Method of establishing pre-breakdown state of structural article

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2613486C1 true RU2613486C1 (en) 2017-03-16

Family

ID=58458450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015154934A RU2613486C1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Method of establishing pre-breakdown state of structural article

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2613486C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2742478A1 (en) * 1977-09-21 1979-03-22 Inst Fiziki Vysokikh Davleny Mechanical property testing of samples of over-hard material - uses X=ray test of comparison object and material for compressive and bending strength and relaxation time
RU2126523C1 (en) * 1996-10-28 1999-02-20 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН Method of nondestructive testing of mechanical state of objects and device for its implementation
RU2207530C1 (en) * 2001-12-25 2003-06-27 Дубов Анатолий Александрович Method of monitoring article for determination of stressed deformed state by scattering magnetic fields
RU2555202C1 (en) * 2014-02-18 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of life time estimation of pit items of power equipment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2742478A1 (en) * 1977-09-21 1979-03-22 Inst Fiziki Vysokikh Davleny Mechanical property testing of samples of over-hard material - uses X=ray test of comparison object and material for compressive and bending strength and relaxation time
RU2126523C1 (en) * 1996-10-28 1999-02-20 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН Method of nondestructive testing of mechanical state of objects and device for its implementation
RU2207530C1 (en) * 2001-12-25 2003-06-27 Дубов Анатолий Александрович Method of monitoring article for determination of stressed deformed state by scattering magnetic fields
RU2555202C1 (en) * 2014-02-18 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of life time estimation of pit items of power equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Effect of 3D random pitting defects on the collapse pressure of pipe—Part I: Experiment
CN102466597B (en) Nondestructive test and evaluation method of metal member / material residual life
Vázquez et al. Fretting fatigue investigation on Al 7075-T651 alloy: Experimental, analytical and numerical analysis
CN103163023B (en) Method and device for testing environmental fracture toughness of petroleum pipe
CN105067703A (en) Plate-like metal member/material remaining life non-destructive detection and evaluation method
US20150323432A1 (en) Pin loaded small one-bar specimen (OBS)
Li et al. Damage evaluation of fiber reinforced plastic-confined circular concrete-filled steel tubular columns under cyclic loading using the acoustic emission technique
CN114323994A (en) Method for testing fatigue crack propagation rate of three-point bending sample in T-shaped wave load-holding test
CN104330474A (en) Calibration method for rock damage fracture system
CN108828069A (en) A kind of key component fatigue life based on ultrasonic quantitative data determines longevity method
CN112284921A (en) Method for determining uniaxial stress-strain relation of material based on high-temperature hydraulic bulge test sample
Chin et al. Acceptability of the effective strain damage model for fatigue life assessment considering the load sequence effect for automotive coil spring
RU2613486C1 (en) Method of establishing pre-breakdown state of structural article
Urriolagoitia-Sosa et al. Crack-compliance method for assessing residual stress due to loading/unloading history: Numerical and experimental analysis
RU2627286C1 (en) Estimation method of residual life of hollow metal part, having worked under creeping conditions at high process temperature and pressure
Chen et al. Research on fatigue crack propagation of a T-joint based on XFEM and TSA
Nenadic et al. Seeding cracks using a fatigue tester for accelerated gear tooth breaking
Suprock et al. Development of high temperature capable piezoelectric sensors
Yu et al. A LCF life assessment method for steam turbine long blade based on Elastoplastic analysis and local strain approach
Lee et al. Effect of oxide film on ECT detectability of surface IGSCC in laboratory-degraded alloy 600 steam generator tubing
RU2521714C1 (en) Method to determine mechanical stresses in steel pipelines
CN103091392B (en) Gear flexural fatigue crack damage detection method based on magnetic flux leakage signal measurement
Li et al. Fatigue life prognosis study of welded tubular joints in signal support structures
Vladimír et al. The methodology of transformation of the nominal loading process into a root of notch
RU2803019C1 (en) Method of ultrasonic damage control of materials under various types of mechanical destruction

Legal Events

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

Effective date: 20181222