RU2648309C1 - Method of determination of the contribution of plastic deformation to the amount of acoustic anisotropy in measuring of details of machines and elements of the design - Google Patents

Method of determination of the contribution of plastic deformation to the amount of acoustic anisotropy in measuring of details of machines and elements of the design Download PDF

Info

Publication number
RU2648309C1
RU2648309C1 RU2016151104A RU2016151104A RU2648309C1 RU 2648309 C1 RU2648309 C1 RU 2648309C1 RU 2016151104 A RU2016151104 A RU 2016151104A RU 2016151104 A RU2016151104 A RU 2016151104A RU 2648309 C1 RU2648309 C1 RU 2648309C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
acoustic anisotropy
grinding
value
plastic deformation
contribution
Prior art date
Application number
RU2016151104A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Анатольевич Полянский
Алексей Иванович Грищенко
Александр Константинович Беляев
Александр Михайлович Лобачев
Виктор Сергеевич Модестов
Артем Семенович Семенов
Лев Васильевич Штукин
Дмитрий Алексеевич Третьяков
Юрий Алексеевич Яковлев
Андрей Валентинович Пивков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН)
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 учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН)
Priority to RU2016151104A priority Critical patent/RU2648309C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2648309C1 publication Critical patent/RU2648309C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/07Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: using to determine the contribution of plastic deformation to the value of acoustic anisotropy in measuring of details of machines and elements of design. Summary of the Invention is that carried out ultrasonic measurement of acoustic anisotropy, that makes it possible to determine the contribution of plastic deformation to the value of acoustic anisotropy by comparing the values of acoustic anisotropy, measured at the control point of a detail or an element before and after grinding its surface to a depth of at least half the characteristic grain size of the metal, and the grinding cycles and the subsequent measurement of the acoustic anisotropy on the ground surface at the reference point are continued, until the relative difference in the values of acoustic anisotropy in the two neighboring cycles would not exceeding 10 %.
EFFECT: providing an opportunity to assess the degree of structural damage during operation without mechanical unloading of structures with a high degree of reliability.
3 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области неразрушаюших методов диагностики материалов и конструкций и может быть использовано для определения величины механических напряжений и пластических деформаций в деталях машин и элементах конструкций при строительстве, монтаже и эксплуатации объектов в различных отраслях промышленности и транспорта (тепловая и атомная энергетика, машиностроение, химическая промышленность и др.), а также при экспертизе промышленной безопасности, расследовании и предотвращении причин аварий и чрезвычайных ситуаций.The invention relates to the field of non-destructive methods of diagnostics of materials and structures and can be used to determine the magnitude of mechanical stresses and plastic deformations in machine parts and structural elements during construction, installation and operation of objects in various industries and transport (thermal and nuclear energy, mechanical engineering, chemical industry, etc.), as well as in the examination of industrial safety, investigation and prevention of the causes of accidents and emergencies.

Известны способы определения величины пластических деформаций, оценки степени поврежденности, близости материала к разрушению, величины механических напряжений, основанные на измерении различных характеристик ультразвуковых колебаний, вызываемых в металлах специальными внешними возбудителями. Измеренные параметры подставляются в патентованные формулы для вычисления величины механических напряжений, критериев степени поврежденности, степени разрушения, остаточного ресурса, оценки величины пластической деформации.Known methods for determining the magnitude of plastic deformations, assessing the degree of damage, the proximity of the material to failure, the magnitude of mechanical stresses based on the measurement of various characteristics of ultrasonic vibrations caused in metals by special external pathogens. The measured parameters are substituted into the patented formulas for calculating the value of mechanical stresses, criteria for the degree of damage, degree of failure, residual life, and estimation of the magnitude of plastic deformation.

В способе по а.с. SU 1805289, G01B 15/06, G01N 29/00, опубл. 30.03.1993, БИ №12, предлагается измерять время распространения акустической сдвиговой волны в металле до и после пластической деформации, при этом пластические деформации и механические напряжения находятся при решении системы из трех нелинейных уравнений, в которых нелинейная зависимость временных задержек от напряжений и деформаций не учитывается и используется набор из трех эмпирических коэффициентов влияния, способ определения которых не указан. В реальности нелинейности оказывают существенное влияние, и вся система уравнений теряет смысл.In the method of A.S. SU 1805289, G01B 15/06, G01N 29/00, publ. 03/30/1993, BI No. 12, it is proposed to measure the propagation time of an acoustic shear wave in a metal before and after plastic deformation, while plastic deformations and mechanical stresses are found when solving a system of three nonlinear equations in which the nonlinear dependence of time delays on stresses and deformations is not a set of three empirical influence coefficients is taken into account and used, the method of determination of which is not indicated. In reality, nonlinearities have a significant effect, and the entire system of equations loses its meaning.

В способе по а.с. SU 1802301, G01L 1/00, опубл. 15.03.1993, БИ №10, предлагается оценивать деформацию по изменению расстояния между концентрическими кольцевыми рисками. Недостатком является то, что этот способ не может быть использован в реальных конструкциях, так как незащищенные поверхности подвергаются коррозионному разрушению, а закрашивание не позволит измерить расстояние между рисками с достаточной степенью точности.In the method of A.S. SU 1802301, G01L 1/00, publ. 03.15.1993, BI No. 10, it is proposed to evaluate the deformation by changing the distance between concentric ring risks. The disadvantage is that this method cannot be used in real constructions, since unprotected surfaces undergo corrosion damage, and painting does not allow measuring the distance between risks with a sufficient degree of accuracy.

В способе по а.с. SU 892203, G01B 7/24, опубл. 23.12.1981, БИ №47, предлагается измерять магнитные характеристики металла и по их изменению судить о пластических деформациях, но в самом описании способа указано, что коэффициенты в патентованных формулах меняются в несколько раз в зависимости от способа термообработки образца.In the method of A.S. SU 892203, G01B 7/24, publ. 12/23/1981, BI No. 47, it is proposed to measure the magnetic characteristics of the metal and to judge plastic deformations by their change, but the method description itself indicates that the coefficients in the patented formulas vary several times depending on the method of heat treatment of the sample.

В способе пат. RU 2107288, G01N 29/00, опубл. 20.03.1998, предлагается вычислять деформации и напряжения в болтах и шпильках, измеряя временные задержки между импульсами до и после затяжки резьбового соединения. В патентованных формулах учитывается только геометрическое изменение размеров образцов, хотя известно, что усилия меняют и саму скорость звука, что существенно повлияет на результаты расчета по патентованным формулам, особенно при наличии пластических деформаций.In the method of US Pat. RU 2107288, G01N 29/00, publ. 03/20/1998, it is proposed to calculate the deformation and stress in the bolts and studs, measuring the time delays between pulses before and after tightening the threaded connection. In the patented formulas, only the geometric change in the size of the samples is taken into account, although it is known that the effort also changes the speed of sound itself, which will significantly affect the calculation results using the patented formulas, especially in the presence of plastic deformations.

В способе пат. RU 2107907, G01N 29/00, опубл. 27.03.1998, измеряются амплитуды гармоник (первая, вторая и третья), содержащиеся в отраженной ультразвуковой волне, и по соотношению амплитуд второй и третьей гармоники с амплитудой первой гармоники, с помощью формул с эмпирическими коэффициентами определяют величину напряжений в соединительных болтах. Критерием прочности является близость этих напряжений к критическим. Коэффициенты определяются на основании предварительного исследования партии болтов.In the method of US Pat. RU 2107907, G01N 29/00, publ. 03/27/1998, the amplitudes of the harmonics (first, second and third) contained in the reflected ultrasonic wave are measured, and the magnitude of the voltages in the connecting bolts is determined using the formulas with empirical coefficients by the ratio of the amplitudes of the second and third harmonics with the amplitude of the first harmonic. The strength criterion is the proximity of these stresses to critical. The coefficients are determined on the basis of a preliminary study of a batch of bolts.

Главным недостатками перечисленных способов являются:The main disadvantages of these methods are:

- Значительная погрешность используемых формул, которая не позволяет их использовать при средних и больших пластических деформациях.- A significant error in the formulas used, which does not allow them to be used for medium and large plastic deformations.

- Необходимость использования в большинстве способов эмпирических значений коэффициентов в патентованных формулах для вычисления деформаций, напряжений и критериев поврежденности. Для определения этих коэффициентов необходим целый ряд образцов свидетелей с известной величиной пластической деформации, поврежденности или известным остаточным ресурсом, что осуществимо только в случае тестирования крупносерийной продукции и, как правило, приводит к большим ошибкам в диапазоне средних и больших пластических деформаций (деформации от 3 до 30%).- The need to use in most methods the empirical values of the coefficients in patented formulas to calculate strains, stresses and damage criteria. To determine these coefficients, a number of witness samples are required with a known amount of plastic deformation, damage, or a known residual resource, which is feasible only in the case of testing large-scale products and, as a rule, leads to large errors in the range of medium and large plastic deformations (deformations from 3 to thirty%).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является «Способ оценки поврежденности материала конструкций», патент RU №2507514, G01N 29/04, авторы Хлыбов Александр Анатольевич, Углов Александр Леонидович, приоритет 24.07.2012, опубл. 20.02.2014.Closest to the proposed invention is the "Method for assessing the damage to the material of structures", patent RU No. 2507514, G01N 29/04, authors Khlybov Alexander Anatolyevich, Uglov Alexander Leonidovich, priority 24.07.2012, publ. 02/20/2014.

Способ заключается в том, что определяют времена задержки импульса ультразвуковых волн (продольной и двух взаимно перпендикулярных сдвиговых) на поверхности нового элемента, в зоне разрушения такого же, но уже разрушенного элемента, и в контролируемой зоне аналогичного первым двум по форме, размерам и характеру нагружения внешними силами эксплуатируемого элемента. Затем определяют критерий степени разрушения по формулеThe method consists in determining the delay times of the pulse of ultrasonic waves (longitudinal and two mutually perpendicular shear) on the surface of a new element, in the fracture zone of the same but already destroyed element, and in the controlled zone similar to the first two in shape, size and nature of loading external forces of the operated element. Then determine the criterion of the degree of destruction by the formula

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где ΨA - поврежденность металла в относительных единицах, (ΨА=0 - металл без повреждений; ΨA=1 - в зоне разрушения конструкции),where Ψ A is the damage to the metal in relative units, (Ψ A = 0 is the metal without damage; Ψ A = 1 is in the fracture zone of the structure),

tR - задержка импульса продольной волны, в которой:t R - pulse delay of the longitudinal wave, in which:

индекс t соответствует эксплуатируемому элементу,the index t corresponds to the exploited element,

индекс 0 - новому элементу,index 0 - to a new element,

индекс * - разрушенному элементу в зоне разрушения,index * - to the destroyed element in the destruction zone,

индекс R - импульсу продольной волны,the index R is the momentum of the longitudinal wave,

αD, αR - коэффициенты, определяемые экспериментально, путем исследования ряда аналогичных элементов с различной степенью разрушения или исследования одного элемента с увеличивающейся нагрузкой вплоть до его разрушения,α D , α R are the coefficients determined experimentally by studying a number of similar elements with varying degrees of destruction or examining one element with an increasing load up to its destruction,

коэффициент D принимает следующие значения:coefficient D takes the following values:

Figure 00000002
Figure 00000002

ге t1 - задержка сдвиговой волны, вектор поляризации направлен вдоль прикладываемой нагрузки,ge t 1 - shear wave delay, the polarization vector is directed along the applied load,

t2 - задержка сдвиговой волны (перпендикулярная поляризация),t 2 - shear wave delay (perpendicular polarization),

t3 - задержка продольной волны.t 3 - longitudinal wave delay.

Решение о результатах диагностики принимается на основании критерия ΨА: вероятность разрушения максимальна, если ΨA=0.7-0.9 (по тексту патента).The decision on the diagnostic results is made on the basis of the Ψ A criterion: the probability of destruction is maximum if Ψ A = 0.7-0.9 (according to the text of the patent).

Этот способ содержит два основных недостатка:This method contains two main disadvantages:

1. Необходимость наряду с исследуемым образцом металла или металлической конструкции иметь еще, как минимум, три такие же по форме и размерам детали: исходный ненагруженный образец, разрушенный образец и нагруженный образец, не содержащий критического количества повреждений (для оценки αD, αR).1. The need, along with the metal sample or the metal structure under study, to have at least three other parts of the same shape and size: the initial unloaded sample, the destroyed sample and the loaded sample that does not contain a critical amount of damage (for assessing α D , α R ) .

Согласно данным [Hirao M., Pao Y.Н. Dependence of acoustoelastic birefringence on plastic strains in a beam // The Journal of the Acoustical Society of America. 1985. V. 77. No. 5. P. 1659-1664] эти образцы должны быть вырезаны из одного листа проката в одном направлении относительно движения валков, иметь одинаковые внутренние дефекты, что снижает практическую значимость способа для проведения технической диагностики.According to [Hirao M., Pao Y. N. Dependence of acoustoelastic birefringence on plastic strains in a beam // The Journal of the Acoustical Society of America. 1985. V. 77. No. 5. P. 1659-1664] these samples should be cut from one sheet of rolled metal in one direction relative to the movement of the rolls, have the same internal defects, which reduces the practical significance of the method for conducting technical diagnostics.

2. В способе используются вышеперечисленные временные задержки отраженного акустического сигнала, которые несут информацию как о напряжениях и пластической деформации, так и о накоплении повреждений. Причем пластическая деформация и повреждения отдельно дают сопоставимый, а иногда и значительно больший, чем механические напряжения, вклад в измеряемые временные интервалы и все производные от них результаты акустических измерений. В рассматриваемом способе, разделение информации проводится только на основании эмпирического опыта по обследованию аналогичных образцов - свидетелей в предположении монотонной зависимости задержек от степени пластической деформации или степени разрушения.2. The method uses the above time delays of the reflected acoustic signal, which carry information about stresses and plastic deformation, as well as damage accumulation. Moreover, plastic deformation and damage separately give a comparable, and sometimes significantly larger than mechanical stresses, contribution to the measured time intervals and all the results of acoustic measurements derived from them. In this method, the separation of information is carried out only on the basis of empirical experience in the examination of similar samples - witnesses under the assumption that the delays are monotonically dependent on the degree of plastic deformation or the degree of fracture.

В работе (Беляев А.К., Лобачев A.M., Модестов B.C., Пивков А.В., Полянский В.А., Семенов А.С., Третьяков Д.А., Штукин Л.В. Оценка пластических деформаций с использованием акустической анизотропии // Механика Твердого Тела №5,⋅ 2016, с. 124-131) путем экспериментальных исследований установлено, что даже при равномерном одноосном нагружении в области средних и больших (от 3% до 30%) пластических деформаций наблюдается сильная немонотонность зависимости величины временных задержек и всех производных от нее параметров акустических сигналов. В этой связи, любые заранее определенные линейные коэффициенты не позволяют вычислить объективную величину пластической деформации и оценить повреждения, за исключением некоторых специальных случаев, когда рассматриваются и сравниваются крупные партии серийно произведенных деталей из одного и того же материала.In the work (Belyaev A.K., Lobachev AM, Modestov BC, Pivkov A.V., Polyansky V.A., Semenov A.S., Tretyakov D.A., Shtukin L.V. Assessment of plastic deformations using acoustic anisotropy // Solid State Mechanics No. 5, ⋅ 2016, pp. 124-131) it was established by experimental studies that even with uniform uniaxial loading in the region of medium and large (from 3% to 30%) plastic deformations, a strong nonmonotonicity of the dependence of the value of temporary delays and all derivatives of acoustic signal parameters from it. In this regard, any predetermined linear coefficients do not allow calculating the objective value of plastic deformation and assessing damage, with the exception of some special cases when large batches of serial parts from the same material are examined and compared.

Задачей, решаемой изобретением, является создание способа определения вклада пластической деформации в величину акустической анизотропии при измерении в деталях машин и элементов конструкций, который обеспечивает возможность проводить измерения непосредственно в процессе эксплуатации без механической разгрузки деталей или конструкций и без использования многочисленных образцов - свидетелей, при этом исключается использование эмпирических коэффициентов. Таким образом, существенно повышается точность, независимость и достоверность оценки поврежденности. Появляется возможность без предварительных дорогостоящих экспериментов с образцами-свидетелями провести практическую оценку на действующей нагруженной конструкции.The problem solved by the invention is the creation of a method for determining the contribution of plastic deformation to the value of acoustic anisotropy when measuring parts of machines and structural elements, which makes it possible to carry out measurements directly during operation without mechanical unloading of parts or structures and without the use of numerous samples - witnesses, the use of empirical coefficients is excluded. Thus, the accuracy, independence and reliability of the damage assessment is significantly increased. There is an opportunity without preliminary expensive experiments with witnesses to conduct a practical assessment on the existing loaded structure.

Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем ультразвуковое измерение акустической анизотропии, величину вклада пластической деформации в величину акустической анизотропии определяют путем сравнения значений акустической анизотропии, измеренной в контрольной точке до и после шлифования поверхности элемента конструкции на глубину не менее половины характерного размера зерна металлаThe problem is achieved in that in a method involving ultrasonic measurement of acoustic anisotropy, the contribution of plastic deformation to the value of acoustic anisotropy is determined by comparing the values of acoustic anisotropy measured at a control point before and after grinding the surface of the structural member to a depth of at least half the characteristic grain size of the metal

Figure 00000003
Figure 00000003

где Ap - величина акустической анизотропии, обусловленная пластической деформацией материала,where A p is the magnitude of acoustic anisotropy due to plastic deformation of the material,

A0 - величина акустической анизотропии, измеренная до шлифования поверхности,A 0 - the value of acoustic anisotropy, measured before grinding the surface,

An - величина акустической анизотропии, измеренная после шлифования поверхности.A n is the value of acoustic anisotropy measured after grinding the surface.

Кроме того, возможно циклическое уточнение результатов измерения. В этом случае циклы шлифования и последующего измерения акустической анизотропии на шлифованной поверхности в контрольной точке продолжают до цикла, в котором соблюдается соотношениеIn addition, it is possible to cyclically refine the measurement results. In this case, the grinding and subsequent measurement of acoustic anisotropy on the polished surface at the control point continues until the cycle in which the relation

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

где n - порядковый номер цикла шлифования, An-1 - величина акустической анизотропии, измеренная непосредственно до последнего цикла шлифования поверхности.where n is the serial number of the grinding cycle, A n-1 is the value of acoustic anisotropy measured immediately before the last grinding cycle of the surface.

при этом общая глубина шлифования не должна превышать 5-7 характерных размеров зерна металла.however, the total grinding depth should not exceed 5-7 characteristic dimensions of the grain of the metal.

При обеспечении доступа к противоположной контрольной точке поверхности испытуемых деталей машин или элементов конструкций возможно выполнение двустороннего шлифования в контрольной точке, при этом величину вклада пластической деформации в величину акустической анизотропии определяют из выраженияWhen providing access to the opposite control point of the surface of the tested machine parts or structural elements, it is possible to perform double-sided grinding at the control point, while the contribution of plastic deformation to the value of acoustic anisotropy is determined from the expression

Figure 00000005
.
Figure 00000005
.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен испытуемый образец с контрольными точками, на фиг. 2 изображены графики изменения акустической анизотропии в контрольных точках в зависимости от цикла шлифования.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a test sample with control points; FIG. 2 shows graphs of changes in acoustic anisotropy at control points depending on the grinding cycle.

Предлагаемый способ заключается в следующем.The proposed method is as follows.

Для определения величины акустической анизотропии используют формулу:

Figure 00000006
To determine the magnitude of acoustic anisotropy using the formula:
Figure 00000006

где t1 и t2 - время распространения поперечных сдвиговых волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях.where t 1 and t 2 - the propagation time of transverse shear waves polarized in mutually perpendicular directions.

Эта величина согласно известной формуле из [Hirao М., Pao Y. Н. Dependence of acoustoelastic birefringence on plastic strains in a beam // The Journal of the Acoustical Society of America. 1985. V. 77. No. 5. P. 1659-1664] может быть представлена в виде суммы трех слагаемыхThis value according to the well-known formula from [Hirao M., Pao Y. N. Dependence of acoustoelastic birefringence on plastic strains in a beam // The Journal of the Acoustical Society of America. 1985. V. 77. No. 5. P. 1659-1664] can be represented as the sum of three terms

Figure 00000007
Figure 00000007

где AT - начальная анизотропия, определяемая свойствами исходного ненагруженного материала (текстурированием),where A T is the initial anisotropy, determined by the properties of the initial unloaded material (texturing),

Ay - анизотропия, связанная с упругой деформацией,A y - anisotropy associated with elastic deformation,

AP - анизотропия, связанная с пластической деформацией и повреждениями.A P is the anisotropy associated with plastic deformation and damage.

Величину AT+Ay можно считать постоянной в процессе проведения измерений.The value of A T + A y can be considered constant during the measurement process.

Действительно, начальная анизотропия AT и анизотропия, вызванная механическими напряжениями Ay (возможно они имеют различные значения в различных точках измерения), зависят от начального состояния металла и от внешней механической нагрузки и без изменения нагрузки не меняются.Indeed, the initial anisotropy A T and the anisotropy caused by mechanical stresses A y (maybe they have different values at different measurement points) depend on the initial state of the metal and on the external mechanical load and do not change without changing the load.

Переходим к определению величины AP:We proceed to determine the value of A P :

1. Проводят стандартное определение величины акустической анизотропии A1 для исследуемого участка металла в контрольной точке поверхности элемента конструкции, для чего измеряют t1 и t2 - время задержки отраженного импульса поперечных волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях (или время распространения прямого и отраженного импульса поперечных волн в материале), и затем по ним вычисляют А0 по формуле (4).1. Conduct a standard determination of the value of acoustic anisotropy A 1 for the studied metal section at a control point on the surface of the structural element, for which t 1 and t 2 are measured — the delay time of the reflected pulse of shear waves polarized in mutually perpendicular directions (or the propagation time of the direct and reflected pulse transverse waves in the material), and then A 0 is calculated from them according to the formula (4).

2. Производят шлифование поверхности в этой контрольной точке на глубину d не менее половины от характерного размера зерна металла. Как правило, это величина порядка 50 мкм.2. Grind the surface at this control point to a depth d of at least half of the characteristic grain size of the metal. As a rule, this value is about 50 microns.

3. После шлифования аналогично первому этапу повторно определяют величину акустической анизотропии A1. Шлифование возможно как вручную, так и с помощью механизмов, единственным необходимым условием является отсутствие нагрева шлифуемой поверхности более чем на 100°С. В случае если доступны обе стороны элемента конструкции (стороны с которой индуцируется и от которой отражается акустический сигнал), шлифование можно проводить симметрично с двух сторон.3. After grinding, similarly to the first stage, the acoustic anisotropy value A 1 is re-determined. Grinding is possible both manually and with the help of mechanisms, the only necessary condition is the absence of heating of the grinding surface by more than 100 ° C. If both sides of the structural element are accessible (the side from which the acoustic signal is induced and from which the acoustic signal is reflected), grinding can be carried out symmetrically from both sides.

4. Производят сравнение значений акустической, анизотропии A0 и A1, полученных на этапах 1 и 3.4. A comparison is made of the acoustic anisotropy values A 0 and A 1 obtained in steps 1 and 3.

Если изменение отличается менее чем на 10%, т.е. |A1-A0|/|A0|<10%, то измерения можно прекратить. В этом случае измеренное на последнем шаге значение A1 можно считать очищенным от слагаемого Ap либо полностью в случае двухстороннего шлифования (в случае если для шлифования доступна сторона детали, противоположная контрольной точке), либо наполовину, в случае одностороннего. Таким образом, мы определяем вклад пластической деформации в величину акустической анизотропии при одностороннем шлифованииIf the change differs by less than 10%, i.e. | A 1 -A 0 | / | A 0 | <10%, then the measurements can be stopped. In this case, the value of A 1 measured at the last step can be considered as cleared of the term A p either completely in the case of two-sided grinding (if the part side opposite the control point is accessible for grinding), or half if one-sided. Thus, we determine the contribution of plastic deformation to the value of acoustic anisotropy during one-sided grinding

Figure 00000008
Figure 00000008

При двустороннем шлифованииWith double-sided grinding

Figure 00000009
Figure 00000009

Если изменение величины акустической анизотропии после шлифования превышает 10% (|A1-A0|/|A0|>10%), то цикл шлифования и измерений после шлифования в контрольной точке необходимо повторить.If the change in the value of acoustic anisotropy after grinding exceeds 10% (| A 1 -A 0 | / | A 0 |> 10%), then the cycle of grinding and measurements after grinding at the control point must be repeated.

5. Циклы шлифования и измерений повторяют до тех пор, пока относительная разница значений акустической анизотропии в двух соседних циклах не составит значение, не превышающее 10%. То есть, измерения прекращают на цикле с порядковым номером n, в котором величина |An-An-1|/|An-1|<10%, где n - номер цикла.5. The grinding and measurement cycles are repeated until the relative difference in the values of acoustic anisotropy in two adjacent cycles reaches a value not exceeding 10%. That is, measurements are stopped on a cycle with serial number n, in which | A n -A n-1 | / | A n-1 | <10%, where n is the cycle number.

В этом случае вклад пластической деформации в величину акустической анизотропии при одностороннем шлифованииIn this case, the contribution of plastic deformation to the value of acoustic anisotropy during unilateral grinding

Figure 00000010
Figure 00000010

При двустороннем шлифованииWith double-sided grinding

Figure 00000011
Figure 00000011

6. Опыт применения измерительной процедуры к полностью разрушенным образцам показывает, что максимальная необходимая для измерений глубина шлифования не превышает 500-700 мкм (не более 10-14 итераций) и монотонно уменьшается с уменьшением величины пластической деформации до примерно половины от размера зерна (около 50 мкм). Поэтому в случае больших пластических деформаций (более 10%) возможно сократить число измерений за счет большей глубины шлифования на каждом цикле или за счет аппроксимации экспериментальной зависимости анизотропии от глубины шлифования с последующей экстраполяцией на глубину 500-700 мкм. 6. The experience of applying the measuring procedure to completely destroyed samples shows that the maximum grinding depth required for measurements does not exceed 500-700 microns (no more than 10-14 iterations) and decreases monotonically with a decrease in plastic strain to about half of the grain size (about 50 μm). Therefore, in the case of large plastic strains (more than 10%), it is possible to reduce the number of measurements due to the greater grinding depth at each cycle or by approximating the experimental dependence of the anisotropy on the grinding depth, followed by extrapolation to a depth of 500-700 μm.

Подтверждение работоспособности способа:Confirmation of the operability of the method:

Предлагаемый способ был реализован на образце, изготовленном для испытаний на прочность из плиты сплава АМЦ толщиной 20 мм. Образец имел стандартную гантелевидную форму, фиг. 1.The proposed method was implemented on a sample made for strength testing from an AMC alloy plate with a thickness of 20 mm. The sample had a standard dumbbell shape, FIG. one.

Волнистой линией показана линия разрыва образца при растяжении. Значками показаны точки, в которых производились циклические измерения.The wavy line shows the line of fracture of the specimen under tension. The icons show the points at which the cyclic measurements were made.

Для выполнения измерений акустической анизотропии и скорости продольной волны использовался прибор ИН5101А. Начальная анизотропия AT была измерена до механического нагружения образца и составила величину AT=(0,5±0,05)%.To perform measurements of acoustic anisotropy and longitudinal wave velocity, the IN5101A instrument was used. The initial anisotropy A T was measured before the mechanical loading of the sample and amounted to A T = (0.5 ± 0.05)%.

Были проведены испытания на прочность. Образец растягивали в разрывной машине INSTRON 50 вплоть до полного разрушения.Strength tests were conducted. The sample was stretched in an INSTRON 50 tensile testing machine until it was completely destroyed.

Шлифовали зону измерений на разрушенном образце вручную, в четыре этапа, на каждом из которых осуществлялось измерение акустической анизотропии. На каждом из этапов снималось в среднем по 125 микрон поверхностного слоя с двух сторон образца. В качестве исследуемой области, были произвольно выбраны точки на осевой линии образца, на расстоянии 13 мм друг от друга (эти точки показаны на фиг. 1). Величина пластической деформации материала образца во всех точках, в которых проводились измерения, была различной. Результаты измерений сведены в таблицу 1.Grind the measurement zone on the destroyed sample manually, in four stages, at each of which the acoustic anisotropy was measured. At each stage, an average of 125 microns of the surface layer was removed on both sides of the sample. As the study area, points were randomly selected on the axial line of the sample, at a distance of 13 mm from each other (these points are shown in Fig. 1). The magnitude of the plastic deformation of the sample material at all points at which measurements were carried out was different. The measurement results are summarized in table 1.

Figure 00000012
Figure 00000012

На основании таблицы 1 построены графики изменения акустической анизотропии An в зависимости от номера цикла шлифования n для различных точек на осевой линии образца (фиг. 2). На оси абсцисс отложен номер цикла шлифования n. На оси ординат отложены величины An в процентах. Каждая линия соответствует определенной точке измерений. Расстояние от точки измерений до границы рабочей части образца указано в подписях к графику для каждой кривой в мм.Based on table 1, graphs of changes in acoustic anisotropy A n are plotted depending on the grinding cycle number n for various points on the axial line of the sample (Fig. 2). The abscissa axis shows the grinding cycle number n. On the ordinate axis, the values of A n are plotted as a percentage. Each line corresponds to a specific measurement point. The distance from the measurement point to the boundary of the working part of the sample is indicated in the captions to the graph for each curve in mm.

Из графика видно, что при каждом следующем этапе шлифования акустическая анизотропия во всех исследуемых точках стремится от своего первоначального значения, полученного непосредственно после деформации и разрушения образца - A0, к уровню, который был измерен на исходном образце до проведения испытаний на разрыв (AT=(0,5±0,05)), и при 500 микронах, сошлифованных с каждой поверхности (шлифовка производилась с двух сторон образца), акустическая анизотропия полностью выходит на свой первоначальный уровень. Величину анизотропии, связанную с пластическими деформациями, оценивают по формуле (9). Результаты расчета приведены в таблице 2.It can be seen from the graph that, at each subsequent grinding step, the acoustic anisotropy at all the studied points tends from its initial value obtained immediately after deformation and fracture of the sample — A 0 , to the level that was measured on the initial sample before tensile testing (A T = (0.5 ± 0.05)), and at 500 microns polished from each surface (grinding was performed on both sides of the sample), acoustic anisotropy completely reaches its initial level. The value of anisotropy associated with plastic deformations is estimated by the formula (9). The calculation results are shown in table 2.

Figure 00000013
Figure 00000013

Таким образом, вклад пластической деформации в акустическую анизотропию был определен непосредственно без использования эмпирических коэффициентов в основных формулах без образцов свидетелей и пробной нагрузки - разгрузки испытуемого образца. Полученная в результате циклического процесса предельная величина An (на графике изображена справа n=4) может быть использована в процедуре определения механических напряжений по соответствующему ГОСТу.Thus, the contribution of plastic deformation to acoustic anisotropy was determined directly without using empirical coefficients in the basic formulas without witness samples and test load - unloading of the test sample. The limiting value A n obtained as a result of the cyclic process (n = 4 is shown on the right) can be used in the procedure for determining mechanical stresses in accordance with the corresponding GOST.

Полученная величина AP является самостоятельным диагностическим параметром и характеризует величину пластической деформации, в случае, если она многократно превышает An, может быть сделан вывод о наличии очень больших пластических деформаций в исследуемом металле.The obtained value of A P is an independent diagnostic parameter and characterizes the magnitude of plastic deformation, if it is many times higher than A n , it can be concluded that there are very large plastic deformations in the metal under study.

Claims (12)

1. Способ определения вклада пластической деформации в величину акустической анизотропии при измерении в деталях машин и элементах конструкций, включающий ультразвуковое измерение акустической анизотропии, отличающийся тем, что величину вклада пластической деформации в величину акустической анизотропии определяют путем сравнения значений акустической анизотропии, измеренной в контрольной точке детали или элемента до и после шлифования его поверхности на глубину не менее половины характерного размера зерна металла1. A method for determining the contribution of plastic deformation to the value of acoustic anisotropy when measured in machine parts and structural elements, including ultrasonic measurement of acoustic anisotropy, characterized in that the contribution of plastic deformation to the value of acoustic anisotropy is determined by comparing the values of acoustic anisotropy measured at the control point of the part or element before and after grinding its surface to a depth of not less than half the characteristic grain size of the metal Ap=2(A0-An), A p = 2 (A 0 -A n ), где Ap - величина акустической анизотропии, обусловленная пластической деформацией материала,where A p is the magnitude of acoustic anisotropy due to plastic deformation of the material, A0 - величина акустической анизотропии, измеренная до шлифования поверхности,A 0 - the value of acoustic anisotropy, measured before grinding the surface, An - величина акустической анизотропии, измеренная после шлифования поверхности.A n is the value of acoustic anisotropy measured after grinding the surface. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что циклы шлифования и последующего измерения акустической анизотропии на шлифованной поверхности в контрольной точке продолжают до цикла с порядковым номером n, в котором соблюдается соотношение2. The method according to p. 1, characterized in that the cycles of grinding and subsequent measurement of acoustic anisotropy on the ground surface at the control point continue until the cycle with serial number n, in which the relation |An-An-1|/|An-1|<10%, | A n -A n-1 | / | A n-1 | <10%, где n - порядковый номер цикла шлифования,where n is the sequence number of the grinding cycle, An-1 - величина акустической анизотропии, измеренная на n-1 цикле шлифования поверхности,A n-1 is the value of acoustic anisotropy measured on the n-1 surface grinding cycle, при этом общая глубина шлифования не должна превышать 5-7 характерных размеров зерна металла.however, the total grinding depth should not exceed 5-7 characteristic dimensions of the grain of the metal. 3. Способ по пп. 1, 2, отличающийся тем, что при условии обеспечения доступа к противоположной контрольной точке поверхности испытуемых деталей машин или элементов конструкций, выполняют двустороннее шлифование в контрольной точке, при этом величину вклада пластической деформации в величину акустической анизотропии определяют из выражения3. The method according to PP. 1, 2, characterized in that, provided that access to the opposite control point of the surface of the tested machine parts or structural elements is achieved, two-sided grinding is performed at the control point, while the contribution of plastic deformation to the value of acoustic anisotropy is determined from the expression Ap=A0-An.A p = A 0 -A n .
RU2016151104A 2016-12-23 2016-12-23 Method of determination of the contribution of plastic deformation to the amount of acoustic anisotropy in measuring of details of machines and elements of the design RU2648309C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151104A RU2648309C1 (en) 2016-12-23 2016-12-23 Method of determination of the contribution of plastic deformation to the amount of acoustic anisotropy in measuring of details of machines and elements of the design

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151104A RU2648309C1 (en) 2016-12-23 2016-12-23 Method of determination of the contribution of plastic deformation to the amount of acoustic anisotropy in measuring of details of machines and elements of the design

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2648309C1 true RU2648309C1 (en) 2018-03-23

Family

ID=61708034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016151104A RU2648309C1 (en) 2016-12-23 2016-12-23 Method of determination of the contribution of plastic deformation to the amount of acoustic anisotropy in measuring of details of machines and elements of the design

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2648309C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH021547A (en) * 1988-02-23 1990-01-05 Sumitomo Metal Ind Ltd Method for evaluating deep drawing property of metallic sheet
SU1663494A1 (en) * 1988-07-05 1991-07-15 Горьковский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института По Нормализации В Машиностроении Method of determining plastic deformation of a material
RU1805289C (en) * 1990-10-04 1993-03-30 В.В.Мишакин, С.Д.Демидик и А.Ф.По- левщиков Method for determining plastic strain of materials
JPH11281632A (en) * 1998-03-30 1999-10-15 Nippon Steel Corp Method and apparatus for measurement of plastic strain ratio by laser ultrasonic method
RU2251101C2 (en) * 2002-04-19 2005-04-27 Автономная некоммерческая организация научно-технологический парк Оренбургского государственного университета (АНО НТП "Технопарк ОГУ") Method of determining mechanical properties of metals during plastic deformation
RU2507514C1 (en) * 2012-07-24 2014-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method to assess damage of structure material

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH021547A (en) * 1988-02-23 1990-01-05 Sumitomo Metal Ind Ltd Method for evaluating deep drawing property of metallic sheet
SU1663494A1 (en) * 1988-07-05 1991-07-15 Горьковский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института По Нормализации В Машиностроении Method of determining plastic deformation of a material
RU1805289C (en) * 1990-10-04 1993-03-30 В.В.Мишакин, С.Д.Демидик и А.Ф.По- левщиков Method for determining plastic strain of materials
JPH11281632A (en) * 1998-03-30 1999-10-15 Nippon Steel Corp Method and apparatus for measurement of plastic strain ratio by laser ultrasonic method
RU2251101C2 (en) * 2002-04-19 2005-04-27 Автономная некоммерческая организация научно-технологический парк Оренбургского государственного университета (АНО НТП "Технопарк ОГУ") Method of determining mechanical properties of metals during plastic deformation
RU2507514C1 (en) * 2012-07-24 2014-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method to assess damage of structure material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Song et al. Nondestructive testing and characterization of residual stress field using an ultrasonic method
Bjørheim et al. A review of fatigue damage detection and measurement techniques
Lykins et al. Combined experimental–numerical investigation of fretting fatigue crack initiation
Corigliano et al. DIC-based structural strain approach for low-cycle fatigue assessment of AA 5083 welded joints
Javadi et al. Comparison between using longitudinal and shear waves in ultrasonic stress measurement to investigate the effect of post-weld heat-treatment on welding residual stresses
Castellano et al. Characterization of material damage by ultrasonic immersion test
Kim et al. Surface acoustic wave measurements of small fatigue cracks initiated from a surface cavity
Bannikov et al. Damage evolution in the AlMg6 alloy during high and very high cycle fatigue
dos Santos Jr et al. Comparison of acoustoelastic methods to evaluate stresses in steel plates and bars
RU2648309C1 (en) Method of determination of the contribution of plastic deformation to the amount of acoustic anisotropy in measuring of details of machines and elements of the design
Grishchenko et al. Relationship between the acoustic anisotropy parameter and measures of the stress-strain state for a specimen with a stress concentrator
Alhimenko et al. Propagation of acoustic waves during the control of hydrogen-induced destruction of metals by the acoustoelastic effect
Walker et al. Characterization of fatigue damage in A36 steel specimens using nonlinear rayleigh surface waves
Koehler et al. Characterization of surface treated aero engine alloys by Rayleigh wave velocity dispersion
Hubel et al. Ultrasonic evaluation of residual stresses in aero engine materials using bulk and Rayleigh surface waves
Matlack et al. Nonlinear Rayleigh waves to detect initial damage leading to stress corrosion cracking in carbon steel
RU2803019C1 (en) Method of ultrasonic damage control of materials under various types of mechanical destruction
Valiev et al. Damage assessment of specimens made of steel 09G2S exposed to low-cycle fatigue with the help of acoustic emission monitoring method
Shui et al. Characterization of surface damage of a solid plate under tensile loading using nonlinear Rayleigh waves
Venkat et al. Acoustics based assessment of a composite material under very high cycle fatigue loading
Zavadil Detection of Creep Degradation on Collapsed Membrane Wall From P265GH Pressure Purpose Steel by Ultrasonic Testing
RU2718631C1 (en) Method for determining residual stresses
Bannikov et al. Investigation of damage accumulation in a prestrained aluminum-magnesium alloy under gigacycle fatigue
Pei et al. Acoustoelastic Lamb wave analysis in thin plates
Zavadil Ultrasonic detection of plastic deformation