Koriste se za mjerenje tlaka vode na granici betonske konstrukcije i njezina temelja, kao i za mjerenje hidrostatskog i pornog tlaka u konstrukcijama i temeljima hidrauličkih građevina. Ovi senzori se ugrađuju tijekom izgradnje konstrukcije.

Riža. 5. Senzor za tlačne pijezometre i mjerenje hidrostatskog i pornog tlaka

Uređaji za praćenje stanja naprezanja i deformacije konstrukcija

Koristi se za mjerenje:

Vlačne ili tlačne sile u armaturi (mjerenja počinju odmah nakon ugradnje i provode se tijekom izgradnje i tijekom sljedećeg rada dok se ne uspostavi potpuna stabilizacija napetosti i deformacija ili do kraja vijeka trajanja uređaja koji iznosi 25 godina u fazi izgradnje zgrade);

Linearne deformacije u nosivim konstrukcijama konstrukcija (ugrađuju se u fazi izgradnje građevine i tijekom rada, kod hipotekarnog tipa ugradnje, pričvršćuju se zavarivanjem na metalne dijelove konstrukcije ili - sidrenjem na armiranobetonske dijelove, s nadzemni - korištenjem sidrenih učvršćenja na postojeće strukture konstrukcija);

Napetosti tla (kontroliraju kontaktni tlak u tlu na granici betonskih konstrukcija i napetost u masivima tla, uspostavljaju se u fazi izgradnje građevine).

Riža. 6. Uređaji za praćenje naponsko-deformacijskog stanja konstrukcija

Koristi se za mjerenje tlaka u:

Temelji brana, mostova i drugih masivnih monolitnih betonskih konstrukcija;

Kameni zidovi tunela i rudnika;

Betonski stupovi i stupovi.

Riža.

Koristi se za mjerenje pomaka zemljanih brana, promjenu osnovnih dimenzija i kontrolu slijeganja u mekom tlu. Razlikuju se po vrsti upotrebe i vrsti konstrukcije:

Za nasipe (kontrola kontrole bočne napetosti) i fiksne (kontrola slijeganja ili rasta nasipa);

Za bunare (nekoliko komponenti) - za kontrolu prostora koji okružuje inženjersku zgradu;

Za kontrolu slijeganja - dugotrajni nadzor inženjerske konstrukcije.

Ekstenzometar se sastoji od tri glavna dijela: sidra, šipke i senzora pomaka (mjera). Šipka povezuje indikator sa sidrom, koje je mehanički ekspanzivna konstrukcija izrađena na temelju klina, konusa ili opruge i pričvršćena na zid bušotine.

Riža.

Izravni i obrnuti visak

Koristi se za mjerenje:

Pomicanje dijelova betonskih i metalnih konstrukcija, koji su na dovoljno velikoj udaljenosti, jedan u odnosu na drugi;

Pomak u odnosu na vertikalni smjer bušenja bušotina i bušotina u fazi njihovog stvaranja;

Kretanje slojeva stijena;

Nagib visokih tornjeva i oslonaca, kao i razina njihovog osciliranja.

Obrnuti visak je žica, čiji je jedan kraj pričvršćen na dnu bunara u podnožju brane, a drugi je uronjen u spremnik s tekućinom i podupire žicu u okomito zategnutom položaju. Mjerenja uzduž vodova provode se određivanjem položaja žice u odnosu na konstrukciju po njezinoj visini pomoću optičkih (mehaničkih) mjernih instrumenata.

O GRAĐAMA KONFERENCIJE

Svojim čitateljima skrećemo pozornost na kraj zbirke članaka na temelju materijala 9. međunarodnog simpozija o mjernim tehnologijama i inteligentnim uređajima, održanom u ljeto 2009. u St. Petersburgu (za početak zbornika v. časopis "Mjerna tehnika" br. 3, 2010.)

Korištenje ultrazvučnih mjerenja brzine za određivanje naponsko-deformacijskog stanja metalnih proizvoda

L. B. Zuev, B. S. Semukhin, A. G. Lunev

Institut za fiziku čvrstoće i nauke o materijalima SB RAS, Tomsk,

Rusija, e-mail: [e-mail zaštićen]

Istražuje se promjena brzine Rayleighovih valova u deformabilnim materijalima. Opisan je uređaj za precizno mjerenje brzine širenja ultrazvučnih vibracija. Prikazana je mogućnost primjene metode mjerenja njihove brzine za kontrolu kvalitete cirkonijevih gredica koje se koriste u hladnom valjanju obloge gorivnih elemenata nuklearnih reaktora.

Ključne riječi: ultrazvučne vibracije, ispitivanje bez razaranja, naponsko-deformacijsko stanje, kontrola kvalitete.

Provedena su istraživanja varijacije brzine širenja ultrazvuka u deformabilnim materijalima kako bi se utvrdila korelacija između ove brzine i mehaničkih karakteristika deformabilnog materijala. Dat je detaljan opis instrumenta za precizno mjerenje brzine širenja ultrazvuka. Na primjeru legura na bazi Zr, pokazano je da se metoda može koristiti za kontrolu kvalitete cirkonijevih gredica, od kojih se hladnim valjanjem izrađuje obloga goriva nuklearnog reaktora.

Ključne riječi: ultrazvuk, nedestruktivna kontrola, naponsko deformirano stanje, kontrola kvalitete.

Prethodno je utvrđeno da brzina širenja ultrazvučnog vala u vlačno deformiranom uzorku ovisi o ukupnoj deformaciji, naponu strujanja i strukturi materijala koji se proučava. Slični rezultati dobiveni su za male plastične deformacije. Tijekom istraživanja skrenuta je pozornost na oblik ovisnosti brzine ultrazvučnih vibracija (USV) o naponu strujanja (slika 1.). Ovisnost se sastoji od tri linearna dijela, od kojih se svaki može opisati jednadžbom oblika

^ = ^ +% o, (1)

gdje su v0,% empirijske vrijednosti s različitim vrijednostima za različite stupnjeve plastičnog strujanja. Koeficijent % može imati bilo koji predznak, ali proporcionalnost ovisnosti ^ $ (o) uvijek je očuvana unutar jednog područja s koeficijentom korelacije od oko 0,9.

U nastavku je prikazana mogućnost korištenja jednadžbe (1) za određivanje mehaničkih svojstava ne-

destruktivna metoda. Za to su dobivene ovisnosti (o) za širok raspon metala i legura (tablica).

Promjena brzine Rayleighovih valova zabilježena je metodom autocirkulacije impulsa izravno u procesu rastezanja ravnih uzoraka. Dobivene ovisnosti ^ (o) imaju isti oblik za sve istraživane materijale. Koristeći bezdimenzijske vrijednosti brzine i naprezanja i aproksimirajući istaknute faze linearnim funkcijama, dobivamo generaliziranu ovisnost

/ = p, - + a, o / ov, (2)

gdje je brzina Rayleighovih valova u neopterećenom uzorku, m/s; p, -, a, - empirijske vrijednosti koje ne ovise o materijalu; / = 1, 2 je broj linearnog presjeka na Sl. 1; ov je krajnja čvrstoća materijala koji se proučava, MPa.

Izračunate vrijednosti r, -, a, za dionice 1 i 2 bile su R1 = 1,0 ± 2 ■ 10-4, r2 = 1,03 ± 10-3, a1 = 6,5 ■ 10-3 ± 4,7 ■ 10-4, a2 = 3,65 ■ 10-2 ± 3,2 ■ 10-3.

Riža. 1. Ovisnost brzine ultrazvuka o djelovanju naprezanja u uzorku mjedi

Iz (2) slijedi

<зв = щ о//vS -Р/). (3)

Jednadžba (3) može se koristiti za procjenu krajnje čvrstoće pri malim plastičnim deformacijama mnogo prije loma uzorka. Dakle, za određivanje ov dovoljno je izmjeriti brzinu ultrazvučnog ispitivanja pri naprezanjima u uzorku unutar o02< о < 0,6ов (где о02 - предел текучести), т. е. на участке малых пластических деформаций.

Prema jednadžbi (3), za većinu materijala prikazanih u tablici izračunata je krajnja čvrstoća pri deformaciji reda 1% (oko ~0,1 ov). Vrijednosti dobivene ultrazvučnom metodom uspoređene su s vrijednostima σ koje se tradicionalno nalaze na dijagramima zatezanja do loma (slika 2). Pokazalo se da su vrijednosti i ov jednake s koeficijentom korelacije R = 0,96.

To znači da se predložena metoda može koristiti za procjenu krajnje čvrstoće materijala mnogo prije njihovog uništenja. Priroda dobivenog odnosa između brzine i naprezanja, moguće, leži u činjenici da je, s jedne strane, stvrdnjavanje materijala povezano s poljima unutarnjih naprezanja, koja usporavaju kretanje dislokacija. S druge strane, s povećanjem unutarnjih naprezanja, brzina ultrazvučnog ispitivanja se smanjuje. Stoga se pokazalo da obje ove veličine ovise o jednom parametru, koji kao rezultat određuje odnos između brzine ultrazvučnog ispitivanja i mehaničkih karakteristika materijala.

Za primjenu ultrazvučne metode u laboratoriju i na terenu razvijena su dva instrumenta: ANDA (akustični instrument za nerazornu analizu stanja materijala u laboratoriju) i ASTR (instrument za određivanje zaostalih naprezanja metalnih konstrukcija u Polje). Princip mjerenja brzine širenja Rayleighovih valova, primijenjen u uređajima, temelji se na metodi autocirkulacije impulsa. Pogreška mjerenja je 3 ■ 10-5, rad s uređajem ne zahtijeva nikakvo posebno znanje operatera.

Bit metode autocirkulacije je stvaranje zatvorene petlje za prolaz pulsa. Pod djelovanjem kratkog električnog impulsa, emitirajući piezoelektrični pretvarač stvara akustični val u uzorku. Val koji prolazi od odašiljajućeg do prijemnog piezoelektričnog pretvarača pretvara se natrag u električni signal i ponovno ulazi u emitirajući pretvarač. Dakle, uz konstantnu udaljenost između pretvarača, frekvencija pojave impulsa u određenoj točki u krugu ovisit će o vremenu prolaska akustičkog signala u uzorku i kašnjenju u krugu uređaja. Budući da je kašnjenje u krugu zanemarivo u usporedbi s vremenom širenja akustičkog vala u uzorku, frekvencija autocirkulacije će karakterizirati brzinu širenja ultrazvučne sonde u uzorku. U ovom slučaju, Rayleighovi površinski valovi imaju frekvenciju od 2,5 MHz.

Kemijski sastav ispitivanih legura

Broj Materijal Simbol C N Si Mg Mn Li Cr Cu Ni Zn Pb Zr Ti Sn Nb

1 Čelik 0,12 - 0,8 - 2,0 - 17,0-19,0 ​​0,3 9,0-11,0 - - - 0,5-0,8 - -

2 Isto ■< 0,12 0,008 0,5-0,8 - 1,3-1,7 - < 0,3 < 0,3 < 0,3 - - - - - -

3 "▲< 0,12 0,008 0,8-1,1 - 0,5-0,8 - 0,6-0,9 0,4-0,6 0,5-0,8 - - - - - -

4 "♦ 0,14-0,22 - 0,12-0,3 - 0,4-0,65 -< 0,3 < 0,3 < 0,3 - - - - - -

5 Duralumin ® - -< 0,5 1,5 - - - 4,35 < 0,1 < 0,3

6 Al-Mg + - - 0,25 5,8-6,2 0,1-0,25 1,8-2,2 - - - - - 0,1 - - -

7 Al-Li X - - 0,15 - - 1,8-2,0 - 2,8-3,2 - - - 0,12 0,12 - -

8 mjed - -< 0,1 - - - - - - 38,0-41,0 0,8-1,9 - - - -

9 Zr - Nb * - - - - - - - - - - - 99,0 - - 1,0

10 Zr-Nb - - - - - - - - - - - 97,5 - 1,0 1,0

600500-400^ 300^

200200 300 400 500 600

Riža. 2. Korelacija između granične čvrstoće određene ultrazvučnom metodom i vlačne čvrstoće dobivene iz vlačnog dijagrama uzorka (pogledajte tablicu za oznake)

Ultrazvučni pretvarač instaliran na objektu proučavanja ima dva nagnuta piezoelektrična pretvarača smještena na fiksnoj udaljenosti jedan od drugog, nazvana baza. Nagib piezoelektričnih pretvarača bira se na način da se u objektu proučavanja formira Rayleighov površinski val. Za pouzdano mjerenje brzine potrebno je osigurati kontakt s metalom kontroliranog proizvoda uklanjanjem potonjeg od boje, prljavštine i oksida, površina treba biti ravna, senzor treba pritisnuti na mjesto kontrole. Zvučni kontakt s piezoelektričnim pretvaračem osigurava neagresivno tekuće mazivo, na primjer, transformatorsko ulje. Treba imati na umu da prostor između piezoelektričnih pretvarača mora ostati suh i čist.

Jedna od primjena razmatrane ultrazvučne metode je procjena stanja naprezanja u cirkonijskim blazinama koje se koriste za proizvodnju obloga gorivnih elemenata nuklearnih reaktora. U procesu hladnog valjanja cijevi od Zr-Nb legure u gredcu se formira složena raspodjela unutarnjih zaostalih makronaprezanja, što može dovesti do uništenja gredice u jednoj od faza obrade. Za optimizaciju procesa valjanja potrebno je uzeti u obzir razinu i raspodjelu zaostalih naprezanja u izratku

a, MPa 1000 "

Riža. 3. Raspodjela unutarnjih naprezanja u Zr gredici kružnog presjeka

kah. Korištenje tradicionalnih metoda, kao što je X-zrake, za određivanje unutarnjih naprezanja na dugim obradacima je dugotrajno i praktički nemoguće u linijskom proizvodnom okruženju.

Za izratke je provedeno istraživanje za određivanje unutarnjih naprezanja pomoću ASTR ultrazvučnog uređaja. U uzorcima Zr-Nb-legure 9 deformiranih u širokom rasponu naprezanja (vidi tablicu) provedena su mjerenja kako bi se utvrdila ovisnost brzine ultrazvučnog ispitivanja o naprezanjima. Najvažniji rezultati dobiveni su za izratke kod kojih su unutarnja naprezanja varirala u širokom rasponu. Planira se proširenje primjene nedestruktivnih metoda za određivanje zaostalih naprezanja u cirkonijevim cijevima tankih stijenki proizvedenim hladnim valjanjem. Time će se unaprijediti postojeća tehnologija njihove proizvodnje. Istraživanje je provedeno na cijevima i gredicama od legura 9 i 10 na bazi Zr.

Vijek trajanja materijala i konstrukcija u većini slučajeva ovisi o homogenosti strukture materijala i naponsko-deformacijskom stanju konačnog proizvoda izrađenog od ovog materijala. Rendgenskom i ultrazvučnom metodom mjerena su zaostala naprezanja na izratcima te su uspoređeni rezultati mjerenja.

Utvrđeno je da m

Za daljnje čitanje članka morate kupiti cijeli tekst. Članci se šalju u formatu PDF na mail naznačen pri plaćanju. Vrijeme isporuke je manje od 10 minuta... Cijena jednog artikla - 150 rubalja.

Slični znanstveni radovi na temu "Mjeriteljstvo"

• KARAKTERIZACIJA OPTIČKE EMISIJE LASERSKI ABLIRANI CIRKONIJEV PLAZME

  HANIF M., SALIK M. - 2015

• NERAZVUČNA OCJENA NAPREZANJA PRISTOJNOSTI ZA NISKOUGLJIČNI ČELIK ULTRAZVUČNIM MJERENJEM

  KAVARDZHIKOV V., PASHKOULEVA D., POPOV AL. - 2013

• OCJENA KVALITETE DRVENE PLOČE ULTRAZVUČNIM I STATIČKIM METODAMA ELASTIČNOM ANIZOTROPOM

  ABBASI MARASHT A., KAJEMI NAJAFI S., EBRAHIMI G. - 2004.

• TERMOGRAFSKE, ULTRAZVUČNE I OPTIČKE METODE: NOVA DIMENZIJA U DIJAGNOSTICI furniranog DRVA

  AVDELIDISB N.P., KOUI M., SFARRAA S., THEODORAKEASB P. - 2013.

Jedna od najvažnijih točaka promatranja je praćenje napreznog stanja stijenske mase, uz pomoć kojeg se utvrđuju mjesta koncentracije elastičnih deformacija koje se javljaju u stijenskoj masi poremećenoj razvojem tijekom rasterećenja od naprezanja. Trenutno postoji nekoliko metoda za određivanje naprezanja u stijenskoj masi.

Metoda rasterećenja koristi se za mjerenje elastičnih deformacija u dovoljno čvrstim stijenama nakon njihovog odvajanja od masiva uz naknadnu obnovu karakteristika elemenata oblika stijene.

Vrijednosti naprezanja u stijenskoj masi određuju se na tri načina (slika 7):

elastična obnova kraja bušotine pri bušenju jezgre (metoda VNIMI);

promjena promjera središnje rupe u izbušenoj jezgri (Hastova metoda);

deformacija stijenki središnje rupe u izbušenoj jezgri (Liman metoda).

Riža. 7. Shema za određivanje naprezanja metodom rasterećenja: I -od VNIMI; II -prema Hastu; III -uz ušće; 1 -oprema za bušenje; 2 -dobro za mjerenje; 3 -oprema za snimanje; 4 -senzor kraja bušotine; 5 - mjerač naprezanja; 6 -ljepljivi mjerači naprezanja

Prilikom mjerenja elastičnih deformacija u stijenskoj masi kao posljedica njenog rasterećenja od naprezanja, potrebno je uzeti u obzir lomljenost i heterogenost stijena, vrijednosti Poissonovog omjera i modula elastičnosti, smjer i dubinu mjerenja. bunari. U te se svrhe buše bušotine na mjestima promatranja.

Metoda kompenzacijskog opterećenja temelji se na obnavljanju elastične deformacije nakon ponovnog opterećenja djelomično neopterećenog masiva tlačnim uređajem. Uređaj za mjerenje naprezanja u stijenskoj masi postavljen je na reper, betoniran u plitkim bušotinama izbušenim u zidu izradaka (slika 8.). U zazor koji se formira u blizini mjerila ugrađuje se tlačni uređaj koji je neophodan za smanjenje naprezanja u promatranom području. Specifični tlak u utoru, koji stvara hidraulična dizalica, raste na početnu razinu, što odgovara veličini naprezanja u nizu u ovom trenutku.

Riža. 8. Shema za određivanje napona metodom kompenzacijskog opterećenja: 1 -hidraulične dizalice; 2 -crijevo; 3 -hidraulička pumpa; 4 -mjerači naprezanja

Metoda razlike tlaka temelji se na stvaranju prisilne početne vrijednosti tlaka u bušotini izbušenoj u stijeni koja okružuje rudnik, u koju je postavljen hidraulički cilindar (slika 9.).

Riža. 9. Shema za određivanje naprezanja metodom razlike tlaka: 1 -hidrosenzor; 2 -cjevovod; 3 -mjerač tlaka koji se sam snima; 4 -ventilski uređaji; 5 -presa mjerač protoka; 6 -manometar; 7 -ručna pumpa

Kao rezultat deformacije cilindra u bušotini, uzrokovane promjenom stanja naprezanja stijenske mase, mijenjaju se očitanja tlaka tekućine na manometru spojenom na cilindar. Razlika između očitanja na manometru vrijednosti početnog i naknadnog tlaka karakterizira promjene naprezanja u ispitivanom području u vremenu i prostoru.

Metoda elastičnih inkluzija temelji se na promatranju promjene vrijednosti naprezanja u senzoru od stakla, optičkih ili drugih materijala, pričvršćenom na oblogu kolnika ili stijene (Sl. 10).

Riža. 10. Shema za određivanje naprezanja metodom elastičnih inkluzija: 1 -fotoelastični senzor; 2 -cementni sloj

Metoda bušotine temelji se na mjerenju tlaka stijena u poprečnom i uzdužnom smjeru pomoću mjernog mjerača koji se nalazi u bušotini (slika 11.).

Za izračunavanje veličine stanja naprezanja stijenske mase iz izmjerenih deformacija koriste se formule teorije elastičnosti uzimajući u obzir reološke parametre stijena, Poissonov omjer i modul elastičnosti.

Riža. 11. Shema za određivanje naprezanja metodom bušotina: 1 -mjerenje naprezanja; 2 -nosač deformometra; 3 -kabel

Akustična metoda temelji se na korištenju sposobnosti većine stijena da generiraju elastične zvučne impulse mikropukotina pri promjeni stanja naprezanja stijenske mase.

Za snimanje zvučnih impulsa koji nastaju u stijenama koriste se piezoelektrični i elektrodinamički geofoni, elektronička pojačala signala koje primaju geofoni, uređaji za snimanje s napajanjem i spojnim žicama (slika 12).

Ultrazvučna metoda temelji se na bilježenju brzine elastičnih valova koji prolaze kroz stijensku masu u napregnutom stanju (slika 12).

Na istraživanom području s porastom napreznog stanja stijena brzina prolaska elastičnih valova u stijenskoj masi raste, a opada sa smanjenjem naprezanja. Ovisno o zadatku određuje se broj, dubina i smjer bušotina u koje se ugrađuje emiter i prijamnik ultrazvučnih vibracija.

Riža. 12. Dijagram prolaznog karotaža: 1 i 2 - elektrode

Riža. 13. Dijagram električnih sondiranje niza između dvije paralelne bušotine: 1 -odašiljač; 2 i 2" -prijemni uređaj (dva položaja)

Električna metoda temelji se na određivanju električnog otpora i električne vodljivosti stijena ovisno o promjeni stanja naprezanja u stijenskoj masi (slika 13.).

U izbušenu bušotinu ugrađen je alat za karotažu. Kao rezultat njegovog kretanja duž bušotine određuju se promjene električnog otpora stijena, što, uzimajući u obzir utvrđene korelacije, odgovara promjeni napreznog stanja masiva.

Radiometrijska metoda sastoji se u dobivanju informacija o promjeni intenziteta toka gama zračenja, ovisno o promjeni stanja naprezanja masiva, nakon što prođu kroz proučavano područje stijena.

Izvor gama zraka, smješten u mjernoj sondi, kreće se duž bušotine. Veličina stanja naprezanja masiva određena je kalibracijskom krivuljom odgovarajućih stijena, ovisno o intenzitetu toka zračenja.

Procjena relativno napetog stanja niza provodi se metodama promjene:

presjek bušotine s udaljenosti od glave bušotine, na izlazu i veličinom glave bušotine;

napori za napajanje bušilice pri bušenju bušotina na izlazu i veličina glave bušilice;

napori pritiskanja žiga u zidove ili kraj bunara;

stupanj uništenja jezgri pri bušenju bušotina.

Mjerenje stanja naprezanja u stijenskoj masi i oko podzemnih radova metodom rasterećenja vrši se pomoću opreme i deformacijskih mjerača smještenih u bušotini promjera 36 mm do 76 mm, dubine od 0,3 m do 20 m. Istovremeno se mjere deformacije od 110 -6 do 110. -3 jedinice relativnih deformacija, osjetljivost uređaja je 110 -6 jedinica relativnih deformacija (tablica 8).

Provedena istraživanja pokazala su da su rudarski radovi i stijenska masa u stalnoj međusobnoj interakciji i međusobno utječu na mjerne parametre u procesu geodetskog praćenja rudnika. Tehnološka i ekološka sigurnost eksploatacija sekundarnog višenamjenskog pogona može se osigurati samo uz uvjet izvođenja geodetskih motrenja njihovog stanja u načinu kontinuiranog ili diskretnog kontinuiranog praćenja kako u podzemnom tehnološkom prostoru tako iu stijenama koje okružuju izradake. Praćenje dinamike promjena parametara stanja okoliša objekta promatranja treba osigurati raznim vrstama signalnih uređaja koji fiksiraju jednu ili više kritičnih razina.

Tablica 8. Instrumenti i alati za određivanje naprezanja u stijenskoj masi i podzemnim građevinama

Naziv uređaja	Šifra instrumenta	Pogreška mjerenja	Mjerna baza	Mjerni raspon	Proizvođač	dodatne informacije
Komplet opreme za metodu istovara	DM-18 (mjerno mjerilo); 71R 01 (priključak za mjerač naprezanja); M 195/1; SB-8M- (galvanometri)	Deformacije 7; (relativne deformacije) osjetljivost uređaja 110-6 (POVEZANA DEFORMACIJA,)	d bušotina - 76 mm L bušotina - 20 m		Određivanje stanja naprezanja stijenske mase u podzemnoj eksploataciji
Jedinstveni komplet		d bušotina - 75 mm	VNIMI, Ogranak Kola Akademije znanosti SSSR-a	Određivanje mehaničkih naprezanja u stijenskoj masi metodom rasterećenja
Instalacijski uređaj			Institut za rudarstvo Krivoy Rog	Određivanje naprezanja u stijenskoj masi metodom potpunog rasterećenja
Komplet opreme za istovar	Deformacija odnosi se. def. Osjetljivost uređaja 1 * 10-6 odnosi se. def.	d bušotina - 36-112 mm L bunar - 250 m		Određivanje potpunog tenzora naprezanja u stijenskoj masi metodom rasterećenja
Hidraulični pretvarač				IGD SO AN Novosibirsk grad	Određivanje apsolutnih vrijednosti naprezanja i njihovih prirasta koji djeluju u stijenskoj masi metodom razlike tlaka
Mjerenje naprezanja		d bušotina - 45 mm L bunar - 280 m		Određivanje naprezanja metodom rasterećenja
Stolni deformometar strunastog tipa		Uzdužni pomak: 0,2-0,01 mm; radijalni pomak: 0,001 mm	Uzdužni pomak:; radijalni pomak:		Istovremeno mjerenje uzdužnih i radijalnih deformacija bunara do 30 m dubine, neispunjenih vodom
Rudnički ultrazvučni uređaj				IGTM AN UkrSSR Dnjepropetrovsk	Određivanje fizičkih i mehaničkih svojstava i relativnih promjena stanja naprezanja stijenske mase brzinom uzdužnih i poprečnih ultrazvučnih valova
Ultrazvučna minska stanica	SB - 22 (SHUS)		Ubrzati: 1000-5000 m / s; Prigušenje		Procjena poremećaja i napetosti stijena u stupovima i oko izrada po brzini i slabljenju elastičnih valova

Odabir mjesta mjernih uređaja u svakom konkretnom slučaju treba provoditi uzimajući u obzir ekonomske, tehnološke i druge čimbenike koji određuju učinkovitost kontrole.

Prilikom izvođenja minskih izmjera u podzemnim radovima sekundarnog višenamjenskog rada, prođenih u nestabilnim stijenama (III kategorija) i srednje stabilnosti (II kategorija), osiguranih monolitnim armiranobetonskim, metal-betonskim, montažnim armiranobetonskim ili betonskim oblogama s fleksibilnom podlogom i naknadnom injektiranje sidrišnog prostora uz očvršćavanje sidra potrebno je ugraditi mjerne instrumente kontinuiranog ili diskretnog kontinuiranog djelovanja. Instalacija određenog uređaja ovisi o stanju proizvodnje, namjeni njegove uporabe. Dakle, u radovima dugotrajnog rada pri postavljanju skladišta preporučljivo je promatrati i stijene i obloge rada. Za to je potrebno koristiti diskretne kontinuirane pulsne radiometrijske senzore. Pokreću se ovisno o fiksnim parametrima postavljenim u mjernom uređaju, nosivosti stijena i strukturnoj usklađenosti nosača. Prilikom praćenja stanja stijenske mase mjerni uređaj se ugrađuje u rupu izbušenu u stijeni koja okružuje rudnik. Promjene geometrijskih karakteristika i čvrstoće nosača određuju se kada se uređaj ugradi na nosač.

Izum se odnosi na područje ispitivanja fizikalnih karakteristika materijala bez razaranja. Metoda se sastoji u mjerenju parametara magnetskih polja na površini predmeta koji se proučava i određivanju zone nakupljanja dislokacija koje odgovaraju anomalnim zonama unutarnjih naprezanja. Mjeri se apsolutna vrijednost maksimuma normalne komponente jakosti magnetskog polja, dodatno se mjeri magnetska permeabilnost materijala u zoni maksimalne čvrstoće i izračunava vrijednost unutarnjih naprezanja prema kojoj se naprezanje- ocjenjuje se deformacijsko stanje materijala koji se proučava. Dodatno, možete odrediti smjer maksimuma tangencijalne komponente jakosti magnetskog polja, izmjeriti njegovu apsolutnu vrijednost i izračunati vektor maksimalnih unutarnjih naprezanja. Dodatno, jedna od poznatih metoda može izmjeriti udaljenost od površine predmeta koji se proučava do zone abnormalnih unutarnjih naprezanja, izračunati količinu energije akumulirane u toj zoni, koja se može koristiti za procjenu stupnja aktivnosti nastanka pukotine. i rast. Izum omogućuje dobivanje kvantitativnih karakteristika unutarnjih naprezanja. 4 k.p. letjeti.

Izum se odnosi na područje ispitivanja bez razaranja fizičkih karakteristika konstrukcijskih, uglavnom feromagnetskih, materijala magnetskim metodama i može se koristiti za mjerenje karakteristika naponsko-deformacijskog stanja materijala i zavarenih spojeva u dijelovima različitih konstrukcija za kritične namjene, na primjer, u zavarenim i zakovanim rešetkama, u zidovima cjevovoda, tlačnim posudama i drugim objektima energetske, kemijske, inženjerske industrije i raznih vrsta transporta, koji doživljavaju značajna opterećenja tijekom rada. Suvremena dijagnostika ima veliki arsenal raznovrsnih alata i metoda za mjerenje mehaničkih karakteristika materijala, a glavno mjesto u tom arsenalu zauzimaju metode i alati za mjerenje zaostalih i radnih unutarnjih naprezanja. Sve poznate magnetske metode za dijagnostiku konstrukcijskih materijala mogu se podijeliti u dvije skupine: aktivne - sa stvaranjem "prisilnog" magnetskog polja zadane orijentacije u materijalu ispitivanog dijela i pasivne - korištenjem remanentne magnetizacije proizvoda uzrokovanog vanjskim magnetskim poljima prirodnog ili umjetnog podrijetla. Nedostaci poznatih aktivnih magnetskih metoda za dijagnosticiranje stanja konstrukcijskih materijala inherentni su samoj fizičkoj biti ovih metoda i izražavaju se u potpunoj neosjetljivosti na anomalije materijala koje se nalaze duboko u dijelu, kao i na anomalije (čak i pukotine) smještene na površina dijela, ali orijentirana duž linija magnetskog polja.polja. Poznate pasivne magnetske metode za određivanje stanja naprezanja i deformacije feromagnetskih konstrukcijskih materijala su tanji alat, jer vam omogućuju kvalitativno praćenje promjene zaostalih naprezanja pod utjecajem vanjskih sila. Nedostaci pasivnih magnetskih metoda su niska osjetljivost na anomalije koje se nalaze duboko u materijalu, te dvosmislenost rezultata određivanja naprezno-deformacijskog stanja. Ove se metode temelje na ovisnosti magnetskih karakteristika materijala o njegovoj strukturi ili faznom stanju, koje su određene tehnološkom ili operativnom poviješću materijala i počinju se zamjetno mijenjati tek pri velikim vrijednostima plastičnih deformacija koje odgovaraju blizu -granične razine mehaničkih naprezanja. Štoviše, trenutno poznati dijagnostički alati mjere samo neke parametre korištenih fizičkih polja, koji općenito nisu povezani s mehaničkim naprezanjima u njihovom čistom obliku, već sa skupom karakteristika naprezno-deformacijskog stanja materijala, a oni su povezani s nedovoljno proučenim i ne uvijek monotonim i nedvosmislenim ovisnostima ... To znači da izmjereni parametri ne mogu pouzdano karakterizirati stanje materijala. Najbliža je metoda za određivanje zona zaostalih naprezanja u proizvodima od feromagnetnog materijala, koja se sastoji u mjerenju normalne i tangencijalne komponente jakosti zalutalog magnetskog polja u svakoj od zadanih točaka na površini predmeta koji se proučava. , uspoređujući izmjerene vrijednosti komponenti jakosti magnetskog polja i točku po točku, u kojima su normalna i tangencijalna komponenta naprezanja jednake, definiraju granice zone zaostalih naprezanja. Nedostatak ove metode za određivanje zona zaostalih naprezanja je velika pogreška uzrokovana značajnim zamagljivanjem granica jednakosti normalne i tangencijalne komponente jakosti magnetskog polja zbog jake ovisnosti veličine tangencijalne komponente o udaljenost do površine predmeta koji se proučava i smjer njegova mjerenja. Međutim, glavni nedostatak ove i svih drugih poznatih metoda za određivanje karakteristika naprezno-deformacijskog stanja materijala konstrukcijskih dijelova je nemogućnost dobivanja apsolutnih vrijednosti istraživanih karakteristika, koje pokazuju kvantitativni stupanj blizine naponsko-deformacijsko stanje koje stvarno postoji u materijalu konstrukcije do kritičnog. Osim toga, treba napomenuti da se u većini slučajeva pojam "zaostala naprezanja" koristi pogrešno, budući da u svakoj radnoj konstrukciji zaostala naprezanja djeluju zajedno s naprezanjima radnog opterećenja i naprezanjima koja nastaju tijekom starenja i razgradnje materijala, stoga, treba govoriti o "unutarnjim naprezanjima". Zadaci koje treba riješiti ovim izumom su dobiti kvantitativne karakteristike stanja naprezanja i deformacije konstrukcijskih materijala (uglavnom feromagnetnih metala) uz povećanje osjetljivosti, točnosti i pouzdanosti rezultata korištenjem intrinzičnih magnetskih polja stvorenih mikrodefektima struktura - dislokacije i njihove nakupine. Razvijena metoda osigurava:

Dobivanje kvantitativnih karakteristika unutarnjih naprezanja;

Dobivanje kvantitativnih informacija o stupnju opasnosti ili aktivnosti nastajanja i razvoja pukotina;

Rekonstrukcija skalarnih i vektorskih polja raspodjele unutarnjeg naprezanja;

Mogućnost predviđanja dinamike promjena naponsko-deformacijskog stanja konstrukcijskih materijala u realnim pogonskim uvjetima. Rješenje postavljenih zadataka postiže se činjenicom da je u metodi za određivanje karakteristika naprezno-deformacijskog stanja materijala dijelova i konstrukcija, koja se sastoji u mjerenju parametara magnetskih polja na površini predmeta koji se proučava, postavljena metoda mjerenja parametara magnetskog polja. promjenom kojih se mjere zone nakupljanja dislokacija koje odgovaraju anomalnim zonama unutarnjih naprezanja, apsolutna vrijednost maksimuma normalne komponente jakosti magnetskog polja, dodatno izmjeriti magnetsku permeabilnost materijala u zoni maksimalne čvrstoće, izračunati vrijednost unutarnjih naprezanja, koja se koristi za prosuđivanje naponsko-deformacijskog stanja materijala koji se proučava. Osim toga, dodatno se određuje smjer maksimuma tangencijalne komponente jakosti magnetskog polja, mjeri njegova apsolutna vrijednost i izračunava vektor maksimalnih unutarnjih naprezanja. Osim toga, jedna od poznatih metoda dodatno mjeri udaljenost od površine predmeta koji se proučava do zone abnormalnih unutarnjih naprezanja, izračunava količinu energije akumulirane u toj zoni, koja se koristi za prosuđivanje stupnja nastanka i rasta pukotine. aktivnost. Osim toga, mjere se na cijeloj površini objekta koji se proučava, izvode se potrebni proračuni te se konstruiraju skalarna ili vektorska polja raspodjele unutarnjih naprezanja. I, na kraju, mjerenja se ponavljaju, nakon određenog vremena rada ispitivanog objekta, uspoređuju se polja raspodjele unutarnjih naprezanja i procjenjuje se brzina degradacije materijala iz razlike vrijednosti naprezanja, te zone i smjera. mogućeg uništenja određene su prirodom promjene u poljima. Bit predložene metode leži u korištenju malo poznatih i neistraženih s aspekta praktične primjene svojstava defekata u kristalnoj strukturi metala - dislokacija. Dislokacija kao stvarno postojeći objekt ima sasvim realna fizička svojstva zbog neravnoteže elektromagnetskih polja uzrokovanih lokalnim razaranjem elemenata kristalne atomske rešetke. U slučaju feromagnetnog materijala, element rešetke je kocka s atomima u kutovima, a cijela rešetka je stroga prostorna struktura. Uništenje ovog reda očituje se kao pojava poluravnine, koja je svojevrsni klin, na čijim se granicama nalaze "otrgnuti" električni naboji i spinski momenti. Prisutnost viška količine slobodnih elektrona s obje strane granica omogućuje kompenzaciju neravnoteže električnih naboja, međutim, "novi" elektroni nisu u stanju kompenzirati razliku u momentima spina, što dovodi do pojava elementarnog magnetskog momenta - izvora intrinzičnog magnetskog polja dislokacije. Budući da u materijalu, čak iu nenapregnutom stanju, postoji značajan broj dislokacija, materijal je skup proizvoljno orijentiranih "magneta" koji stvaraju vlastito integralno magnetsko polje materijala. U idealnom, homogenom izotropnom materijalu, jačina magnetskog polja stvorenog magnetskim momentima dislokacija bit će nula. Ali svaka nehomogenost materijala, svojstvena svim stvarnim materijalima, uzrokuje pomicanje i grupiranje dislokacija, što dovodi do pojave nakupina dislokacija, koje imaju značajno velike magnetske momente. To je razlog neravnomjernosti jakosti magnetskog polja. Budući da je magnetski otpor feromagnetskih materijala mali, magnetski tokovi stvoreni nakupljanjem dislokacija, zbrojeni u vektoru, širit će se kroz cijeli volumen materijala koji se proučava uz minimalne gubitke, što omogućuje registriranje nakupina dislokacija koje se ne nalaze samo na površini istraživanog dijela, ali i u debljini materijala.pa čak i na suprotnoj strani dijela. To objašnjava visoku osjetljivost nove metode. Dakle, temeljna razlika između predložene metode i poznatih magnetskih metoda je u tome što se mjere parametri intrinzičnih magnetskih polja dislokacija i njihovih klastera, dok sve poznate magnetske metode mjere zalutala polja, tj. odstupanja umjetno stvorenih magnetskih polja uzrokovana nehomogenostima proučavanog materijala. U tom slučaju umjetno stvorena polja, koja posjeduju mnogo veću energiju od intrinzičnih polja dislokacijskih klastera, gotovo potpuno potiskuju potonje. Treba napomenuti da se predložena metoda u načelu može primijeniti na dijagnostiku dijamagnetskih materijala. Međutim, postoje ozbiljne tehničke komplikacije povezane s velikom magnetskom otpornošću ovih materijala i dovode do potrebe da se osigura visoka osjetljivost prijamnog puta i duboka kompenzacija vanjskih magnetskih polja. U slučaju paramagnetskih materijala primjena predložene metode je nemoguća zbog činjenice da je element njihove kristalne strukture kocka usmjerena na lice ili tijelo, čije uništavanje ne dovodi do neravnoteže magnetskih momenata. Metoda se provodi na sljedeći način. Pomicanjem senzora jakosti magnetskog polja preko površine predmeta koji se proučava, prema očitanjima uređaja, nalazi se globalni ili lokalni maksimum i mjeri se vrijednost normalne komponente jakosti - H z, zatim jedna od poznatih metoda je mjerenje apsolutne magnetske propusnosti a materijala u maksimalnoj zoni. Ako korišteni uređaj mjeri relativnu magnetsku permeabilnost, tada se apsolutna izračunava po formuli:

Gdje je 0 apsolutna magnetska permeabilnost vakuuma. Budući da je dislokacija ili njihovo nakupljanje magnetski dipol, sila koja djeluje na krajeve dipola - granicu defekta elementa kristalne strukture - rub buduće pukotine, određuje se sljedećom formulom:

F z = B z H z S d, (2)

gdje je B z projekcija magnetske indukcije na normalu na površinu proizvoda u zoni najveće napetosti, i:

B z = a H z; (3)

Ovdje je S d površina koju probija magnetski tok. Ali budući da je ova površina površina na koju djeluje sila magnetskog polja, moguće je odrediti veličinu projekcije naprezanja koji djeluje u zoni dislokacije ili njihovog nakupljanja:

Z = F z: S d = a (H z) 2. (4)

Tako se dobiva kvantitativna procjena veličine unutarnjih naprezanja koja djeluju u zoni početne ili rastuće defekte. U takvoj varijanti metoda se svrsishodno primjenjuje u određivanju naponsko-deformacijskog stanja materijala tankih proizvoda koji su podvrgnuti jednoosnom opterećenju. Provodeći slične operacije u točkama definiranim zadanom ili odabranom koordinatnom mrežom, moguće je konstruirati skalarno polje raspodjele unutarnjeg naprezanja. Da bi se dobila potpunija karakteristika naprezno-deformacijskog stanja materijala rasutih proizvoda ili u slučaju složenog opterećenja, potrebno je dodatno izmjeriti tangencijalnu komponentu jakosti magnetskog polja na istim točkama gdje je izmjerena normalna komponenta. . Da biste to učinili, potrebno je okretanjem senzora napetosti pronaći maksimalnu vrijednost tangencijalne komponente - H, izmjeriti njezinu vrijednost i kut - između smjera maksimuma tangencijalne komponente i jedne od osi tangencijalne komponente. korišteni koordinatni sustav. U ovom slučaju, vektor jakosti magnetskog polja određen je modulom - | H | a kutovi vođenja - i. Za izračunavanje modula - | H | i kut u ravnini koja je normalna na površinu pregledanog predmeta - koristite sljedeće formule:

| H | = [(H z) 2 + (H) 2] 0,5 (5)

Arctg (H z: H). (6)

Zatim, nakon izvršenih proračuna sličnih gore navedenim, moguće je dobiti pune karakteristike vektora unutarnjeg naprezanja u zasebnoj točki (lokalnoj zoni) i konstruirati vektorska polja raspodjele unutarnjeg naprezanja u produktu koji se proučava. Osim toga, ako izmjerite udaljenost do anomalne zone L i njezinu debljinu L nekom prikladnom poznatom metodom (na primjer, ultrazvučnom), te koordinatama ove zone na karti raspodjele polja naprezanja, područje zone S 3 se može izračunati, zatim se može izračunati W 3 - vrijednost energije pohranjene u akumulaciji dislokacija i koja određuje aktivnost nukleacije ili rasta pukotine:

Treba napomenuti da gornje formule pokazuju metodologiju za proračun parametara karakteristika naponsko-deformacijskog stanja materijala i mogu se koristiti za približne proračune u objektima jednostavnog oblika. Prilikom proučavanja stvarnih objekata, kao i za dobivanje točnijih rezultata, potrebno je uzeti u obzir geometriju objekta i zone, što će se odraziti u formulama uvođenjem funkcija koje opisuju geometriju i prirodu distribucije jakost magnetskog polja i prijelaz na integraciju preko površine za unutarnja naprezanja i preko volumena za energiju. Istodobno se mogu razviti posebni programi za objekte iste vrste. Uzeti u obzir izvore informacija

1. Uređaji za ispitivanje materijala i proizvoda bez razaranja. Priručnik, T. 2, -M,: Strojarstvo, 1986. 2. Ispitivanje bez razaranja. , Knjiga. 3., Elektromagnetno upravljanje, -M .: Viša škola, 1992. 3. RF patent, M. razred. G 01 L 1/12, N 1727004, 1990 4. Ch. Kittel, Elementarna fizika čvrste tvari, -M .: Nauka, 1969 5. Fridman Ya. B., Mehanička svojstva metala, dio 1., Deformacija i lom , Ed. "Strojarstvo", Moskva, 1974

ZAHTJEV

1. Metoda za određivanje karakteristika naprezno-deformacijskog stanja materijala dijelova i konstrukcija, koja se sastoji u mjerenju parametara magnetskih polja na površini predmeta koji se proučava, prema čijem mjerenju se formiraju zone akumulacije određuju se dislokacije koje odgovaraju anomalnim zonama unutarnjih naprezanja, koje se odlikuju time što mjere apsolutnu vrijednost maksimuma normalne komponente magnetskog polja naprezanja, dodatno mjere magnetsku permeabilnost materijala u zoni maksimalne napetosti, izračunavaju vrijednost unutarnjih naprezanja, koji se koristi za prosuđivanje stanja naprezanja i deformacije materijala koji se proučava. 2. Metoda prema zahtjevu 1, naznačena time, da se određuje smjer maksimuma tangencijalne komponente jakosti magnetskog polja, mjeri njegova apsolutna vrijednost i izračunava vektor maksimalnih unutarnjih naprezanja. 3. Metoda prema zahtjevu 1 ili 2, naznačena time, da se dodatno, jednom od poznatih metoda, mjeri udaljenost od površine predmeta koji se proučava do zone abnormalnih unutarnjih naprezanja, količina energije akumulirane u ovom izračunava se zona prema kojoj se ocjenjuje stupanj aktivnosti nukleacije i rasta pukotina ... 4. Metoda prema zahtjevu 1 ili 2, naznačena time, da se mjerenja provode na cijelom tijelu proučavanog objekta i da se nakon odgovarajućih proračuna konstruira slika raspodjele skalarnih ili vektorskih polja unutarnjih naprezanja. 5. Metoda prema zahtjevu 4, naznačena time, da se mjerenja ponavljaju nakon određenog perioda rada predmeta koji se proučava, uspoređuju se obrasci raspodjele polja unutarnjeg naprezanja, a brzina degradacije materijala procjenjuje iz razlike u vrijednosti naprezanja, a zona i smjer mogućeg razaranja određena je promjenom obrasca polja.

Doktor tehničkih znanosti, profesor Dubov A.A., dr. sc. Vlasov V.T.

Predgovor

Ideološku osnovu energetskog koncepta SSS dijagnostike odredili su rezultati proučavanja objektivnih procesa preraspodjele vlastite energije materijala i utvrđivanja zakonitosti koje opisuju objektivno postojeće veze makrokarakteristike materijala s parametri vanjskog utjecaja i odgovor na učinak.

U procesu razvoja ovog koncepta javila se potreba, a potom i prilika za stvaranjem alata za daljnje istraživanje i razvoj teorije – novog sedmodimenzionalnog dinamičkog samoregulirajućeg materijalnog modela koji uzima u obzir interakciju normalnih i posmična naprezanja i deformacije, model koji mijenja svoje parametre ovisno o amplitudnim (do destruktivnih) i frekvencijskim (od statičkih i infrazvučnih do ultrazvučnih) karakteristikama vanjskih utjecaja.

Energetski koncept dijagnostike SSS materijala i njegove najvažnije posljedice izvijestio je V. T. Vlasov. u znanstvenim i tehničkim vijećima Državnog instituta za fizičke i tehničke probleme (predsjednik Znanstveno-tehničkog vijeća akademik Lupičev LN) i Međunarodnog instituta za sigurnost složenih tehničkih sustava na bazi Instituta za strojarstvo Rusije Akademije znanosti (predsjednik Znanstveno-tehničkog vijeća dopisni član Ruske akademije znanosti NA Makhutov) i dobio je visoku ocjenu.

1. Unutarnja naprezanja, klasifikacija i utjecaj na čvrstoću materijala

Najpodmukliji uzrok iznenadnog razaranja objekata su unutarnja zaostala mehanička naprezanja koja nastaju u dijelu, zavarenom spoju ili konstrukciji u cjelini. Ova naprezanja u čelicima mogu doseći granicu tečenja, a u aluminiju i titanovim legurama 70-80% granice popuštanja i često su opasnija u smislu smanjenja čvrstoće od nekih vrsta nedostataka.

Uobičajeno je zaostalim naprezanjima nazivati ​​ona naprezanja koja postoje i uravnotežena su unutar čvrstog, krutog agregata materijala, montažne ili zavarene konstrukcije nakon otklanjanja uzroka koji su ih uzrokovali. Ta su naprezanja uvijek unutarnja, a njihovo stvaranje je uvijek povezano s nehomogenim linearnim ili volumetrijskim deformacijama u susjednim volumenima materijala, jedinice ili strukture.

Preostala naprezanja dijele se u tri tipa, klasificirajući ih prema duljini polja sile koje stvaraju:

• prve vrste- uravnotežen 1) u makroskopskim volumenima (unutar dijela ili strukture);
• druga vrsta- balansiranje u mikrovolumenima (unutar kristalita metalne strukture);
• treća vrsta- uravnotežen u ultramikroskopskim volumenima (unutar kristalne rešetke). Prvi put 1935. takve definicije zaostalih naprezanja dao je N.N. Davidenkov.

1) Izraz "uravnotežen" nije sasvim točan, a ispravnije bi bilo koristiti neki drugi izraz, na primjer, "razvijati" ili "nastati". Poanta je da su napetosti sve tri vrste međusobno povezane i svaka od napetosti je uzrok ili posljedica napetosti "susjednih" vrsta, a u slučaju "uravnotežavanja" unutar naših volumena, imali bismo samodostatne napetosti koje nisu međusobno povezane.

Općenito, proučavanje zaostalih naprezanja počelo je davno. Prve ozbiljne studije proveo je V. I. Rodman. 1857. a zatim Umov I.A. godine 1871. Početak sustavnih istraživanja položio je 1887. N.V. Kalakutskiy, koji je prvi razvio metodu za proračun zaostalih naprezanja i prvi predložio eksperimentalne metode za njihovo mjerenje. U narednim godinama metode proučavanja zaostalih naprezanja uglavnom su se svele na razvoj metoda za njihovo mjerenje - važan praktični problem u problemu određivanja pouzdanosti konstrukcija.

Kao što je gore navedeno, zaostala naprezanja odnose se na unutarnja naprezanja materijala. Unutarnja naprezanja su manifestacija procesa interakcije vlastite unutarnje energije materijala s energijom vanjskog polja (sila, toplina itd.) koji utječu na materijal, oblikovan u obliku određenog dijela ili strukture. Dakle, u unutarnja naprezanja spadaju i naprezanja koja nastaju u materijalu eksploatiranog dijela ili konstrukcije pod djelovanjem vanjskih polja i određuju otpornost materijala na vanjske utjecaje – njegovu čvrstoću. Istodobno, promjena i preraspodjela unutarnje energije materijala između njegovih komponenti pod djelovanjem radnog opterećenja dovodi do pojave "novih" zaostalih naprezanja. Da ne bude zabune preporučljivo je uvesti sljedeću klasifikaciju unutarnjih naprezanja:

• tehnološka zaostala naprezanja- to su naprezanja koja proizlaze iz fizikalnih i fizikalno-kemijskih procesa koji počinju u materijalu tijekom proizvodnje dijela ili konstrukcije 2) i nastavljaju se nakon proizvodnje;
• naponi opterećenja- to su naprezanja koja nastaju u materijalu eksploatiranog dijela ili konstrukcije kao elastična reakcija materijala na vanjsko opterećenje, naprezanja opterećenja nestaju kada se vanjski utjecaj ukloni;
• radna zaostala naprezanja- to su naprezanja koja proizlaze iz procesa interakcije unutarnje unutarnje energije materijala dijela ili konstrukcije s energijom vanjskog polja, koja nastaju i akumuliraju se u materijalu tijekom cijelog vijeka trajanja dijela ili konstrukcije;
• radni naponi je vektorski zbroj tehnoloških, opterećenja i pogonskih naprezanja;
• stvarni naponi je vektorski zbroj tehnoloških i pogonskih naprezanja u vrijeme mjerenja.

2) Svaka tehnološka operacija cijelog ciklusa izrade dijela ili konstrukcije uzastopno unosi svoja zaostala naprezanja s karakterističnim značajkama. Preostala tehnološka naprezanja bit će rezultat njihove dinamičke interakcije vektora.

Tako, snaga, pouzdanost i prikladnost zavarene konstrukcije za korištenje u njihovu operativnu svrhu u mnogim aspektima određuju prisutnost, priroda i veličina radnih i stvarnih unutarnjih naprezanja. Na mnogo načina, ali ne u svim, a to je zbog degradacije materijala tijekom dugotrajnog rada.

2. Degradacija materijala i njegova uloga u čvrstoći materijala

Doista, u fazi projektiranja i izgradnje objekata mehanička svojstva korištenih konstrukcijskih materijala poznata su s potrebnom točnošću, a ako je moguće eksperimentalno odrediti zaostala naprezanja, može se procijeniti i početni resurs čvrstoće objekta. . Štoviše, čini se da točnost i pouzdanost procjene resursa objekta u fazi njegove izgradnje nije ozbiljna karakteristika, jer postoje testovi prije lansiranja, a 15 ili 20 godina resursa nije toliko važno - to je još daleko!

Ali kada se približio, a u nekim slučajevima već je došao datum očekivanog fizičkog trošenja opreme i konstrukcija, točnost i pouzdanost procjene zaostalih resursa postaju, u doslovnom smislu riječi, vitalne. Ovdje postaju akutno relevantne metode za određivanje zaostalog resursa kritičnih objekata i metode za produljenje uvjeta njihovog sigurnog rada, uzimajući u obzir stvarne uvjete, koji često dovode do nepredvidivih promjena svojstava materijala, do njegove degradacije. A završna faza degradacije materijala su već novonastali nedostaci, čiji je proces "urastanja" u radnim uvjetima konstrukcije izrađene od degradirajućeg materijala slabo shvaćen i često se razvija poput lavine, pa preostalo vrijeme do uništenja struktura se ispostavi da je nepoznata i često prekratka da spriječi katastrofu.

Stoga, da bi se dobili pouzdani rezultati izračunavanja preostalog vijeka trajanja čvrstoće objekata koji su radili dulje vrijeme, potrebno je prije svega poznavati stvarne mehaničke karakteristike materijala 3) i karakteristike njegovog naponsko-deformacijskog stanja, do danas razvijena kao rezultat rada objekta.

3) Imajte na umu da je bez poznavanja stvarnih mehaničkih karakteristika materijala koji su se razvili tijekom dugotrajnog rada objekta, besmisleno zahtijevati dobivanje apsolutnih vrijednosti unutarnjih naprezanja - nema ih s čime usporediti! U tim slučajevima mnogo su korisnije kvalitativne promjene u polju stresa.

Ovaj je problem postao glavni ne samo u proučavanju i procjeni statičke čvrstoće objekata, već je postao odlučujući u proučavanju i procjeni zamorne čvrstoće zbog lokalne prirode zamornog loma i njegove jake ovisnosti o stvarnom naponu-deformaciji. stanje materijala.

Dakle, pri rješavanju problema pouzdanosti kritičnih objekata, uzastopno su se pojavili sljedeći zadaci:

• određivanje zaostalih naprezanja;
• određivanje prirode unutarnjih naprezanja i vrijednosti komponenti;
• određivanje stvarnih mehaničkih karakteristika materijala i karakteristika njegovog naprezno-deformacijskog stanja.

Sasvim je očito da takvu mogućnost treba pružiti nedestruktivnim metodama za dijagnosticiranje stanja konstrukcijskih materijala. No, jesu li spremni uhvatiti se u koštac s takvim zadaćama?

Temeljna novost MMM metode leži u korištenju objektivno postojećeg, ali prethodno neistraženog fenomena "magnetoplastike". Proučavanje složenih procesa preraspodjele vlastite energije materijala pod djelovanjem vanjske sile i/ili magnetskih polja zahtijevalo je znanja ne samo iz područja fizike metala, teorija elastičnosti, plastičnosti i čvrstoće, mehanike loma, osnova radiotehnike, pa čak i termodinamike, ali prisiljeni okrenuti se područjima znanosti kao što su kvantna fizika, fizika čvrstog stanja, teorija dislokacija, teorija elektromagnetskog polja - naizgled daleko od praktičnih problema koji se rješavaju. No, dobiveni rezultati premašili su očekivanja: bilo je moguće uspostaviti ne samo funkcionalni odnos različitih unutarnjih energetskih polja međusobno i s vanjskim poljima, što osigurava razvoj tako poznatih aktivnih dijagnostičkih metoda kao što su metoda prisilne sile, metoda remanentne magnetizacije, Barkhausenova metoda šuma i dr., ali i otkriti kvantitativne kriterije za određivanje jakih i slabih magnetskih polja, energetske odnose između sile i magnetskog polja koji određuju granice magnetoelastičnosti i fenomen magnetoplastike koji se uvodi u praktičnu upotrebu po prvi put.

Neki od rezultata zajedničkog rada na području eksperimentalnih i teorijskih proučavanja fizike magnetskih pojava ne uklapaju se baš u klasične koncepte magnetizma i domenske strukture. Međutim, u isto vrijeme, oni ne samo da ne proturječe, već i brišu "bijele" točke u teoriji magnetizma, koje su odavno dobro poznate stručnjacima koji rade na ovom području.

primijeti da nismo dobili sustav odvojenih utvrđenih činjenica, što potvrđuju rezultati eksperimentalnih studija koje je proveo Dubov A.A., i eksperimenti koje su još ranije, naravno, neovisno o njemu, dobili poznati domaći i strani istraživači magnetskih fenomena, te je razvijena teorija domenske strukture logički izgrađena na primjeru željeza.

Dobiveni rezultati prezentirani su 2002. godine u Sankt Peterburgu na XVI. Sveruskoj konferenciji o dijagnostici i detaljnije 2003. godine na III međunarodnoj konferenciji "Dijagnostika opreme i konstrukcija pomoću MMM". Rad je zainteresirao stručnjake koji aktivno rade na području dijagnostike SSS materijala magnetskim metodama. Međutim, ni u jednom od ovih naših izvještaja, nažalost, nismo vidjeli poznate ruske magnetne znanstvenike.

Trenutno je u pripremi knjiga za tisak, u kojoj je detaljan sadržaj obavljenog posla.

3. Klasifikacija i analiza fizikalnih metoda za dijagnostiku konstrukcijskih materijala

Analiza trendova razvoja postojećih nedestruktivnih metoda i sredstava kontrole 4) omogućila je da se približimo odgovoru na ovo pitanje. Razmotrimo dinamiku distribucije napora znanstvenika u razvoju metoda i sredstava dijagnostike, kombinirajući teme srodnih istraživanja u smjerove.

4) Analiza je provedena na temelju materijala s međunarodnih konferencija, simpozija i posebnih časopisa za razdoblja od 1966. do 1974. (uzorak predstavlja 125 publikacija) i od 1987. do 1994. (analizirano je više od 1000 izvještaja i članaka). ovdje).

Stol 1. Dinamika raspodjele znanstvenih snaga po područjima.

Imajte na umu da je od početka 90-ih potraga za novim pristupima dijagnostici materijala postala glavni smjer u razvoju dijagnostičkih alata. Pritom treba reći da je trenutno opaženi porast intenziteta rada na potrazi za novim pristupima dijagnostici već treći, snažniji porast interesa za ovaj smjer, koji se pojavio krajem 50-ih i imao svoje prvi vrhunac sredinom 80-ih, drugi - ranih 90-ih. Taj zaključak uvjerljivo potvrđuje sve zamjetnije preusmjeravanje tematske orijentacije izvještaja i izlaganja ne samo ruskih, već i međunarodnih znanstvenih i tehničkih skupova "Nerazorno ispitivanje i dijagnostika" od 1997. godine.

Očigledan je rastući znanstveni interes za nove pristupe dijagnostici. Ali ne može se ne obratiti pozornost na činjenicu da je obim posla u drugom smjeru također značajno porastao - poboljšanje normi ocjenjivanja na temelju statističkih istraživanja... A to, prema autorima, svjedoči ne samo o želji da se poveća pouzdanost rezultata detekcije mana, već i o sve opipljivijoj nedostatnosti informacija dobivenih u dijagnozi objekata za procjenu njihovog stanja.

Analiza radova koji predstavljaju znanstvena područja omogućuje nam da vidimo da su, u biti, krajnji ciljevi pojedinih radova u različitim područjima isti. Doista, stvarni cilj radova posvećenih poboljšanju standarda ocjenjivanja i proučavanju utjecaja nedostataka na čvrstoću konstrukcija je traženje novih informativnih karakteristika nedostataka koji određuju stupanj njihove opasnosti tijekom rada konstrukcije. A teme vezane uz proučavanje emisije valova naprezanja i razvoj metoda i sredstava za određivanje naponskog stanja materijala pokušaj su rješavanja problema procjene pouzdanosti konstrukcija na nove načine.

Ispravnost određivanja trendova razvoja dijagnostičkih alata identificiranih početkom 90-ih godina, kada je svjetska primijenjena znanost sakupila veliko iskustvo u razvoju dijagnostičkih metoda i alata, nesumnjiva je, jer je to, zapravo, samo statistika. Ali izgledi smjera u pogledu korisnosti njihovih rezultata u rješavanju problema procjene preostalog vijeka trajanja složenih tehničkih objekata nisu neosporni.

Dublja analiza radova domaćih i stranih istraživača dovela je autora do sljedeća dva preliminarna zaključka:

Isprva, Bez imalo namjere omalovažavati važnost prvog i drugog smjera i značaj postignutih uspjeha, autor smatra da sa stajališta mogućnost ulaska u kvalitativno novu, u temeljnom aspektu, razina određivanja pouzdanosti objekata, ova dva smjera beznadno jer su međusobno zatvoreni: novi uređaji omogućuju poboljšanje standarda upravljanja, a novi standardi potiču poboljšanje uređaja.

Drugo, kako je pokazala analiza radova u trećem smjeru, unatoč priljevu novih intelektualnih snaga i suvremenih računalnih alata, "proboj" na kvalitativno novu razinu još se ne predviđa.

Činjenica je da treći smjer razvija dva različita koncepta koji se ne presijecaju koji nisu doživjeli nikakve promjene od kasnih 50-ih (od pojave AE metode), iako su, u biti, i metode mjerenja naponskog stanja i metode mjerenja naprezanja. AE metode imaju za predmet proučavanja različite faze istog procesa - reakciju materijala na opterećenje i utjecaj okolišnih čimbenika.

Osim toga, mogućnosti suvremene mikroelektronike i računalne tehnologije mnoge su zapadnjačke stručnjake odvele od rješavanja čisto fizičkih problema, dok se željeni odgovor krije tu, u fizici procesa. Mnogi domaći stručnjaci, pokušavajući sustići strane u smjeru poboljšanja kontrolnih sredstava, "ušli" su u isti, ali već pokvareni, kolosijek 5).

5) U posljednje vrijeme, u smislu razvoja softverskog proizvoda za dijagnostiku, niz privatnih domaćih tvrtki krenulo je u prvi plan, prestigavši ​​poznate strane tvrtke. Najzanimljiviji rezultati dobiveni su u tvrtki Intellect u Nižnjem Novgorodu (nadzornik AL Uglov).

Dakle, rezultati analize mogu se formulirati na sljedeći način:

• glavni smjer u razvoju alata za dijagnostiku materijala je traženje mogućnosti za određivanje određenih mehaničkih karakteristika materijala povezanih s njegovim stanjem naprezanja, prema parametrima fizikalnih polja koja se koriste za dijagnostiku;
• Izgledi postojećih koncepata koji su temelj važnih i zanimljivih istraživanja u glavnom području izazivaju ozbiljne sumnje.

Nedvojbeno, sumnje u izglede koncepata na kojima se temelji glavni smjer razvoja dijagnostičkih alata za stanje materijala, u pogledu značajnog povećanja pouzdanosti procjene pouzdanosti konstrukcija, zahtijeva ozbiljne dokaze.

Suvremena dijagnostika ima veliki arsenal različitih metoda i alata za mjerenje mehaničkih karakteristika materijala. Najšire predstavljene metode i alati za mjerenje zaostalih i elastičnih unutarnjih naprezanja.

Postoji standardna klasifikacija nedestruktivne dijagnostičke metode, dijeleći ih prema prirodi interakcije fizičkih polja ili tvari s kontroliranim objektom i metodama dobivanja primarnih informacija u devet vrsta: magnetske, električne, vrtložne struje, radiovalne, toplinske, optičke, radijacijske , akustični i kapilarni. Svaka od vrsta, pak, podijeljena je u različite skupine.

Ova klasifikacija, uvedena za metode i sredstva defektoskopije, a sada se koristi za klasifikaciju metoda i sredstava za dijagnosticiranje stanja naprezanja materijala, je formalni karakter, dijeleći čitav niz nedestruktivnih dijagnostičkih metoda metodom isticanja korištenog efekta nego po vrsti fizičkih polja.

Međutim, pri rješavanju zadataka sljedeće, više razine složenosti - problema određivanja svojstava materijala, posebice mehaničkih karakteristika, potrebno je jasnije razdvajati metode, tj. prema vrsti fizičkih polja.

U biti, određivanje svojstava materijala svodi se na mjerenje promjena određenih parametara korištenih fizičkih polja. Drugim riječima, ako se na predmet istraživanja djeluje fizičko polje s poznatim ili određenim parametrima 6) koji ima neke do sada nepoznate sposobnosti otpora vanjskim utjecajima, tada se mijenjaju parametri korištenog polja uzrokovane reakcijom objekt, predstavljat će "otisak prsta" njegovih svojstava u području, zadanih tipom fizičkog polja. U tom će slučaju "odjeci" reakcije biti vidljivi u prostorima drugih polja, ali kao neizravni "otisci" ili sekundarna reakcija. Tako, na primjer, ako djelujete s toplinskim poljem, tada će izravne karakteristike biti toplinske, a neizravne - mehanička, elektromagnetska itd., elektromagnetska i druga polja.

6) "Poznato" i "dano" nisu uvijek isto. Općenito, "specificirani" parametri su poznati, ali se često odnose na vanjske uvjete pobude polja u materijalu koji se proučava, dok parametri stvarno pobuđenog polja ostaju djelomično ili potpuno nepoznati.

Razvrstavajući poznate metode za dijagnosticiranje stanja materijala prema vrsti fizičkih polja, dobivamo sljedeće vrste:

• električni;
• magnetski;
• elektromagnetski;
• toplinski;
• mehanički.

Istovremeno, nisu nestale tako poznate i široko korištene metode kao što su optičke, radiovalne, rendgenske, akustičke, holografske, kapilarne, metode električnog otpora, tenzometrijske, kao i metode moirea, mreže, fotoelastičnosti i druge. , zauzeli su svoje mjesto u ovih pet tipova.

Ne zaboravljajući da klasifikacija dijagnostičkih metoda nije sama sebi svrha, već samo sredstvo u pronalaženju razloga niske pouzdanosti njihovih rezultata, razmotrimo detaljnije samo neke od najkarakterističnijih vrsta dijagnostike.

U proučavanju svojstava materijala najzastupljenije elektromagnetske metode, koji se, ovisno o frekvencijskom rasponu, dijele u sljedeće skupine ili podvrste (po rastućoj frekvenciji pobuđenog polja): radiovalne, mikrovalne metode, infracrvene, optičke (vidljivog raspona), ultraljubičaste, rendgenske i gama metode. Sve ove sorte, na ovaj ili onaj način, temelje se na interakciji uzbudljivog elektromagnetskog polja s intrinzičnim elektromagnetskim poljima proučavanog materijala, koje stvaraju njegove molekule, atomi ili njihove elektronske ljuske. Štoviše, najveći učinak se očituje kada su frekvencije uzbudljivog i intrinzičnog polja bliske, što, zapravo, slijedi iz molekularne termodinamike i potvrđuje njezine zaključke. Frekvencije vlastitih elektromagnetskih polja, koje leže u značajno različitim rasponima, naravno, ovise o stanju naprezanja materijala. Stoga se pojavljuje takva raznolikost podvrsta elektromagnetskih metoda.

Najčešća metoda X-zraka u praksi koristi promjenu spektra reflektiranih zraka, uzrokovanu promjenom frekvencije vibracija čvorova kristalne rešetke i promjenom udaljenosti između čvorova ili kristalografskih ravnina. Informativni parametri rendgenske metode su: intenzitet, položaj i širina difrakcijskih vrhova spektra, određeni deformacijom kristalne rešetke.

DO mehaničke metode 7) dijagnostika svojstava materijala odnositi se razne razne statičke i dinamičke metode mjerenja tvrdoće i drugih mehaničkih svojstava materijala korištenjem rezultata kontaktna interakcija ispitnog tijela - utiskivača i materijala koji se proučava osam). To je odavno poznato i potpuno očito.

7) Najčešća mehanička dijagnostička metoda - mjerenje tvrdoće materijala je uvjetno nedestruktivno, budući da se kvaliteta površine predmeta i dalje mijenja. Primjena ove metode ograničena je operativnim zahtjevima za kvalitetu površine.

8) Analiza postojećih metoda za određivanje karakteristika materijala po parametrima kontaktne deformacije i opsežna bibliografija dani su u doktorskoj disertaciji V.A.

I ovdje dodjela akusti i uključujući ultrazvučne metode do mehaničkih tipova izgleda, blago rečeno, pomalo neobično. Ali, u biti, to je točno, jer je akustičko polje polje mehaničkih naprezanja nastalih na ovaj ili onaj način u ograničenom volumenu materijala koji se proučava i koji uzrokuje oscilatorna ili aperiodična pomaka materijalnih čestica, t.j. lokalne deformacije materijala. Zapravo, ovaj ograničeni deformirani volumen materijala je utiskivač, čija je izvanredna značajka to što se može kretati unutar materijala koji se proučava. Štoviše, veličina deformiranog područja nije određena parametrima kristalne rešetke (u slučaju metala i drugih kristalnih ili polikristalnih materijala) ili veličinom molekula (u slučaju amorfnih materijala), već valne duljine polja pobuđenog u materijalu i kreću se od frakcija do desetaka mm.

Sada, uspoređujući dvije razmatrane metode, može se razumjeti zašto rezultati mjerenja unutarnjih naprezanja rendgenskim i akustičnim metodama jednostavno moraju biti različiti, jer je u prvom slučaju odlučujući faktor deformacija na mikrorazini, koja stvara naprezanja u III vrsta, au drugom skup naprezanja I- 1. i 2. roda. A sve te tri vrste naprezanja, uz svu neraskidivost međusobne povezanosti, imaju ne samo bitno različite vrijednosti, već različit karakter i često različite predznake. Štoviše, kalibracijom metode X-zraka, koja reagira na mikronaprezanja koja određuju naprezanja III tipa, na uzorcima vlačnim ili tlačnim silama, t.j. zapravo, zbog stresova prve vrste, čine grubu temeljnu pogrešku, za koju često ni ne sumnjaju.

Kao što vidite, predloženi klasifikacija fizikalnih dijagnostičkih metoda, koji vam omogućuje da dijagnostičke metode pogledate s druge, manje poznate strane, daje povoda za razmišljanje o mehanizmu odnosa između parametara fizičkih polja koji se koriste za dijagnostiku, s izmjerenim karakteristikama materijala i svojstvima materijala kao što su cjelinu, a također pokazuje koliko je fizikalna metoda korištena za dijagnostiku bliska izmjerenim karakteristikama ispitivanog materijala.

Drugim riječima, klasifikacija fizikalnih metoda dobiva temeljni karakter u aspektu problema određivanja stanja naprezanja materijala, ukazujući na način da se utvrde razlozi preniske pouzdanosti 9) rezultata mjerenja karakteristika materijala. stanje naprezanja materijala.

9) Ovdje je prikladno podsjetiti se na rezultate usporednih ispitivanja različitih fizikalnih metoda pri mjerenju zaostalih naprezanja, kada su se izmjerene vrijednosti razlikovale ne samo kvantitativno, već i predznačno: neke metode govorile su o komprimiranom stanju materijala, dok su drugi su govorili o rastegnutom stanju.

Dakle, klasifikacija i analiza fizikalnih metoda za dijagnosticiranje stanja naprezanja materijala fizikalnih dijagnostičkih metoda omogućuju nam da izvučemo prvi, nimalo senzacionalan, ali važan zaključak: izravne metode za proučavanje svojstava materijala su mehaničke dijagnostičke metode, a sve ostale metode (prema predloženoj klasifikaciji) su neizravne.

4. Ocjena pouzdanosti rezultata dijagnostike stanja materijala

Dakle, gotovo sve metode dijagnostike naponskog stanja materijala su ili neizravne ili se primjenjuju kao neizravne.

Ideološka osnova neizravnih metoda je korištenje nekih aproksimacijskih funkcija, dobivenih češće eksperimentalno, a ponekad i teorijski, a koje odražavaju objektivno postojeću vezu između registriranih promjena parametara korištenog polja sa stvarnim promjenama stanja materijala, obično izraženo pojedinačnim mehaničkim karakteristikama ili određenim skupom njegovih karakteristika. No, budući da je ova povezanost, kao posljedica sekundarnih fenomena transformacije unutarnje energije materijala koji prati proces promjene njegovog stanja, određena mnogim čimbenicima, područje zakonite primjene neizravnih metoda ograničeno je adekvatnošću aproksimacijskih funkcija korištenih za procese koji se proučavaju. pri čemu, odrediti granice ovog područja, ako je moguće, onda samo kvalitativno.

Temeljno važni parametri polja koja se unose u materijal za proučavanje njegovih svojstava su energetski parametri i prije svega intenzitet i trenutna snaga 10). Činjenica je da polje uneseno u materijal koji se proučava, u interakciji s vlastitim poljima materijala, mijenja njegova svojstva. U ovom slučaju, priroda, veličina i životni vijek 11) promjena određuju se dinamičkim omjerom energija međudjelujućih polja. Najčešće se promjene svojstava materijala u postupku dijagnostike jednostavno ne primjećuju, ne pretpostavljajući mogućnost takvih promjena, ili, znajući za njih, namjerno zanemaruju, s obzirom na intenzitet polja koja se koriste za dijagnostiku. biti nizak. Ali u oba slučaja imamo još jedan izvor metodološke pogreške u mjerenju karakteristika materijala neizravnim metodama. I veličina ove pogreške može biti vrlo velika.

10) Snaga je energija koju ulazno polje prenosi kroz razmatranu površinu u jedinici vremena. Intenzitet je vremenski prosječna energija koju uneseno polje prenosi kroz jediničnu površinu okomitu na smjer širenja energije, t.j. intenzitet je prosječna specifična snaga. Trenutačna snaga - snaga polja u danom trenutku vremena.

11) Životni vijek - uvjetno vremensko razdoblje tijekom kojeg se veličina promjena uzrokovanih vanjskim utjecajima smanjuje na unaprijed određenu vrijednost. Životni vijek promjena određen je omjerom stopa opuštanja i retardacije (poslijefekta).

Osim, većina metoda zahtijevajući kvantitativnu ocjenu izmjerenih karakteristika materijala, su relativni, budući da se temelje na mjerenju promjena informativnog parametra primijenjenog fizičkog polja u opterećenom i neopterećenom stanju materijala. To se postiže ili uklanjanjem opterećenja s objekta koji se proučava (što je rijetko izvedivo u praksi), ili korištenjem uzoraka svjedoka u usporedbi s objektom koji se proučava. Jasno je da obje opcije unijeti dodatnu grešku nepoznate količine: u prvom slučaju - zbog pojave relaksacijsko-retardacijskih procesa, u drugom - zbog neidentičnosti uvjeta mjerenja i materijala samog uzorka i predmeta koji imaju ne samo različite pretpovijesti, već najčešće oblik.

Posljedično, ovi, koji prethodno nisu uzeti u obzir, metodološke greške 12) određivanje mehaničkih karakteristika neizravnim metodama - glavna komponenta nastale pogreške mjerenja, ne može se kvantificirati... To znači da ovakvim pristupom nije ispravno govoriti o pouzdanosti kvantitativnih rezultata mjerenja mehaničkih karakteristika neizravnim metodama.

12) Metodološkim pogreškama tradicionalno se smatraju pogreške povezane s ispravnošću mjernog procesa – tehnika mjerenja, što, kako proizlazi iz rečenog, dovodi do temeljnih zabluda.

Posljednja napomena također je točna jer ne postoji dovoljno uvjerljiva stručna metoda za ocjenu ispravnosti i pouzdanosti određivanja napreznog stanja materijala.

Doista, jedna od najčešćih metoda za mjerenje napona - metoda pomoću mjerača napona, koja uživa maksimalno povjerenje stručnjaka, koliko god čudno izgledalo, također je neizravna i odnosi se na električnu, budući da koristi ovisnost električnog otpora osjetljivog elementa na njegove geometrijske dimenzije. Naime, radi se o neizravnoj metodi mjerenja deformacije, koja je, naravno, povezana s veličinom mehaničkog naprezanja pomoću modula elastičnosti, ali, nažalost, ne samo s njim. Stoga je područje primjene tenzometrijske metode za mjerenje naprezanja ograničeno na elastično područje, dok što manje znamo o svojstvima materijala koji se proučava, to manje možemo reći o naprezanju, štoviše, ne u materijalu, ali samo na njegovoj površini.

Čak i destruktivne metode, kao što su metoda rupa, metoda stupova ili metoda trepanacije i druge, zapravo još uvijek ne mogu biti referentne, jer unose vlastita zaostala naprezanja povezana s obradom materijala prilikom bušenja rupa ili glodanja stupova. .

I, konačno, glavni i najneugodniji nedostatak svih nerazornih metoda je da, dopuštajući jednoj ili drugoj (čak i velikoj) pogreški da procijeni veličinu naprezanja, one ne omogućuju određivanje prirode deformacija. uzrokovano naprezanjima koja stvarno postoje u materijalu, tj. odrediti stanje materijala (krhko ili duktilno) i procijeniti koliko je blizu kritičnim stanjima materijala (popustljivost ili lom). Razlog je ograničene informativne mogućnosti metoda, tradicionalno koristeći za mjerenja ne više od 4 neovisna informativna parametra fizičkih polja koja se koriste za dijagnostiku.

5. Zaključci

Dakle, primjećujući najviši stupanj razvoja suvremenih nedestruktivnih metoda i sredstava dijagnostike materijala i konstrukcija, potrebno je konstatirati ne samo nepostojanje sredstava za pouzdano određivanje karakteristika SSS materijala u strukturama operiranih objekata. , ali nemogućnost procjene same pouzdanosti dobiveni rezultati.

Sumirajući rezultate analize, mogu se izvući sljedeći zaključci:

• sve dosad poznate dijagnostičke metode, osim mehaničkih, neizravne su i relativne;
• raznolikost ultrazvučnih metoda ukazuje na njihov potencijalno visok sadržaj informacija, međutim, trenutno postojeća sredstva ne koriste više od 4 neovisna informativna parametra;
• ultrazvučne metode provode se poznatim tehničkim sredstvima, uz svu njihovu raznolikost, kao što su integralni spektralni ili integralni amplitudno-fazni, koriste se kao neizravne metode;
• svi trenutno poznati dijagnostički alati mjere samo neke parametre korištenih fizičkih polja, koji u općem slučaju nisu povezani s mehaničkim naprezanjima, već s određenim skupom karakteristika naprezno-deformacijskog stanja materijala, a povezani su s nedovoljno proučenim i ne uvijek monotone i nedvosmislene pravilnosti;
• nemoguće je odrediti prirodu i veličinu metodološke pogreške u mjerenju karakteristika naponskog stanja materijala;
• pouzdanost i, osim toga, točnost mjerenja karakteristika stanja naprezanja materijala nerazornim fizičkim metodama koje su dali programeri dijagnostičkih alata, izazvati ozbiljne sumnje;
• ne postoji dovoljno uvjerljiva stručna metoda za ocjenu ispravnosti određivanja karakteristika stanja naprezanja materijala nerazornim fizikalnim metodama.

6. Analiza i sistematizacija razloga niske učinkovitosti primjene nedestruktivnih metoda dijagnostike SSS

Očigledan razlog tako dugog izostanka vitalnog povećanja pouzdanosti procjene i predviđanja vremena i uvjeta sigurnog rada kritičnih objekata je nejedinstvo stručnjaka za snagu i razvojnih metoda i dijagnostičkih alata. Ovo nejedinstvo dovodi do činjenice da stručnjaci za čvrstoću, zbog nedostatka objektivnih karakteristika koje odražavaju svojstva materijala koji su se razvili u ovom trenutku, razvijaju različite metode proračuna na temelju svih dostupnih karakteristika koje, barem kvalitativno, barem djelomično daju predodžbu o trenutnom stanju materijala.... A razvijatelji metoda i dijagnostičkih alata, u sjajnoj izolaciji, "glavo su krenuli" u potragu za metodama i sredstvima za određivanje zaostalih naprezanja, ponekad ne razmišljajući o pouzdanosti rezultata mjerenja.

Ovaj očiti razlog nedovoljne učinkovitosti upotrebe dijagnostičkih alata za SSS konstrukcijskih materijala u procjeni resursa objekata može se strože formulirati: nepostojanje znanstveno utemeljenog koncepta dijagnostike stanja naprezanja i deformacije (SSS) materijala i opći koncept složene dijagnostike. Takva je formulacija još uvijek privatne prirode, kao da se ne odnosi na stanje stručnjaka snage, ali već nosi elemente konstruktivizma, jer ukazuje na smjer djelovanja i zahtijeva dublju analizu postojećeg stanja.

Rezultati daljnje analize pokazuju da su pravi, duboko usađeni uzroci "stagnacije" u rješavanju glavnog problema složeniji i čine dva problema zajednička znanosti o snazi ​​i znanosti o dijagnostičkim metodama:

• ideološki: nedostatak jasnog razumijevanja odlučujuće uloge određenog broja glavnih neovisnih karakteristika materijala i njihovog funkcionalno određujućeg odnosa s karakteristikama naponsko-deformacijskog stanja (SSS) materijala i, kao posljedicu, nedostatak metodologije utemeljene na dokazima utvrđivanje ciljeva, zadataka i kriterija za dijagnostiku SSS konstrukcijskih materijala;

  Doista, nepostojanje zahtjeva za izmjerenim karakteristikama SSS-a, nepostojanje mjeriteljske osnove za certificiranje i provjeru sredstava za mjerenje karakteristika SSS materijala dovode do nejasnoća početnih zahtjeva i pogrešnosti metodološkog pristupa u razvijeno sredstvo, što podrazumijeva ne samo neprihvatljivo nisku pouzdanost rezultata mjerenja, već često i nemogućnost ispravne identifikacije mjerenog parametra korištenog fizičkog polja i izmjerene fizičke karakteristike ispitnog materijala. Osim toga, pouzdanost rezultata (ako je, kao što je ranije navedeno, općenito je moguće govoriti o tome) praktički je nemoguće procijeniti zbog nedostatka metodoloških i mjeriteljskih preporuka i normi.

• fizički: nedovoljno razumijevanje i, u nekim slučajevima, nedostatak proučavanja fizičkih procesa interakcije polja koji se koriste za dijagnosticiranje svojstava materijala s vlastitim poljima i, kao posljedica toga, nedostatak razumijevanja nedovoljan sadržaj informacija o nedestruktivnim metodama i dijagnostičkim alatima koristi se za proučavanje složenih fizikalnih procesa preraspodjele unutarnje energije materijala, izraženih u preraspodjeli naprezanja 1., 2. i 3. vrste, koja je određena glavnim karakteristikama materijala i, ujedno, određujući njegov SSS od materijal.

  Valja naglasiti da se posljednjih godina pojavljuju opasne tendencije pojednostavljenog pristupa procjeni zaostalog vijeka složenih objekata. Neki razvijatelji sredstava za mjerenje zaostalih naprezanja, provodeći istraživanja na uzorcima pod jednoosnim opterećenjem, postižu dobru korelaciju između rezultata mjerenja jednog ili, u najboljem slučaju, dva parametra korištenih fizičkih polja s veličinom opterećenja, mijenjajući se do destruktivnog . Ne trudeći se proučavati procese otpornosti materijala na vanjska opterećenja, ne pokušavajući razumjeti mehaniku loma, oni dobivene rezultate prenose na stvarne objekte, vjerujući da je jedinstveno sredstvo mjerenja zaostalog resursa predmeta koji se proučava razvijena. To barem diskreditira nova zanimljiva rješenja, ali, što je najvažnije, cijena takvog pristupa najtežem problemu izračuna zaostalog resursa može se pokazati strašnom.

Analiza razloga nedovoljne učinkovitosti korištenja dijagnostičkih alata za SSS konstrukcijskih materijala u procjeni resursa složenih tehničkih konstrukcija pokazuje njihovu objektivnost, čija bi najvažnija posljedica, u moralnom aspektu, trebala biti pravedna podjela građevina. odgovornost za nedostatak potrebnih sredstava za dijagnosticiranje svojstava materijala između stručnjaka za čvrstoću i programera metoda i dijagnostičkih alata. Svijest o jednakosti odgovornosti, naravno, zbližit će stavove obiju strana, dapače, rješavaju jedan problem - osigurati prihvatljiva jamstva za sigurnost objekata, ali napore je moguće ujediniti samo konstruktivnim pristupom.

Ali što je najvažnije, analitički grupirani razlozi već poprimaju drugačiju, aktivnu, konstruktivnu prirodu, ukazujući na način rješavanja najhitnijeg problema osiguranja sigurnosti rada složenih tehničkih objekata.

7. Prijedlozi

Prema mišljenju autora, kako bi se riješio problem pouzdanog mjerenja karakteristika naponsko-deformacijskog stanja konstrukcijskih materijala i zavarenih spojeva, posebno je potrebno provesti sljedeće mjere:

7.1. Razviti jedinstvene znanstveno utemeljene zahtjeve za metode i sredstva mjerenja SSS materijala... Ovi zahtjevi bi trebali:

• polaziti od jasnog razumijevanja definirajućeg značenja i odnosa neovisnih osnovnih karakteristika materijala - to je ideološka osnova;
• imaju novu klasifikaciju metoda i sredstava za mjerenje karakteristika naponsko-deformacijskog stanja materijala općenito, a posebno zavarenih spojeva;
• sadržavati klasifikacija, popis i kriteriji za ocjenu glavnih karakteristika materijala i karakteristika njegovog PDV-a, a te karakteristike, s jedne strane, moraju biti podložne obvezno mjerenje u dijagnostici stanju materijala, a, s druge strane, mora biti podložan obvezno korištenje kao osnovne karakteristike u proračunima stvarni ili predviđeni resurs. Naravno, to će zahtijevati prilagođavanje metoda proračuna resursa, ali samo na taj način, stvaranjem uvjeta za konvergenciju znanosti o snazi ​​i znanosti dijagnostike, moguće je riješiti problem postizanja potrebne razine sigurnost objekata.

7.2. Izraditi metodologiju i sredstva mjeriteljske provjere i certificiranja sredstava za mjerenje parametara PDV-a koji će vam omogućiti da objektivno procijenite učinkovitost i točnost alata koji se razvijaju. Nesumnjivo, stvaranje pouzdane stručne metode za provjeru dijagnostičkih alata čini se vrlo teškim zadatkom čije se rješenje može odgoditi. Ipak, hitno je uvesti, barem uvjetno, jedinstveni sustav standardnih sredstava provjere (na primjer, uzoraka ili metoda). Takav jedinstveni sustav omogućit će ne samo ispravno podudaraju razne dijagnostičke metode, ali kasnije može postati prototip kriterija za ocjenjivanje dijagnostičkih rezultata.

7.3. Potrebno je započeti izradu normativnih dokumenata koji reguliraju mjerenje parametara SSS materijala u dijagnostici objekata, ovisno o kategoriji njihove potencijalne opasnosti za ljude i okoliš.

Godine 2003., na inicijativu autora, zajedno s TK-132 "Tehnička dijagnostika" Državnog standarda, izrađen je nacrt standarda "Ispitivanje bez razaranja. Kontrola stanja naprezanja i deformacije industrijskih i transportnih objekata u ocjeni vijeka trajanja opreme. Opći zahtjevi". Ovaj nacrt standarda dostavljen je na raspravu od strane zainteresiranih organizacija i pojedinaca.

Zaključno, napominjemo da će proučavanje složenih procesa preraspodjele vlastite energije materijala pod djelovanjem vanjske sile, magnetskih i drugih polja zahtijevati znanje iz, čini se, daleko od rješavanja praktičnih problema, područja znanost: kvantna fizika, fizika čvrstog stanja, fizika metala, teorija dislokacija, teorije elastičnosti, plastičnosti i čvrstoće, mehanika loma, teorija elektromagnetskog polja pa čak i osnove radiotehnike. To, naravno, određuje visoku razinu zahtjeva za stručnjake koji razvijaju različite metode kontrole PDV-a. Treba naglasiti da dijagnostika naponsko-deformacijskog stanja konstrukcijskih materijala predstavlja višu razinu dijagnostike nakon detekcije mana, te zahtijeva novu ideologiju, novi koncept. Samo novi koncept može ne samo pomiriti različite fizikalne metode ispitivanja bez razaranja, koje su sada "u ratu" u ovoj novoj vrsti dijagnostike, koja je savršeno koegzistirala i nadopunjavala se u detekciji mana, već, uzimajući u obzir specifičnosti njihovih fizičkih "odnosa", kombiniraju ih u jedinstveni sustav koji može značajno ubrzati rješavanje problema povećanja pouzdanosti procjene preostalog vijeka trajanja složenih tehničkih objekata.