Ele sunt utilizate pentru a măsura presiunea apei la limita unei structuri de beton și fundația acesteia, precum și pentru a măsura presiunea hidrostatică și a porilor în structurile și fundațiile structurilor hidraulice. Acești senzori sunt instalați în timpul construcției structurii.

Orez. 5. Senzor pentru piezometre cu cap de presiune și măsurarea presiunii hidrostatice și a porilor

Dispozitive pentru monitorizarea stării de efort-deformare a structurilor

Folosit pentru a măsura:

Forțele de tracțiune sau de compresiune în armătură (măsurătorile încep imediat după instalare și se efectuează în timpul construcției și în timpul următoarei operațiuni până când tensiunea și deformarea sunt complet stabilizate sau durata de viață a dispozitivelor, care este de 25 de ani, este stabilită în stadiu. de construcție de clădiri);

Deformații liniare în structurile de susținere a structurilor (instalate atât în ​​faza de construcție a unei structuri, cât și în timpul funcționării, cu instalație de tip ipotecar, se fixează prin sudare la părțile metalice ale structurii, sau - ancorarea la părțile din beton armat, cu un deasupra capului - folosind elemente de ancorare la structurile existente ale structurilor);

Tensiunea solului (acestea controlează presiunea de contact în sol la marginea structurilor din beton și tensiunea în masivele de sol, se stabilesc în etapa de construcție a structurii).

Orez. 6. Dispozitive pentru monitorizarea stării de efort-deformare a structurilor

Folosit pentru a măsura presiunea în:

Fundații de baraje, poduri și alte structuri masive din beton monolit;

Pereți de piatră ai tunelurilor și minelor;

Stâlpi și stâlpi din beton.

Orez.

Folosit pentru a măsura deplasarea barajelor de umplutură de pământ, pentru a modifica dimensiunile liniei de bază și pentru a controla tasarea în sol moale. Ele diferă prin tipul de utilizare și tipul de construcție:

Pentru terasamente (controlul controlului tensiunii laterale) și fixe (controlul tasării sau creșterii terasamentului);

Pentru sonde (mai multe componente) - pentru controlul spațiului din jurul clădirii de inginerie;

Pentru a controla tasarea - supravegherea pe termen lung a structurii inginerești.

Extensometrul este format din trei părți principale: ancoră, tijă și senzor de deplasare. Tija conectează indicatorul de ancora, care este o structură care se extinde mecanic realizată pe baza unei pane, con sau arc și atașată de peretele găurii de foraj.

Orez.

Plumb direct și invers

Folosit pentru a măsura:

Deplasări ale părților din beton și structuri metalice care se află la o distanță suficient de mare una față de alta;

Decalaj față de direcția verticală de forare a puțurilor și puțurilor în stadiul creării lor;

Mișcarea straturilor de rocă;

Înclinarea turnurilor și suporturilor înalte, precum și nivelul oscilației acestora.

Plumb bob invers este un fir, al cărui capăt este fixat în fundul puțului de la baza barajului, iar celălalt este scufundat într-un rezervor cu lichid și susține firul în poziție verticală tensionată. Măsurătorile de-a lungul liniilor de plumb sunt efectuate prin determinarea poziției firului în raport cu structura de-a lungul înălțimii sale, cu ajutorul instrumentelor de măsură optice (mecanice).

DESPRE MATERIALELE CONFERINȚEI

Aducem în atenția cititorilor noștri finalul colecției de articole bazate pe materialele celui de-al 9-lea Simpozion Internațional de Tehnologii de Măsurare și Dispozitive Inteligente, desfășurat în vara anului 2009 la Sankt Petersburg (pentru începutul colecției, vezi revista „Tehnica de măsurare” nr. 3, 2010)

Utilizarea măsurătorilor de viteză cu ultrasunete pentru a determina starea de efort-deformare a produselor metalice

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

Institutul de Fizică și Știința Materialelor Forței SB RAS, Tomsk,

Rusia, e-mail: [email protected]

Este investigată modificarea vitezei undelor Rayleigh în materialele deformabile. Este descris un dispozitiv pentru măsurarea precisă a vitezei de propagare a vibrațiilor ultrasonice. Este prezentată posibilitatea utilizării metodei de măsurare a vitezei acestora pentru controlul calității țaglelor de zirconiu utilizate la laminarea la rece a învelișului elementelor de combustibil ale reactoarelor nucleare.

Cuvinte cheie: vibrații ultrasonice, testare nedistructivă, stare de efort-deformare, control al calității.

Investigațiile privind variația vitezei de propagare a ultrasunetelor în materialele deformabile au fost efectuate pentru a determina corelația dintre această viteză și caracteristicile mecanice ale materialului deformabil. Este prezentată o descriere detaliată a instrumentului pentru măsurarea precisă a vitezei de propagare a ultrasunetelor. Folosind ca exemplu aliajele de bază Zr, se arată că metoda poate fi utilizată pentru controlul calității țaglelor de zirconiu, din care placarea combustibilului reactorului nuclear este fabricată prin laminare la rece.

Cuvinte cheie: ultrasunete, control nedistructiv, stare de stres, control de calitate.

Anterior, s-a constatat că viteza de propagare a unei unde ultrasonice într-o probă deformată la tracțiune depinde de deformarea totală, tensiunea de curgere și structura materialului studiat. Rezultate similare au fost obținute pentru mici deformații plastice. În timpul cercetării, s-a atras atenția asupra formei dependenței vitezei vibrațiilor ultrasonice (USV) de tensiunea de curgere (Fig. 1). Dependența constă din trei secțiuni liniare, fiecare dintre acestea putând fi descrisă printr-o ecuație de formă

^ = ^ +% o, (1)

unde v0,% sunt valori empirice cu valori diferite pentru diferite etape ale curgerii plastice. Coeficientul % poate lua orice semn, dar proporționalitatea dependenței ^ $ (o) este întotdeauna păstrată într-o zonă cu un coeficient de corelație de aproximativ 0,9.

Mai jos este prezentată posibilitatea utilizării ecuației (1) pentru a determina proprietățile mecanice ale non-

o metodă distructivă. Pentru aceasta, dependențele ^ (o) au fost obținute pentru o gamă largă de metale și aliaje (tabel).

Modificarea vitezei undelor Rayleigh a fost înregistrată prin metoda de autocirculație a impulsurilor direct în procesul de întindere a probelor plate. Dependențele obținute ^ (o) au aceeași formă pentru toate materialele investigate. Folosind valorile adimensionale ale vitezei și tensiunii și aproximând etapele distinse prin funcții liniare, obținem dependența generalizată

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

unde este viteza undelor Rayleigh într-o probă descărcată, m/s; p, -, a, - valori empirice care nu depind de material; / = 1, 2 este numărul secțiunii liniare din Fig. 1; ov este puterea supremă a materialului studiat, MPa.

Valorile calculate ale lui р, -, а, pentru secțiunile 1 și 2 au fost Р1 = 1,0 ± 2 ■ 10-4, р2 = 1,03 ± 10-3, а1 = 6,5 ■ 10-3 ± 4,7 ■ 10-4, a2 = 3,65 ■ 10-2 ± 3,2 ■ 10-3.

Orez. 1. Dependența vitezei ultrasunetelor de tensiunile care acționează în proba de alamă

Din (2) rezultă

<зв = щ о//vS -Р/). (3)

Ecuația (3) poate fi utilizată pentru a estima rezistența finală la deformații plastice mici cu mult înainte de ruperea probei. Astfel, pentru a determina ov, este suficient să se măsoare viteza de testare cu ultrasunete la solicitări din eșantion în intervalul o02< о < 0,6ов (где о02 - предел текучести), т. е. на участке малых пластических деформаций.

Conform ecuației (3), a fost calculată rezistența finală la deformare de ordinul a 1% (aproximativ ~ 0,1 ov) pentru majoritatea materialelor prezentate în tabel. Valorile obținute prin metoda ultrasonică au fost comparate cu valorile lui σ găsite în mod tradițional din diagramele de tracțiune până la rupere (Fig. 2). Valorile și ov s-au dovedit a fi egale cu coeficientul de corelație R = 0,96.

Aceasta înseamnă că metoda propusă poate fi utilizată pentru a evalua rezistența finală a materialelor cu mult înainte de distrugerea lor. Natura relației obținute între viteză și tensiuni constă, eventual, în faptul că, pe de o parte, întărirea materialului este asociată câmpurilor de tensiuni interne, care încetinesc mișcarea dislocațiilor. Pe de altă parte, odată cu creșterea tensiunilor interne, rata de testare cu ultrasunete scade. Astfel, ambele cantități se dovedesc a fi dependente de un parametru, care, ca urmare, determină relația dintre rata de testare cu ultrasunete și caracteristicile mecanice ale materialului.

Pentru utilizarea metodei ultrasonice în laborator și în teren au fost dezvoltate două dispozitive: ANDA (dispozitiv acustic pentru analiza nedistructivă a stării materialelor în laborator) și ASTR (dispozitiv pentru determinarea tensiunilor reziduale ale structurilor metalice în campul). Principiul de măsurare a vitezei de propagare a undelor Rayleigh, aplicat în dispozitive, se bazează pe metoda autocirculației impulsurilor. Eroarea de măsurare este 3 ■ 10-5, lucrul cu dispozitivul nu necesită cunoștințe speciale din partea operatorului.

Esența metodei de autocirculație este de a crea o buclă închisă pentru trecerea unui impuls. Sub acțiunea unui impuls electric scurt, traductorul piezoelectric care emite formează o undă acustică în probă. Unda trecută de la traductorul piezoelectric de transmisie la recepție este convertită înapoi într-un semnal electric și intră din nou în traductorul de emiță. Astfel, cu o distanță constantă între traductoare, frecvența apariției unui impuls într-un anumit punct al circuitului va depinde de timpul de tranzit al semnalului acustic din probă și de întârzierea în circuitul dispozitivului. Deoarece întârzierea în circuit este neglijabilă în comparație cu timpul de propagare a undei acustice în probă, frecvența de autocirculație va caracteriza viteza de propagare a sondei ultrasonice în probă. În acest caz, undele de suprafață Rayleigh au o frecvență de 2,5 MHz.

Compoziția chimică a aliajelor investigate

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

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

2 Același ■< 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 alamă - -< 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

Orez. 2. Corelația dintre rezistența finală determinată prin metoda ultrasonică și rezistența la tracțiune obținută din diagrama de tracțiune a probei (a se vedea tabelul pentru denumiri)

Un traductor cu ultrasunete instalat pe un obiect de studiu are doi traductoare piezoelectrice înclinate situate la o distanță fixă ​​unul de celălalt, numite bază. Înclinarea traductoarelor piezoelectrice este aleasă în așa fel încât să formeze o undă de suprafață Rayleigh în obiectul de studiu. Pentru o măsurare fiabilă a vitezei, este necesar să se asigure contactul cu metalul produsului controlat prin îndepărtarea acestuia din urmă de vopsea, murdărie și oxizi, suprafața trebuie să fie plană, senzorul trebuie apăsat la locul de control. Contactul acustic cu traductorul piezoelectric este asigurat de un lubrifiant lichid neagresiv, de exemplu, ulei de transformator. Trebuie reținut că spațiul dintre traductoarele piezoelectrice trebuie să rămână uscat și curat.

Una dintre aplicațiile metodei ultrasonice luate în considerare este evaluarea stării de stres în semifabricate de zirconiu utilizate pentru producerea de placaje pentru elementele combustibile ale reactoarelor nucleare. În procesul de laminare la rece a tuburilor din aliaj Zr-Nb, în ​​țagle se formează o distribuție complexă a macrotensiunilor reziduale interne, ceea ce poate duce la distrugerea țaglei la una dintre etapele de prelucrare. Pentru a optimiza procesul de laminare, este necesar să se țină cont de nivelul și distribuția tensiunilor reziduale în piesa de prelucrat.

a, MPa 1000 "

Orez. 3. Distribuția tensiunilor interioare într-un bile de Zr cu secțiune transversală circulară

kah. Utilizarea metodelor tradiționale, cum ar fi raze X, pentru a determina solicitările interne pe piesele lungi este consumatoare de timp și practic imposibilă într-un mediu de producție în linie.

Pentru piesele de prelucrat s-a efectuat un studiu pentru determinarea tensiunilor interne folosind un dispozitiv cu ultrasunete ASTR. În probele de aliaj Zr-Nb 9 deformate într-o gamă largă de tensiuni (vezi tabel), au fost efectuate măsurători pentru a stabili dependența ratei de testare cu ultrasunete de solicitări. Cele mai importante rezultate au fost obținute pentru piesele de prelucrat în care tensiunile interne au variat într-o gamă largă. Este planificată extinderea utilizării metodelor nedistructive pentru determinarea tensiunilor reziduale în tuburile de zirconiu cu pereți subțiri produse prin laminare la rece. Acest lucru va îmbunătăți tehnologia existentă pentru fabricarea lor. Studiul a fost realizat atât pe țevi, cât și pe țagle din aliajele 9 și 10 pe bază de Zr.

Durata de viață a materialelor și structurilor depinde în majoritatea cazurilor de omogenitatea structurii materialului și de starea de efort-deformare a produsului final realizat din acest material. Tensiunile reziduale asupra pieselor de prelucrat au fost măsurate atât prin metode cu raze X, cât și cu ultrasunete, iar rezultatele măsurătorilor au fost comparate.

S-a constatat că m

Pentru a citi în continuare articolul, trebuie să achiziționați textul integral. Articolele sunt trimise în format PDF la corespondenta indicata la plata. Timpul de livrare este mai puțin de 10 minute... Costul unui articol - 150 de ruble.

Lucrări științifice similare pe tema „Metrologie”

• CARACTERIZAREA EMISIILOR OPTICĂ A PLASMEI DE ZIRCONIU ABLATĂ LASER

  HANIF M., SALIK M. - 2015

• EVALUAREA NEDISTRUCTIVĂ A TENSIUNII DE CURSAȚIE PENTRU OȚELUL CU SĂCĂCUT DE CARBON PRIN MĂSURĂTORI ULTRASUNETE

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

• EVALUAREA CALITĂȚII PLACILOR DE LEMN PRIN METODE ULTRASONETE ȘI STATICE CU ANIZOTROPIE ELASTICĂ

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

• METODE TERMOGRAFICE, ULTRASONICE ȘI OPTICĂ: O NOUĂ DIMENSIUNE ÎN DIAGNOSTICUL LEMNULUI furnir

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

Unul dintre cele mai importante puncte de observatie este controlul starii de solicitare a masei de roca, cu ajutorul caruia se determina locurile de concentrare a deformatiilor elastice care apar in masa de roca perturbata de dezvoltarea in timpul descarcarii de la solicitari. În prezent, există mai multe metode pentru determinarea tensiunilor într-o masă de rocă.

Metoda de descărcare este utilizată pentru măsurarea deformațiilor elastice în roci suficient de puternice după separarea acestora de masiv cu refacerea ulterioară a caracteristicilor elementelor formei de rocă.

Valorile tensiunii în masa de rocă sunt determinate în trei moduri (Fig. 7):

restaurarea elastică a capătului puțului la forarea miezului (metoda VNIMI);

modificarea diametrului găurii centrale în miezul forat (metoda lui Hast);

deformarea pereților găurii centrale din miezul forat (metoda Liman).

Orez. 7. Schema de determinare a tensiunilor prin metoda de descărcare: I -de VNIMI; II -conform lui Hast; III -peste estuar; 1 -instalație de foraj; 2 -măsurarea bine; 3 -aparate de înregistrare; 4 -senzor de capăt puț; 5-extensometru; 6 -extensometre adezive

La măsurarea deformațiilor elastice într-o masă de rocă ca urmare a descărcării acesteia de la solicitări, este necesar să se țină cont de fracturarea și eterogenitatea rocilor, de valorile raportului lui Poisson și ale modulului de elasticitate, de direcția și adâncimea măsurării. fântâni. În aceste scopuri se forează puțuri în locurile de observație.

Metoda de compensare a sarcinii se bazează pe refacerea deformării elastice după încărcarea repetată a unei mase de rocă parțial descărcată de către un dispozitiv de presiune. Dispozitivul de măsurare a tensiunilor în masa de rocă este instalat pe un reper, betonat în puțuri de mică adâncime forate în peretele lucrării (Fig. 8). Un dispozitiv de presiune este instalat în golul format în apropierea reperului, care este necesar pentru reducerea tensiunilor în zona observată. Presiunea specifică din fantă, creată de cricul hidraulic, se ridică la nivelul inițial, care corespunde mărimii tensiunii din matrice în acest moment.

Orez. 8. Schema de determinare a tensiunilor prin metoda sarcinii compensatoare: 1 -cricuri hidraulice; 2 -furtun; 3 -pompă hidraulică; 4 -extensometre

Metoda diferenței de presiune se bazează pe crearea unei valori inițiale forțate a presiunii într-un puț forat în roca din jurul unei mine, în care este amplasat un cilindru hidraulic (Fig. 9).

Orez. 9. Schema de determinare a tensiunilor prin metoda diferenta de presiune: 1 -hidrosenzor; 2 -conductă; 3 -manometru cu auto-înregistrare; 4 -dispozitive cu supape; 5 -presă debitmetru; 6 -manometru; 7 -pompa manuala

Ca urmare a deformării cilindrului din puț, cauzată de o modificare a stării de solicitare a masei de rocă, citirile presiunii fluidului de pe manometrul conectat la cilindru se modifică. Diferența dintre citirile de pe manometru a valorilor presiunilor inițiale și ulterioare, caracterizează modificările tensiunilor din zona studiată în timp și în spațiu.

Metoda incluziunilor elastice se bazează pe observarea modificării valorilor tensiunii într-un senzor din sticlă, optic sau alte materiale, atașat la suportul unei mine sau al unei roci (Fig. 10).

Orez. 10. Schema de determinare a tensiunilor prin metoda incluziunilor elastice: 1 -senzor fotoelastic; 2 -strat de ciment

Metoda forajelor se bazează pe măsurarea presiunii rocilor în direcțiile transversale și longitudinale cu un extensometru situat în foraj (Fig. 11).

Pentru a calcula mărimea stării de efort a unei mase de rocă prin deformații măsurate, se folosesc formulele teoriei elasticității ținând cont de parametrii reologici ai rocilor, raportul lui Poisson și modulul de elasticitate.

Orez. 11. Schema de determinare a tensiunilor prin metoda forajelor: 1 -extensometru; 2 -suport deformometru; 3 -cablu

Metoda acustică se bazează pe utilizarea capacității majorității rocilor de a genera impulsuri sonore elastice ale microfracturilor atunci când starea de stres a masei de rocă se modifică.

Geofoanele piezoelectrice și electrodinamice, amplificatoarele electronice de putere ale semnalelor recepționate de geofoane, dispozitivele de înregistrare cu sursă de alimentare și fire de conectare sunt utilizate pentru înregistrarea impulsurilor sonore care apar în roci (Fig. 12).

Metoda ultrasonică se bazează pe înregistrarea vitezei undelor elastice care trec printr-o masă de rocă în stare solicitată (Fig. 12).

În zona cercetată, odată cu creșterea stării de solicitare a rocilor, viteza de trecere a undelor elastice în masa de rocă crește și scade odată cu scăderea tensiunilor. În funcție de sarcină, se determină numărul, adâncimea și direcția puțurilor în care sunt instalate emițătorul și receptorul vibrațiilor ultrasonice.

Orez. 12. Diagrama de înregistrare: 1 și 2 - electrozi

Orez. 13. Schema electrică sondarea rețelei dintre două foraje paralele: 1 -emițător; 2 și 2" -dispozitiv de recepție (două poziții)

Metoda electrică se bazează pe determinarea rezistivității electrice și conductivității electrice a rocilor în funcție de modificarea stării de solicitare în masa de rocă (Fig. 13).

În puțul forat este instalat un instrument de exploatare. Ca urmare a mișcării sale de-a lungul puțului, se determină modificări ale rezistivității electrice a rocilor, care, ținând cont de corelațiile stabilite, corespunde unei modificări a stării de solicitare a masivului.

Metoda radiometrică constă în obținerea de informații despre modificarea intensității fluxului de radiații gamma, în funcție de modificarea stării de stres a masivului, după ce acestea trec prin zona studiată a rocilor.

Sursa de raze gamma, situată în sonda de măsurare, se deplasează de-a lungul găurii de foraj. Mărimea stării de solicitare a masivului este determinată de curba de calibrare a rocilor corespunzătoare, în funcție de intensitatea fluxului de radiație.

Evaluarea stării relativ tensionate a matricei se realizează prin metodele de schimbare:

secțiunea sondei cu distanța față de capul sondei, la ieșire și dimensiunea capului de foraj;

eforturile de alimentare a burghiului la forarea puțurilor la ieșire și dimensiunea capului de foraj;

eforturi de presare a ștampilei în pereții sau capătul puțului;

gradul de distrugere a carotelor la forarea puțurilor.

Măsurarea stării de solicitare în masa de rocă și în jurul lucrărilor subterane prin metoda de descărcare se realizează cu ajutorul echipamentelor și extensometrelor amplasate într-un puț cu diametrul de 36 mm până la 76 mm, adâncimea de la 0,3 m până la 20 m. timp, se măsoară deformații de la 110 -6 la 110. -3 unități de deformații relative, sensibilitatea dispozitivelor este de 110 -6 unități de deformații relative (Tabelul 8).

Studiile efectuate au arătat că lucrările miniere și masa de rocă sunt în interacțiune constantă între ele și au o influență reciprocă asupra parametrilor de măsurare în procesul de topografie a minei. Siguranța tehnologică și de mediu a lucrărilor de exploatare secundară polivalentă poate fi asigurată numai cu condiția efectuării unor observații topografice ale stării acestora în modul de monitorizare continuă sau discretă, atât în ​​spațiul tehnologic subteran, cât și în rocile din jurul lucrărilor. Urmărirea dinamicii modificărilor parametrilor stării mediului în care se află obiectul de observație ar trebui să fie asigurată de diferite tipuri de dispozitive de semnalizare care fixează unul sau mai multe niveluri critice.

Tabel 8. Instrumente și instrumente pentru determinarea tensiunilor în mase de rocă și structuri subterane

Nume dispozitiv	Codul instrumentului	Eroare de măsurare	Baza de masurare	Interval de măsurare	Producător	Informații suplimentare
Set de echipamente pentru metoda de descărcare	DM-18 (extensometru); 71Р 01 (atașament pentru extensometru); M 195/1; SB-8M- (galvanometre)	Deformatii 7; (deformații relative) sensibilitatea dispozitivului 110-6 (DEFORMAȚII LEGATE,)	d foraj - 76 mm L foraj - 20 m		Determinarea stării de stres a unei mase de rocă în minerit subteran
Kit unificat		d foraj - 75 mm	VNIMI, Filiala Kola a Academiei de Științe a URSS	Determinarea tensiunilor mecanice în masa de rocă prin metoda de descărcare
Dispozitiv de instalare			Institutul minier Krivoy Rog	Determinarea tensiunilor în masa de rocă prin metoda de descărcare completă
Set echipament de descărcare	Deformare relatează. def. Sensibilitatea dispozitivului 1 * 10-6 relatează. def.	d foraj - 36-112 mm L put - 250 m		Determinarea tensorului complet al tensiunii în masa de rocă prin metoda de descărcare
Convertor hidraulic				IGD SO AN Orașul Novosibirsk	Determinarea valorilor absolute ale tensiunilor și a creșterilor acestora care acționează în masa de rocă prin metoda diferenței de presiune
Tensometru		d foraj - 45 mm L put - 280 m		Determinarea tensiunilor prin metoda de descărcare
Deformometru de banc de tip string		Deplasare longitudinală: 0,2-0,01 mm; deplasare radială: 0,001 mm	Deplasare longitudinala:; deplasare radiala:		Măsurarea simultană a deformațiilor longitudinale și radiale ale puțurilor de până la 30 m adâncime, neumplute cu apă
Dispozitiv cu ultrasunete al meu				IGTM AN UkrSSR Dnepropetrovsk	Determinarea proprietăților fizice și mecanice și a modificărilor relative ale stării de solicitare a unei mase de rocă prin viteza undelor ultrasonice longitudinale și transversale
Stație de mină cu ultrasunete	SB - 22 (SHUS)		Viteză: 1000-5000 m/s; Atenuare		Evaluarea perturbării și tensiunii rocilor în stâlpi și în jurul lucrărilor prin viteza și atenuarea undelor elastice

Alegerea locației dispozitivelor de măsurare în fiecare caz specific trebuie efectuată ținând cont de factorii economici, tehnologici și de alții care determină eficacitatea controlului.

La efectuarea topografiei miniere în lucrări subterane de exploatare secundară polivalentă, traversate în roci instabile (categoria a III-a) și de stabilitate medie (categoria a II-a), fixate cu beton armat monolit, metal-beton, beton armat prefabricat sau căptușeală din beton cu suport flexibil și ulterioare. chituirea spaţiului de ancorare cu întărirea ancorei, este necesară instalarea unor instrumente de măsură cu acţiune continuă sau discretă continuă. Instalarea unui anumit dispozitiv depinde de starea producției, de scopul utilizării acestuia. Deci, în lucrările de funcționare pe termen lung la amplasarea depozitelor, este recomandabil să se respecte atât rocile, cât și căptușeala lucrului. Pentru aceasta, este necesar să folosiți senzori radiometrici discreti cu puls continuu. Acestea sunt declanșate în funcție de parametrii fixați stabiliți în aparatul de măsurare, de capacitatea portantă a rocilor și de conformitatea structurală a suportului. La monitorizarea stării masei de rocă, dispozitivul de măsurare este instalat într-o gaură forată în roca din jurul minei. Modificările caracteristicilor geometrice și de rezistență ale suportului sunt determinate atunci când dispozitivul este instalat pe suport.

Invenţia se referă la domeniul încercării nedistructive a caracteristicilor fizice ale materialelor. Metoda constă în măsurarea parametrilor câmpurilor magnetice de pe suprafața obiectului studiat și determinarea zonei de acumulare a dislocațiilor corespunzătoare zonelor anormale de tensiuni interne. Se măsoară valoarea absolută a maximului componentei normale a intensității câmpului magnetic, se măsoară suplimentar permeabilitatea magnetică a materialului în zona de rezistență maximă și se calculează valoarea tensiunilor interne, prin care tensiunea-deformare. se apreciază starea materialului studiat. În plus, puteți determina direcția maximului componentei tangențiale a intensității câmpului magnetic, puteți măsura valoarea absolută a acestuia și puteți calcula vectorul tensiunilor interne maxime. În plus, una dintre metodele cunoscute poate măsura distanța de la suprafața obiectului studiat până la zona de tensiuni interne anormale, poate calcula cantitatea de energie acumulată în această zonă, care poate fi utilizată pentru a evalua gradul de activitate de inițiere a fisurii. si crestere. Invenţia face posibilă obţinerea de caracteristici cantitative ale tensiunilor interne. 4 c.p. a zbura.

Invenția se referă la domeniul testării nedistructive a caracteristicilor fizice ale materialelor structurale, în principal feromagnetice, prin metode magnetice și poate fi utilizată pentru măsurarea caracteristicilor stării de efort-deformare a materialelor și îmbinărilor sudate în părți ale diferitelor structuri pt. scopuri critice, de exemplu, în ferme sudate și nituite, în pereții conductelor, recipiente sub presiune și alte obiecte din industria energetică, chimică, inginerie și diferite tipuri de transport, care suferă sarcini semnificative în timpul funcționării. Diagnosticarea modernă are un arsenal mare de varietăți de mijloace și metode de măsurare a caracteristicilor mecanice ale materialelor, iar locul principal în acest arsenal este ocupat de metode și mijloace pentru măsurarea tensiunilor interne reziduale și de lucru. Toate metodele magnetice cunoscute pentru diagnosticarea materialelor structurale pot fi împărțite în două grupe: active - cu crearea unui câmp magnetic "forțat" de o anumită orientare în materialul piesei investigate și pasive - folosind magnetizarea remanentă a produsului cauzat prin câmpuri magnetice externe de origine naturală sau artificială. Dezavantajele metodelor magnetice active cunoscute pentru diagnosticarea stării materialelor structurale sunt inerente în însăși esența fizică a acestor metode și sunt exprimate în insensibilitate completă la anomaliile materiale situate adânc în piesă, precum și la anomaliile (chiar și fisurile) localizate pe suprafața piesei, dar orientată de-a lungul liniilor câmpului magnetic.campuri. Metodele magnetice pasive cunoscute pentru determinarea stării de efort-deformare a materialelor structurale feromagnetice sunt un instrument mai subțire, deoarece vă permit să monitorizați calitativ modificarea tensiunilor reziduale sub influența forțelor externe. Dezavantajele metodelor magnetice pasive sunt sensibilitatea scăzută la anomaliile localizate adânc în material și ambiguitatea rezultatelor determinării stării de tensiune-deformare. Aceste metode se bazează pe dependența caracteristicilor magnetice ale unui material de structura sau starea sa de fază, care sunt determinate de istoria tehnologică sau operațională a materialului și încep să se schimbe vizibil numai la valori mari ale deformațiilor plastice corespunzătoare -niveluri limită ale solicitărilor mecanice. Mai mult, instrumentele de diagnostic cunoscute în prezent măsoară doar unii parametri ai câmpurilor fizice utilizate, care în general sunt asociați nu cu solicitări mecanice în forma lor pură, ci cu un set de caracteristici ale stării de tensiune-deformare a materialului și sunt asociate. cu dependențe insuficient studiate și nu întotdeauna monotone și lipsite de ambiguitate... Aceasta înseamnă că parametrii măsurați nu pot caracteriza în mod fiabil starea materialului. Cea mai apropiată este metoda de determinare a zonelor de tensiuni reziduale în produsele din material feromagnetic, care constă în măsurarea componentelor normale și tangenţiale ale intensității câmpului magnetic parazit la fiecare dintre un set dat de puncte de pe suprafața obiectului testat, comparând valorile măsurate ale componentelor intensității câmpului magnetic și punct cu punct, în care componentele tensiunii normale și tangenţiale sunt egale, definește limitele zonei de stres rezidual. Dezavantajul acestei metode de determinare a zonelor de stres rezidual este o eroare mare cauzată de o estompare semnificativă a limitelor de egalitate ale componentelor normale și tangenţiale ale intensităţii câmpului magnetic din cauza dependenţei puternice a mărimii componentei tangenţiale de distanța până la suprafața obiectului studiat și direcția de măsurare a acestuia. Cu toate acestea, principalul dezavantaj al acestei metode și al tuturor celorlalte metode cunoscute pentru determinarea caracteristicilor stării de efort-deformare a materialului pieselor structurale este imposibilitatea obținerii valorilor absolute ale caracteristicilor investigate, arătând gradul cantitativ de proximitate a starea de efort-deformare existentă efectiv în materialul structurii la cea critică. În plus, trebuie remarcat faptul că, în cele mai multe cazuri, termenul "tensiuni reziduale" este utilizat incorect, deoarece în orice structură de funcționare, tensiunile reziduale acționează împreună cu solicitările de sarcină de lucru și tensiunile care apar în timpul îmbătrânirii și degradării materialului, prin urmare, ar trebui să vorbim de „stresuri interne”. Sarcinile care urmează a fi rezolvate prin prezenta invenție sunt de a obține caracteristici cantitative ale stării de efort-deformare a materialelor structurale (în principal metale feromagnetice), crescând în același timp sensibilitatea, acuratețea și fiabilitatea rezultatelor prin utilizarea câmpurilor magnetice intrinseci create de microdefecte ale structura – luxații și clusterele lor. Metoda dezvoltată oferă:

Obținerea caracteristicilor cantitative ale tensiunilor interne;

Obținerea de informații cantitative despre gradul de pericol sau activitate a fisurilor incipiente și în curs de dezvoltare;

Reconstituirea câmpurilor scalare și vectoriale ale distribuției interne a tensiunilor;

Posibilitatea de a prezice dinamica modificărilor stării de tensiune-deformare a materialelor structurale în condiții reale de funcționare. Rezolvarea sarcinilor se realizează prin faptul că în metoda de determinare a caracteristicilor stării de tensiune-deformare a materialelor pieselor și structurilor, care constă în măsurarea parametrilor câmpurilor magnetice de pe suprafața obiectului studiat, prin modificând care sunt măsurate zonele de acumulare a dislocațiilor corespunzătoare zonelor anormale de tensiuni interne, valoarea absolută a componentei maxime normale a intensității câmpului magnetic, măsurați suplimentar permeabilitatea magnetică a materialului în zona de putere maximă, calculați valoarea tensiunilor interne, care este utilizată pentru a judeca starea tensiunii-deformare a materialului studiat. În plus, se determină în plus direcția maximului componentei tangențiale a intensității câmpului magnetic, se măsoară valoarea sa absolută și se calculează vectorul tensiunilor interne maxime. În plus, una dintre metodele cunoscute măsoară în plus distanța de la suprafața obiectului studiat la zona de tensiuni interne anormale, calculează cantitatea de energie acumulată în această zonă, care este utilizată pentru a evalua gradul de activitate de inițiere a fisurii. si crestere. În plus, se fac măsurători pe întreaga suprafață a obiectului studiat, se efectuează calculele necesare și se construiesc câmpuri scalare sau vectoriale de distribuție a tensiunilor interne. Și, în final, se repetă măsurătorile, după o anumită perioadă de funcționare a obiectului investigat, se compară câmpurile de distribuție a tensiunilor interne și se estimează rata de degradare a materialului din diferența de valori ale tensiunilor, precum și zona și direcția. de posibile distrugeri sunt determinate de natura schimbării câmpurilor. Esența metodei propuse constă în utilizarea unor proprietăți puțin cunoscute și neexplorate sub aspectul aplicării practice a defectelor în structura cristalină a metalelor - dislocații. Dislocarea ca obiect cu adevărat existent are proprietăți fizice destul de reale datorită dezechilibrului câmpurilor electromagnetice cauzate de distrugerea locală a elementelor rețelei atomice cristaline. În cazul unui material feromagnetic, elementul de rețea este un cub cu atomi în colțurile sale, iar întreaga rețea este o structură spațială strictă. Distrugerea acestui ordin se manifestă ca apariția unui semiplan, care este un fel de pană, la limitele căreia există sarcini electrice „smulse” și momente de rotație. Prezența unei cantități în exces de electroni liberi pe ambele părți ale granițelor face posibilă compensarea dezechilibrului sarcinilor electrice, cu toate acestea, electronii „noi” nu sunt capabili să compenseze diferența de momente de spin, ceea ce duce la apariția. a unui moment magnetic elementar - o sursă a propriului câmp magnetic al dislocației. Deoarece în material, chiar și în stare netensionată, există un număr semnificativ de dislocații, materialul este un set de „magneți” orientați în mod arbitrar care își creează propriul câmp magnetic integral al materialului. Într-un material izotrop ideal, omogen, puterea câmpului magnetic creat de momentele magnetice ale dislocațiilor va fi egală cu zero. Dar orice neomogenitate a materialului, inerentă tuturor materialelor reale, determină deplasarea și gruparea dislocațiilor, ceea ce duce la apariția unor clustere de dislocații, care au momente magnetice semnificativ mari. Acesta este motivul neuniformității intensității câmpului magnetic. Deoarece rezistența magnetică a materialelor feromagnetice este mică, fluxurile magnetice create de acumulări de dislocații, însumate în vector, se vor propaga pe întregul volum al materialului studiat cu pierderi minime, ceea ce face posibilă înregistrarea acumulărilor de dislocații localizate nu. numai pe suprafata piesei investigate, dar si in grosimea materialului.si chiar pe fata opusa piesei. Aceasta explică sensibilitatea ridicată a noii metode. Astfel, diferența fundamentală dintre metoda propusă și metodele magnetice cunoscute este că parametrii câmpurilor magnetice intrinseci ale dislocațiilor și clusterele acestora sunt măsurați, în timp ce toate metodele magnetice cunoscute măsoară câmpurile parazite, i.e. abateri ale câmpurilor magnetice create artificial cauzate de neomogenitățile materialului studiat. În acest caz, câmpurile create artificial, care posedă energie mult mai mare decât câmpurile intrinseci ale clusterelor de dislocare, le suprimă aproape complet pe acestea din urmă. Trebuie remarcat faptul că metoda propusă poate fi aplicată, în principiu, la diagnosticarea materialelor diamagnetice. Cu toate acestea, există complicații tehnice grave asociate cu rezistența magnetică ridicată a acestor materiale și care conduc la necesitatea asigurării unei sensibilități ridicate a căii de recepție și a compensării profunde a câmpurilor magnetice externe. În cazul materialelor paramagnetice, aplicarea metodei propuse este imposibilă datorită faptului că un element al structurii lor cristaline este un cub centrat pe față sau pe corp, a cărui distrugere nu duce la un dezechilibru al momentelor magnetice. Metoda este implementată după cum urmează. Prin deplasarea senzorului de intensitate a câmpului magnetic pe suprafața obiectului studiat, în funcție de citirile dispozitivului, se găsește un maxim global sau local și se măsoară valoarea componentei normale a intensității - H z, apoi una dintre metodele cunoscute este măsurarea permeabilității magnetice absolute a materialului în zona maximă. Dacă dispozitivul utilizat măsoară permeabilitatea magnetică relativă, atunci cea absolută se calculează cu formula:

Unde 0 este permeabilitatea magnetică absolută a vidului. Deoarece o dislocare sau acumularea lor este un dipol magnetic, forța care acționează asupra capetelor dipolului - limita defectului unui element al structurii cristaline - marginea viitoarei fisuri, este determinată de următoarea formulă:

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

Unde B z este proiecția inducției magnetice pe normala la suprafața produsului în zona de tensiune maximă și:

Bz = a Hz; (3)

Aici S d este suprafața pătrunsă de fluxul magnetic. Dar, deoarece această suprafață este suprafața pe care acționează forța câmpului magnetic, este posibil să se determine mărimea proiecției tensiunii care acționează în zona de dislocare sau acumularea lor:

Z = Fz: S d = a (Hz) 2. (4)

Astfel, se obține o estimare cantitativă a mărimii tensiunilor interne care acționează în zona unui defect incipient sau în creștere. în acest exemplu de realizare, metoda este aplicată în mod convenabil pentru a determina starea de efort-deformare a materialului de produse subţiri supuse încărcării uniaxiale. Efectuând operații similare în punctele definite de o grilă de coordonate dată sau selectată, se poate construi un câmp scalar al distribuției tensiunilor interne. Pentru a obține o caracteristică mai completă a stării de efort-deformare a materialului produselor în vrac sau în cazul încărcării complexe, este necesară măsurarea suplimentară a componentei tangenţiale a intensităţii câmpului magnetic în aceleaşi puncte în care a fost măsurată componenta normală. . Pentru a face acest lucru, este necesar, prin rotirea senzorului de tensiune, să găsiți valoarea maximă a componentei tangențiale - H, măsurați mărimea acesteia și unghiul - între direcția maximului componentei tangențiale și una dintre axele componentei tangențiale. sistemul de coordonate folosit. În acest caz, vectorul intensității câmpului magnetic este determinat de modulul - | H | iar unghiurile de ghidare – şi. Pentru a calcula modulul - | H | și unghiul în plan normal la suprafața obiectului inspectat, utilizați următoarele formule:

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

Arctg (Hz:H). (6)

Apoi, după efectuarea unor calcule similare celor date mai sus, este posibil să se obțină caracteristicile complete ale vectorului de stres intern într-un punct separat (zonă locală) și să se construiască câmpurile vectoriale ale distribuției tensiunilor interne în produsul studiat. În plus, dacă măsurați distanța până la zona anormală L și grosimea acesteia L printr-o metodă cunoscută adecvată (de exemplu, ultrasonică) și după coordonatele acestei zone pe harta de distribuție a câmpului de stres, calculați aria zona S 3, atunci puteți calcula W 3 - valoarea energiei stocată într-un grup de dislocații și determinând activitatea de nucleare sau creștere a fisurilor:

Trebuie remarcat faptul că formulele de mai sus arată metodologia de calcul a parametrilor caracteristicilor stării de tensiune-deformare a materialului și pot fi utilizate pentru calcule aproximative la obiecte de formă simplă. La studierea obiectelor reale, precum și pentru a obține rezultate mai precise, este necesar să se țină cont de geometria obiectului și a zonei, care se vor reflecta în formule prin introducerea de funcții care descriu geometria și natura distribuției intensitatea câmpului magnetic și trecerea la integrare peste suprafață pentru tensiuni interne și peste volum pentru energie. În acest caz, se pot dezvolta programe speciale pentru obiecte de același tip. Surse de informații luate în considerare

1. Dispozitive pentru testarea nedistructivă a materialelor și produselor. Manual, T. 2, -M,: Inginerie mecanică, 1986 2. Încercări nedistructive. , Carte. 3., Control electromagnetic, -M .: Liceu, 1992 3. Brevet RF, clasa M.. G 01 L 1/12, N 1727004, 1990 4. Ch. Kittel, Elementary physics of a solid, -M .: Nauka, 1969 5. Fridman Ya. B., Mechanical properties of metals, Part 1., Deformation and Fracture , Ed. „Inginerie mecanică”, Moscova, 1974

REVENDICARE

1. O metodă de determinare a caracteristicilor stării de efort-deformare a materialelor pieselor și structurilor, care constă în măsurarea parametrilor câmpurilor magnetice de pe suprafața obiectului studiat, prin măsurarea zonelor de acumulare a dislocațiilor determinate, corespunzătoare zonelor anormale de tensiuni interne, caracterizate prin aceea că măsoară valoarea absolută a maximului componentei normale a câmpului magnetic al tensiunii, măsoară suplimentar permeabilitatea magnetică a materialului în zona de tensiune maximă, calculează valoarea tensiunilor interne, care este folosit pentru a judeca starea de tensiune-deformare a materialului studiat. 2. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că se determină suplimentar direcţia maximului componentei tangenţiale a intensităţii câmpului magnetic, se măsoară valoarea lui absolută şi se calculează vectorul tensiunilor interne maxime. 3. Metodă conform revendicării 1 sau 2, caracterizată prin aceea că, în plus, printr-una dintre metodele cunoscute, se măsoară distanţa de la suprafaţa obiectului studiat până la zona de tensiuni interne anormale, cantitatea de energie acumulată. în această zonă se calculează, prin care se apreciază gradul de activitate de nucleare și creștere a fisurilor ... 4. Metodă conform revendicării 1 sau 2, caracterizată prin aceea că măsurătorile sunt efectuate pe întregul corp al obiectului studiat și, după calcule adecvate, se realizează o imagine a distribuției câmpurilor scalare sau vectoriale ale tensiunilor interne. 5. Metodă conform revendicării 4, caracterizată prin aceea că măsurătorile se repetă după o anumită perioadă de funcţionare a obiectului investigat, se compară modelele de distribuţie a câmpurilor de tensiuni interne, iar rata de degradare a materialului este estimată din diferenţa de tensiuni. valorile, iar zona și direcția posibilei distrugeri sunt determinate de modificarea modelului câmpului.

Doctor în științe tehnice, prof. univ. dr. Dubov A.A. Vlasov V.T.

cuvânt înainte

Baza ideologică a conceptului energetic de diagnosticare a SSS a fost determinată de rezultatele studierii proceselor obiective de redistribuire a autoenergiei materialului și stabilirea regularităților care descriu legăturile obiectiv existente ale macrocaracteristicilor materialului cu parametrii influenței externe și răspunsul la efect.

În procesul de dezvoltare a acestui concept, a apărut nevoia și apoi a apărut oportunitatea de a crea un instrument pentru cercetarea și dezvoltarea ulterioară a teoriei - un nou model de material autoreglabil dinamic șapte-dimensional, ținând cont de interacțiunea dintre normal și tensiuni de forfecare și deformații, model care își modifică parametrii în funcție de caracteristicile de amplitudine (până la distructive) și frecvență (de la statice și infrasonice la ultrasunete) ale influențelor externe.

Conceptul energetic al diagnosticării SSS a materialelor și cele mai importante consecințe ale acestuia au fost raportate de V.T. Vlasov. la consiliile științifice și tehnice ale Institutului de Stat pentru Probleme Fizice și Tehnice (Președintele Consiliului Științific și Tehnic Academician Lupichev LN) și Institutul Internațional pentru Siguranța Sistemelor Tehnice Complexe pe baza Institutului de Inginerie Mecanică al Rusiei Academia de Științe (Președintele Consiliului Științific Tehnic Membru corespondent al Academiei Ruse de Științe NA Makhutov) și a primit o evaluare înaltă.

1. Tensiuni interne, clasificare și influență asupra rezistenței materialelor

Cea mai insidioasă cauză a distrugerii bruște a obiectelor este tensiunile mecanice reziduale interne care apar într-o piesă, îmbinări sudate sau structură în ansamblu. Aceste tensiuni în oțeluri pot atinge limita de curgere, iar în aliajele de aluminiu și titan 70-80% din limita de curgere și adesea se dovedesc a fi mai periculoase în ceea ce privește reducerea rezistenței decât unele tipuri de defecte.

Se obișnuiește să se numească tensiuni reziduale astfel de tensiuni care există și sunt echilibrate în interiorul unui agregat solid, rigid de materiale, structuri prefabricate sau sudate după eliminarea cauzelor care le-au cauzat. Aceste tensiuni sunt întotdeauna interne, iar formarea lor este întotdeauna asociată cu deformații liniare sau volumetrice neomogene în volumele adiacente ale unui material, unitate sau structură.

Tensiunile reziduale sunt împărțite în trei tipuri, clasificându-le în funcție de lungimea câmpului de forță pe care îl creează:

• primul fel- echilibrat 1) în volume macroscopice (în interiorul unei piese sau structuri);
• al doilea fel- echilibrat in microvolume (in cadrul cristalitelor structurii metalice);
• al treilea fel- echilibrat în volume ultramicroscopice (în cadrul rețelei cristaline). Pentru prima dată în 1935, astfel de definiții ale tensiunilor reziduale au fost date de N.N. Davidenkov.

1) Termenul „echilibrat” nu este în întregime corect și ar fi mai corect să folosim un alt termen, de exemplu, „dezvoltare” sau „apari”. Cert este că tensiunile din toate cele trei feluri sunt interconectate și fiecare dintre tensiuni este cauza sau efectul tensiunilor tipurilor „vecinate”, iar în cazul „echilibrării” în cadrul volumelor noastre, am fi autosuficienti. tensiuni care nu sunt legate între ele.

În general, studiul tensiunilor reziduale a început cu mult timp în urmă. Prima cercetare serioasă a fost efectuată de V.I.Rodman. în 1857 şi apoi Umov I.A. în 1871. Începutul cercetării sistematice a fost pus în 1887 de către N.V. Kalakutskiy, care a dezvoltat primul o metodă de calcul a tensiunilor reziduale și a fost primul care a propus metode experimentale de măsurare a acestora. În anii următori, metodele de studiere a tensiunilor reziduale s-au redus în principal la dezvoltarea unor metode de măsurare a acestora - o problemă practică importantă în problema determinării fiabilității structurilor.

După cum sa menționat mai sus, tensiunile reziduale se referă la tensiunile interne ale materialului. Tensiunile interne sunt o manifestare a proceselor de interacțiune a energiei interne proprii a unui material cu energia unui câmp extern (forță, căldură etc.) care afectează materialul, proiectat sub forma unei părți sau structuri specifice. Prin urmare, tensiunile interne includ și tensiunile care apar în materialul unei piese sau structuri exploatate sub acțiunea câmpurilor externe și determină rezistența materialului la influențele externe - rezistența acestuia. În acest caz, schimbarea și redistribuirea energiei interne a materialului între componentele sale sub acțiunea sarcinii de funcționare duce la apariția unor „noi” tensiuni reziduale. Pentru a evita confuzia este recomandabil să se introducă următoarea clasificare a tensiunilor interne:

• tensiuni reziduale tehnologice- sunt tensiuni rezultate din procese fizice și fizico-chimice care încep în material în timpul fabricării unei piese sau structuri 2) și continuă după fabricație;
• tensiuni de sarcină- sunt tensiuni apărute în materialul piesei sau structurii exploatate ca reacție elastică a materialului la o sarcină externă, tensiunile de sarcină dispar când influența externă este înlăturată;
• tensiuni reziduale operaționale- sunt tensiuni rezultate din procesele de interactiune a energiei interne intrinseci a materialului piesei sau structurii cu energia campului exterior, care apar si se acumuleaza in material pe toata durata de viata a piesei sau structurii;
• tensiuni de operare este suma vectorială a tensiunilor tehnologice, de sarcină și de funcționare;
• tensiuni reale este suma vectorială a tensiunilor tehnologice și operaționale la momentul măsurătorilor.

2) Fiecare operație tehnologică a întregului ciclu de fabricație a unei piese sau structuri introduce secvenţial propriile tensiuni reziduale cu trăsături caracteristice. Tensiunile tehnologice reziduale vor fi rezultatul interacțiunii vectoriale dinamice.

Prin urmare, rezistență, fiabilitate și adecvare structuri sudate pentru utilizare în scopul lor operațional în multe privințe sunt determinate de prezența, natura și amploarea tensiunilor interne de lucru și reale.În multe feluri, dar nu în toate, iar acest lucru se datorează degradării materialului în timpul funcționării pe termen lung.

2. Degradarea materialului și rolul acestuia în rezistența materialului

Într-adevăr, în etapa de proiectare și construcție a obiectelor, proprietățile mecanice ale materialelor structurale utilizate sunt cunoscute cu precizia necesară, iar dacă este posibilă determinarea experimentală a tensiunilor reziduale, se poate estima și resursa de rezistență inițială a obiectului. . În plus, acuratețea și fiabilitatea evaluării resursei unui obiect în stadiul construcției sale nu pare a fi o caracteristică serioasă, deoarece există teste înainte de lansare și 15 sau 20 de ani de resurse nu sunt atât de importante - este încă departe!

Dar când s-a apropiat, iar în unele cazuri a venit deja data uzurii fizice așteptate a echipamentelor și structurilor, acuratețea și fiabilitatea evaluării resurselor reziduale devin vitale, în sensul literal al cuvântului. Aici devin extrem de relevante metodele de determinare a resursei reziduale a obiectelor critice și metodele de extindere a termenilor de funcționare în siguranță a acestora, ținând cont de condițiile reale, conducând adesea la modificări imprevizibile ale proprietăților materialului, la degradarea acestuia. Iar stadiul final de degradare a materialului este deja defectele nou apărute, procesul de „creștere” al cărora în condiții de funcționare a unei structuri dintr-un material degradant este prost înțeles și se dezvoltă adesea ca o avalanșă, deci timpul rămas înainte de distrugerea structura se dovedește a fi necunoscută și adesea prea scurtă pentru a preveni o catastrofă.

Prin urmare, pentru a obține rezultate fiabile de calcul al duratei reziduale a rezistenței obiectelor operate pentru o lungă perioadă de timp, este necesar să se cunoască în primul rând caracteristicile mecanice reale ale materialului 3) și caracteristicile stării de tensiune-deformare a acestuia, dezvoltat până în prezent ca urmare a exploatării instalației.

3) Rețineți că, fără a cunoaște caracteristicile mecanice reale ale materialului care s-au dezvoltat în timpul funcționării pe termen lung a obiectului, este lipsit de sens să solicitați obținerea valorilor absolute ale tensiunilor interne - nu există nimic cu care să le comparați! În aceste cazuri, schimbările calitative în domeniul stresului sunt mult mai utile.

Această problemă a devenit principala nu numai în studiul și evaluarea rezistenței statice a obiectelor, ci devine decisivă în studiul și evaluarea rezistenței la oboseală datorită naturii locale a eșecului la oboseală și a dependenței sale puternice de tensiunea-deformare reală. starea materialului.

Deci, atunci când se rezolvă problema fiabilității instalațiilor critice, au apărut succesiv următoarele sarcini:

• determinarea tensiunilor reziduale;
• determinarea naturii tensiunilor interne și a valorilor componentelor;
• determinarea caracteristicilor mecanice reale ale materialului si a caracteristicilor starii de tensiune-deformare a acestuia.

Este destul de evident că o astfel de posibilitate ar trebui oferită prin metode nedistructive de diagnosticare a stării materialelor structurale. Dar sunt ei gata să facă față unor astfel de sarcini?

Noutatea fundamentală a metodei MMM constă în utilizarea fenomenului de „magnetoplastice” existent în mod obiectiv, dar nestudiat anterior. Studiul proceselor complexe de redistribuire a energiei proprii a unui material sub acțiunea forței externe și/sau a câmpurilor magnetice a necesitat cunoștințe nu numai din domeniile fizicii metalelor, teoriile elasticității, plasticității și rezistenței, mecanicii ruperii, fundamentele radio inginerie și chiar termodinamică, dar forțați să apeleze la astfel de domenii ale științei precum fizica cuantică, fizica stării solide, teoria dislocațiilor, teoria câmpului electromagnetic - aparent departe de problemele practice în curs de rezolvare. Dar rezultatele obținute au depășit așteptările: s-a putut stabili nu numai relația funcțională a diferitelor câmpuri energetice interne între ele și cu câmpurile externe, ceea ce asigură dezvoltarea unor metode de diagnostic active atât de cunoscute precum metoda forței coercitive, metoda a magnetizării remanente, metoda zgomotului Barkhausen etc., dar și să dezvăluie criteriile cantitative pentru determinarea câmpurilor magnetice puternice și slabe, relațiile energetice dintre forță și câmpurile magnetice, care determină limitele magnetoelasticității și fenomenul magnetoplasticului, care se introduce în utilizare practică pentru prima dată.

Unele dintre rezultatele muncii comune în domeniul studiilor experimentale și teoretice ale fizicii fenomenelor magnetice nu se încadrează cu adevărat în conceptele clasice de magnetism și structura domeniului. Totuși, în același timp, ele nu numai că nu contrazic, ci șterg și petele „albe” din teoria magnetismului, care sunt de mult cunoscute specialiștilor care lucrează în acest domeniu.

observa asta nu am primit un sistem de fapte stabilite separate, confirmat de rezultatele studiilor experimentale efectuate de A.A. Dubov și de experimente obținute chiar mai devreme, desigur, independent de el de cunoscuți cercetători interni și străini ai fenomenelor magnetice, și a fost dezvoltată o teorie a structurii domeniului construită logic pe exemplul fierului.

Rezultatele obținute au fost prezentate tezei în anul 2002 la Sankt Petersburg la a XVI-a Conferință rusă de diagnosticare și mai detaliat în 2003 la a III-a Conferință internațională „Diagnosticarea echipamentelor și structurilor care utilizează MMM”. Lucrarea a interesat specialiștii care lucrează activ în domeniul diagnosticării materialelor SSS prin metode magnetice. Cu toate acestea, la niciunul dintre aceste rapoarte, din păcate, nu am văzut oameni de știință magnetici ruși bine-cunoscuți.

În prezent pregătim o carte pentru publicare, care prezintă un conținut detaliat al muncii depuse.

3. Clasificarea și analiza metodelor fizice de diagnosticare a materialelor structurale

O analiză a tendințelor de dezvoltare a metodelor și mijloacelor de control nedistructive existente 4) a făcut posibilă apropierea de răspunsul la această întrebare. Să luăm în considerare dinamica distribuției eforturilor oamenilor de știință în dezvoltarea metodelor și mijloacelor de diagnosticare, combinând subiectele cercetării conexe în direcții.

4) Analiza a fost efectuată pe baza materialelor conferințelor internaționale, simpozioanelor și periodicelor speciale pentru perioadele din 1966 până în 1974 (eșantionul este reprezentat de 125 publicații) și din 1987 până în 1994 (au fost peste 1000 de rapoarte și articole). analizate aici).

Tabelul 1. Dinamica distribuției forțelor științifice în zone.

Rețineți că de la începutul anilor 90, căutarea unor noi abordări ale diagnosticării materialelor a devenit direcția principală în dezvoltarea instrumentelor de diagnosticare. În același timp, trebuie spus că creșterea observată în prezent a intensității lucrărilor în căutarea unor noi abordări ale diagnosticului este deja a treia, mai puternică creștere a interesului în această direcție, care a apărut la sfârșitul anilor 50 și a avut primul vârf la mijlocul anilor '80, al doilea - la începutul anilor '90. Această concluzie este confirmată în mod convingător de reorientarea din ce în ce mai vizibilă a orientării tematice a rapoartelor și expozițiilor nu numai în limba rusă, ci și a conferințelor științifice și tehnice internaționale „Testări și diagnosticare nedistructive”, începând cu 1997.

Interesul științific în creștere pentru noile abordări ale diagnosticului este evident. Dar nu se poate decât să acorde atenție faptului că și volumul de muncă în a doua direcție a crescut semnificativ - perfecţionarea normelor de notare pe baza cercetărilor statistice... Și acest lucru, potrivit autorilor, mărturisește nu numai dorința de a crește fiabilitatea rezultatelor detectării defectelor, ci și insuficiența din ce în ce mai tangibilă a informațiilor obținute în diagnosticarea obiectelor pentru evaluarea stării acestora.

Analiza lucrărilor care reprezintă domenii științifice ne permite să vedem că, în esență, scopurile finale ale unor lucrări din domenii diferite sunt aceleași. Într-adevăr, scopul real al lucrărilor dedicate îmbunătățirii standardelor de gradare și studierii efectului defectelor asupra rezistenței structurilor este căutarea de noi caracteristici informative ale defectelor care determină gradul de pericol al acestora în timpul exploatării unei structuri. Iar subiectele legate de studiul emisiei undelor de tensiune și dezvoltarea metodelor și mijloacelor de determinare a stării de solicitare a materialelor reprezintă o încercare de a rezolva problema evaluării fiabilității structurilor în moduri noi.

Corectitudinea determinării tendințelor de dezvoltare a instrumentelor de diagnostic identificate la începutul anilor 90, când știința aplicată mondială a acumulat o mare experiență în dezvoltarea metodelor și instrumentelor de diagnosticare, este fără îndoială, deoarece, de fapt, acestea sunt doar statistici. Dar perspectivele direcțiilor sub aspectul utilității rezultatelor lor în rezolvarea problemei evaluării duratei reziduale a obiectelor tehnice complexe nu sunt incontestabile.

O analiză mai profundă a lucrărilor cercetătorilor autohtoni și străini l-a condus pe autor la următoarele două concluzii preliminare:

La început, Fără să intenționeze deloc să slăbească importanța primei și a doua direcții și semnificația succeselor obținute acolo, autorul consideră că din punctul de vedere al posibilitatea de a intra într-un nou calitativ, într-un aspect fundamental, nivelul de determinare a fiabilității obiectelor, aceste două direcții fara speranta pentru că sunt închise unul față de celălalt: noile dispozitive permit îmbunătățirea standardelor de control, iar noile standarde stimulează îmbunătățirea dispozitivelor.

În al doilea rând, după cum a arătat analiza muncii în a treia direcție, în ciuda afluxului de noi forțe intelectuale și instrumente informatice moderne, „descoperire” la un nivel calitativ nou nu este încă așteptată.

Cert este că a treia direcție dezvoltă două concepte diferite, neintersectate, care nu au suferit modificări de la sfârșitul anilor 50 (de la apariția metodei AE), deși, în esență, atât metodele de măsurare a stării de stres, cât și Metodele AE au ca obiect de studiu diferite faze ale aceluiasi proces - reactia unui material la incarcare si efectul factorilor de mediu.

În plus, capacitățile microelectronicii moderne și ale tehnologiei computerizate i-au îndepărtat pe mulți specialiști occidentali de a rezolva probleme pur fizice, în timp ce răspunsul dorit este ascuns acolo, în fizica proceselor. Mulți specialiști autohtoni, încercând să-i ajungă din urmă pe cei străini în direcția îmbunătățirii mijloacelor de control, „au condus” pe aceeași cale, dar deja ruptă, calea 5).

5) Recent, în ceea ce privește dezvoltarea unui produs software pentru diagnosticare, un număr de firme private autohtone au trecut în prim-plan, depășind firme străine cunoscute. Cele mai interesante rezultate au fost obținute la Intellect LLC din Nizhniy Novgorod (supervizor AL Uglov).

Deci, rezultatele analizei pot fi formulate după cum urmează:

• direcția principală în dezvoltarea instrumentelor de diagnosticare a materialelor este căutarea oportunităților de determinare a anumitor caracteristici mecanice ale unui material asociate stării de solicitare a acestuia, în funcție de parametrii câmpurilor fizice utilizați pentru diagnosticare;
• Perspectivele conceptelor existente care stau la baza cercetărilor importante și interesante în domeniul principal ridică îndoieli serioase.

Fără îndoială, îndoielile cu privire la perspectivele conceptelor care stau la baza direcției principale a dezvoltării instrumentelor de diagnosticare pentru starea materialului, sub aspectul unei creșteri semnificative a fiabilității evaluării fiabilității structurilor, necesită dovezi serioase.

Diagnosticarea modernă are un arsenal mare de varietăți de metode și mijloace pentru măsurarea caracteristicilor mecanice ale materialelor. Cele mai larg prezentate metode și instrumente pentru măsurarea tensiunilor interne reziduale și elastice.

Există clasificare standard metode de diagnostic nedistructive, împărțindu-le după natura interacțiunii câmpurilor fizice sau substanțelor cu obiectul controlat și prin metodele de obținere a informațiilor primare în nouă tipuri: magnetice, electrice, curenți turbionari, unde radio, termice, optice, radiații , acustice și capilare. Fiecare dintre specii, la rândul său, este subdivizată în diferite grupuri.

Această clasificare, introdusă pentru metodele și mijloacele de detectare a defectelor și este utilizată acum pentru clasificarea metodelor și mijloacelor de diagnosticare a stării de tensiune a materialelor, este caracter formal, împărtășind mai degrabă întreaga varietate de metode de diagnostic nedistructive prin metoda de evidentiere a efectului folosit decât după tipul câmpurilor fizice.

Cu toate acestea, atunci când se rezolvă probleme ale următorului nivel mai ridicat de complexitate - problemele de determinare a proprietăților materialelor, în special a caracteristicilor mecanice, este necesar să se efectueze o separare mai clară a metodelor, și anume după tipul câmpurilor fizice.

În esență, determinarea proprietăților materialelor se reduce la măsurarea modificărilor anumitor parametri ai câmpurilor fizice utilizate. Cu alte cuvinte, dacă un câmp fizic cu parametri cunoscuți sau specificați 6) este exercitat asupra unui obiect de cercetare, care are unele abilități necunoscute anterior de a rezista influențelor externe, atunci se modifică parametrii câmpului utilizat, cauzate de reacția obiect, va reprezenta o „amprentă” a proprietăților sale în regiune, dată de tipul câmpului fizic. În același timp, „ecourile” reacției vor fi vizibile în spațiile altor câmpuri, dar ca „amprente” indirecte sau o reacție secundară. Deci, de exemplu, dacă acționați cu un câmp termic, atunci caracteristicile directe vor fi termice, iar cele indirecte - câmpuri mecanice, electromagnetice etc., electromagnetice și alte câmpuri.

6) „Cunoscut” și „dat” nu sunt întotdeauna la fel. În general, parametrii „specificați” sunt cunoscuți, dar adesea se referă la condițiile externe de excitație a câmpului din materialul studiat, în timp ce parametrii câmpului efectiv excitat rămân parțial sau complet necunoscuți.

Sortând metodele cunoscute de diagnosticare a stării materialelor după tipul de câmpuri fizice, obținem următoarele tipuri:

• electric;
• magnetic;
• electromagnetic;
• termic;
• mecanic.

În același timp, metodele bine-cunoscute și utilizate pe scară largă precum metode optice, unde radio, cu raze X, acustice, holografice, capilare, de rezistență electrică, tensometrice, precum și metode de moiré, grile, fotoelasticitate și altele nu au dispărut. , și-au luat locul în aceste cinci tipuri.

Fără a uita că clasificarea metodelor de diagnosticare nu este un scop în sine, ci doar un mijloc în găsirea motivelor pentru fiabilitatea scăzută a rezultatelor acestora, să luăm în considerare mai detaliat doar câteva dintre cele mai tipice tipuri de diagnosticare.

În studiile de proprietăți ale materialelor, cel mai larg reprezentat metode electromagnetice, care, în funcție de intervalul de frecvență, se împart în următoarele grupe sau subspecii (în funcție de frecvența crescândă a câmpului excitat): unde radio, metode cu microunde, infraroșu, optică (gamă vizibilă), ultravioletă, raze X și gamma metode. Toate aceste varietăți, într-un fel sau altul, se bazează pe interacțiunea câmpului electromagnetic excitant cu câmpurile electromagnetice intrinseci ale materialului studiat, create de moleculele sale, atomii sau învelișurile lor de electroni. Mai mult, efectul cel mai mare se manifestă atunci când frecvențele câmpurilor excitante și intrinseci sunt apropiate, ceea ce, de fapt, decurge din termodinamica moleculară și confirmă concluziile acesteia. Frecvențele propriilor câmpuri electromagnetice, care se află în intervale semnificativ diferite, depind, desigur, de starea de tensiune a materialului. Prin urmare, apare o astfel de varietate de subspecii de metode electromagnetice.

Cea mai comună metodă cu raze X în practică utilizează o modificare a spectrului razelor reflectate cauzată de o modificare a frecvenței de vibrație a nodurilor rețelei cristaline și o modificare a distanțelor dintre noduri sau planuri cristalografice. Parametrii informativi ai metodei cu raze X sunt: ​​intensitatea, poziția și lățimea vârfurilor de difracție în spectru, determinate de deformarea rețelei cristaline.

LA metode mecanice 7) diagnosticarea proprietăților materialelor raporta variat varietate de metode statice și dinamice măsurători de duritate și alte proprietăți mecanice ale materialelor folosind rezultatele interacțiunea de contact a corpului de testare - indentor și materialul studiat opt). Acest lucru este de mult cunoscut și complet evident.

7) Cea mai comună metodă de diagnosticare mecanică - măsurarea durității materialelor este condiționat nedistructivă, deoarece calitatea suprafeței obiectului încă se modifică. Aplicarea acestei metode este limitată de cerințele operaționale pentru calitatea suprafeței.

8) Analiza metodelor existente de determinare a caracteristicilor materialelor prin parametrii deformarii la contact si o bibliografie extinsa sunt date in teza de doctorat a V.A.

Si aici atribuirea acusticului si inclusiv metode ultrasonice la tipuri mecanice arată, ca să spunem ușor, oarecum neobișnuit. Dar, în esență, acest lucru este adevărat, deoarece câmpul acustic este un câmp de solicitări mecanice create într-un fel sau altul într-un volum limitat al materialului studiat și care provoacă deplasări oscilatorii sau aperiodice ale particulelor de material, adică. deformatii locale ale materialului. De fapt, acest volum limitat deformat al materialului este indentatorul, a cărui caracteristică remarcabilă este că se poate deplasa în interiorul materialului studiat. Mai mult, dimensiunea regiunii deformate nu este determinată de parametrii rețelei cristaline (în cazul metalelor și a altor materiale cristaline sau policristaline) sau de dimensiunea moleculelor (în cazul materialelor amorfe), ci lungimea de undă a câmpului excitat în material și variază de la fracțiuni la zeci de mm.

Acum, comparând cele două metode luate în considerare, se poate înțelege de ce rezultatele măsurării tensiunilor interne prin raze X și metode acustice pur și simplu trebuie să fie diferite, deoarece în primul caz, factorul determinant este deformarea la micronivel, care creează tensiuni de felul III, iar în al doilea - un set de tensiuni I- genurile I și II. Și toate aceste trei tipuri de stres, cu toată inseparabilitatea legăturii lor între ele, au nu numai valori semnificativ diferite, ci caracter diferit și, adesea, semne diferite. Mai mult, prin calibrarea metodei cu raze X, care reacţionează la microdeformaţii care determină solicitări de tip III, pe probe prin forţe de tracţiune sau compresiune, i.e. de fapt, din cauza stresului de primul fel, fac o greșeală fundamentală grosolană, pe care de multe ori nici măcar nu o bănuiesc.

După cum puteți vedea, propus clasificarea metodelor de diagnostic fizic, permițându-vă să priviți metodele de diagnosticare dintr-o altă latură, mai puțin familiară, dă naștere unei gândiri la mecanismul relației dintre parametrii câmpurilor fizice utilizați pentru diagnosticare, cu caracteristicile măsurate ale materialului și proprietățile materialului ca un întreg și arată, de asemenea, cât de apropiată este metoda fizică utilizată pentru diagnosticare de caracteristicile măsurate ale materialului investigat.

Cu alte cuvinte, clasificarea metodelor fizice capătă un caracter fundamental sub aspectul problemei determinării stării de solicitare a unui material, indicând o modalitate de stabilire a motivelor fiabilității prea scăzute 9) a rezultatelor măsurării caracteristicilor de starea de stres a materialelor.

9) Este oportun să amintim aici rezultatele testelor comparative ale diferitelor metode fizice la măsurarea tensiunilor reziduale, când valorile măsurate diferă nu numai cantitativ, ci și semnificativ: unele metode vorbeau despre starea comprimată a materialului, în timp ce alţii vorbeau despre starea întinsă.

Astfel, clasificarea și analiza metodelor fizice de diagnosticare a stării de stres a materialelor prin metode de diagnosticare fizică ne permit să tragem prima concluzie, deloc senzațională, dar importantă: metodele directe de studiere a proprietăților materialelor sunt metode de diagnosticare mecanică și toate celelalte metode (conform clasificării propuse) sunt indirecte.

4. Evaluarea fiabilității rezultatelor diagnosticării stării materialelor

Deci, aproape toate metodele de diagnosticare a stării de solicitare a materialelor sunt fie indirecte, fie sunt utilizate ca indirecte.

Baza ideologică a metodelor indirecte este utilizarea anumitor funcții de aproximare, obținute mai des experimental și uneori teoretic și care reflectă legătura obiectiv existentă între modificările înregistrate în parametrii domeniului utilizat și modificările efective ale stării materialului, de obicei exprimată prin caracteristici mecanice individuale sau un anumit set de caracteristici ale acestuia. Dar întrucât această legătură, fiind o consecință a fenomenelor secundare de transformare a energiei interne a unui material care însoțește procesul de schimbare a stării sale, este determinată de mulți factori, aria de aplicare legitimă a metodelor indirecte este limitată de adecvarea a funcţiilor de aproximare utilizate la procesele studiate. în care, pentru a determina limitele acestei zone, dacă este posibil, atunci numai calitativ.

Parametrii de importanță fundamentală ai câmpurilor introduse în material pentru studierea proprietăților acestuia sunt parametrii energetici și, în primul rând, intensitatea și puterea instantanee 10). Cert este că câmpul introdus în materialul studiat, interacționând cu câmpurile proprii ale materialului, își schimbă proprietățile. În acest caz, natura, magnitudinea și durata de viață 11) a modificărilor sunt determinate de raportul dinamic al energiilor câmpurilor care interacționează. Cel mai adesea, modificările proprietăților materialelor în procesul de diagnosticare pur și simplu nu sunt observate, fie, neasumându-și posibilitatea unor astfel de modificări, sau știind despre acestea, le neglijează în mod deliberat, considerând că intensitatea câmpurilor utilizate pentru diagnosticare este scăzută. Dar, în ambele cazuri, avem o altă sursă de eroare metodologică în măsurarea caracteristicilor materialelor prin metode indirecte. Iar amploarea acestei erori poate fi foarte mare.

10) Puterea este energia transmisă de câmpul de intrare prin suprafața considerată pe unitatea de timp. Intensitatea este energia medie în timp transferată de câmpul introdus printr-o unitate de suprafață perpendiculară pe direcția de propagare a energiei, i.e. intensitatea este puterea specifică medie. Puterea instantanee - puterea câmpului la un moment dat în timp.

11) Durata de viață - o perioadă condiționată de timp în care amploarea modificărilor cauzate de influențele externe scade la o valoare predeterminată. Durata de viață a modificărilor este determinată de raportul dintre ratele de relaxare și de întârziere (efect secundar).

In afara de asta, majoritatea metodelor revendicarea unei evaluări cantitative a caracteristicilor măsurate ale materialului, sunt relative, întrucât se bazează pe măsurarea modificărilor parametrului informativ al câmpului fizic aplicat în stările încărcate și descărcate ale materialului. Acest lucru se realizează fie prin îndepărtarea încărcăturii de pe obiectul studiat (ceea ce este rareori fezabil în practică), fie prin utilizarea de eșantioane de martori în comparație cu obiectul studiat. Este clar că ambele variante introduce o eroare suplimentară de cantitate necunoscută: în primul caz - din cauza apariției proceselor de relaxare-retardare, în al doilea - din cauza neidentității atât a condițiilor de măsurare, cât și a materialelor probei și obiectului în sine, care au nu numai preistorii diferite, ci cel mai adesea forma lor.

În consecință, acestea, neluate în considerare anterior, erori metodologice 12) determinarea caracteristicilor mecanice prin metode indirecte - componenta principală a erorii de măsurare rezultate, nu pot fi cuantificate... Aceasta înseamnă că, cu această abordare, nu este corect să vorbim despre fiabilitatea rezultatelor cantitative ale măsurării caracteristicilor mecanice prin metode indirecte.

12) Erorile metodologice sunt considerate în mod tradițional erori asociate cu corectitudinea procesului de măsurare - tehnici de măsurare, care, după cum s-a spus, duce la iluzii fundamentale.

Ultima observație este adevărată și pentru că nu există o metodă expertă suficient de convingătoare pentru a evalua corectitudinea și fiabilitatea determinării stării de solicitare a unui material.

Într-adevăr, una dintre cele mai des întâlnite metode de măsurare a tensiunilor - metoda prin extensometre, care se bucură de încrederea maximă a specialiștilor, oricât de ciudat ar părea, este și indirectă și se referă la electricitate, deoarece folosește dependența rezistenței electrice. a elementului sensibil pe dimensiunile lui geometrice. Adică, de fapt, aceasta este o metodă indirectă de măsurare a deformării, care, desigur, este legată de mărimea tensiunii mecanice prin intermediul modulului elastic, dar, din păcate, nu numai cu acesta. Prin urmare, aria de aplicare a metodei tensometrice de măsurare a tensiunilor este limitată la regiunea elastică, în timp ce cu cât știm mai puțin despre proprietățile materialului studiat, cu atât mai puțin putem spune despre efort, în plus, nu în material, dar numai pe suprafața acestuia.

Chiar și metodele distructive, cum ar fi metoda găurilor, metoda stâlpilor sau metoda trepanării și altele, de fapt, încă nu pot fi de referință, deoarece introduc propriile tensiuni reziduale asociate cu prelucrarea materialului la găurirea găurilor sau la frezarea stâlpilor. .

Și, în sfârșit, principalul și cel mai neplăcut dezavantaj al tuturor metodelor nedistructive este că, permițând uneia sau alteia erori (chiar dacă mari) să estimeze magnitudinea tensiunii, ele nu fac posibilă determinarea naturii deformațiilor. cauzate de tensiunile care există efectiv în material, adică... determinați starea materialului (casabil sau ductil) și evaluați cât de aproape este de stările critice ale materialului (deformare sau rupere). Motivul este posibilități informative limitate ale metodelor, folosind în mod tradițional pentru măsurători nu mai mult de 4 parametri informativi independenți ai câmpurilor fizice utilizate pentru diagnosticare.

5. Concluzii

Astfel, observând cel mai înalt nivel de dezvoltare a metodelor moderne nedistructive și a mijloacelor de diagnosticare a materialelor și structurilor, este necesar să se precizeze nu numai absența mijloacelor pentru determinarea fiabilă a caracteristicilor SSS ale materialelor în structurile obiectelor operate. , dar imposibilitatea de a evalua fiabilitatea în sine rezultatele obtinute.

Rezumând rezultatele analizei, se pot trage următoarele concluzii:

• toate metodele de diagnostic cunoscute în prezent, cu excepția celor mecanice, sunt indirecte și relative;
• o varietate de metode cu ultrasunete indică conținutul lor de informații potențial ridicat, cu toate acestea, mijloacele existente în prezent utilizează nu mai mult de 4 parametri informativi independenți;
• metode cu ultrasunete implementate prin mijloace tehnice cunoscute, cu toată diversitatea lor, fiind integral spectrale sau integrale amplitudine-fază, sunt utilizate ca metode indirecte;
• toate instrumentele de diagnostic cunoscute în prezent măsoară doar unii parametri ai câmpurilor fizice utilizate, asociați în cazul general nu cu solicitări mecanice, ci cu un anumit set de caracteristici ale SSS al materialului și asociate cu insuficient studiat și nu întotdeauna monotone și lipsit de ambiguitate. regularități;
• determinarea naturii și mărimii erorii metodologice în măsurarea caracteristicilor stării de tensiune a materialului este imposibilă;
• fiabilitatea și, în plus, acuratețea măsurării caracteristicilor stării de tensiune a materialului prin metode fizice nedistructive, oferite de dezvoltatorii de instrumente de diagnosticare, ridică îndoieli serioase;
• nu există o metodă expertă suficient de convingătoare pentru aprecierea corectitudinii determinării caracteristicilor stării de solicitare a unui material prin metode fizice nedistructive.

6. Analiza și sistematizarea motivelor pentru eficiența scăzută a utilizării metodelor nedistructive de diagnosticare a SSS

Motivul evident pentru o absență atât de lungă a unei creșteri vitale a fiabilității evaluării și prognozării termenilor și condițiilor de funcționare în siguranță a instalațiilor critice este dezbinarea specialiștilor de forță și dezvoltatorilor de metode și instrumente de diagnosticare. Această dezbinare duce la faptul că specialiștii în rezistență, din cauza lipsei de caracteristici obiective care să reflecte proprietățile materialului care s-au dezvoltat în acest moment, dezvoltă diverse metode de calcul pe baza oricăror caracteristici disponibile care, cel puțin calitativ, cel puțin parțial, dau o idee despre starea actuală a materialului... Iar dezvoltatorii de metode și instrumente de diagnosticare, într-o izolare splendidă, au „mers cu capul” în căutarea metodelor și mijloacelor pentru determinarea tensiunilor reziduale, uneori fără să se gândească la fiabilitatea rezultatelor măsurătorilor.

Acest motiv evident pentru eficiența insuficientă a utilizării instrumentelor de diagnosticare pentru starea de efort-deformare a materialelor structurale în evaluarea resurselor obiectelor poate fi formulat mai strict: absența unui concept fundamentat științific de diagnosticare a stării de efort-deformare ( SDS) de materiale și conceptul general de diagnosticare complexă. Această formulare este încă de natură privată, parcă nu se referă la starea de fapt a specialiștilor în forță, dar poartă deja elemente de constructivism, întrucât indică direcția de acțiune și necesită o analiză mai profundă a situației actuale.

Rezultatele analizelor ulterioare arată că cauzele adevărate, adânc înrădăcinate ale „stagnării” în rezolvarea problemei principale sunt mai complicate și formează două probleme care sunt comune științelor forței și științelor metodelor de diagnostic:

• ideologic: lipsa unei înțelegeri clare a rolului determinant al unui anumit număr de caracteristici independente de bază ale materialului și a relației lor determinante funcțional cu caracteristicile stării de tensiune-deformare (SSS) a materialului și, în consecință, lipsa unei metodologii bazate pe dovezi definirea scopurilor, obiectivelor și criteriilor pentru diagnosticarea SSS a materialelor structurale;

  Într-adevăr, absența cerințelor pentru caracteristicile măsurate ale SSS, absența unei baze metrologice pentru certificarea și verificarea instrumentelor de măsurare a caracteristicilor SSS ale materialelor conduc la ambiguitatea cerințelor inițiale și la eroarea abordării metodologice a mijloace dezvoltate, care implică nu numai o fiabilitate inacceptabil de scăzută a rezultatelor măsurătorilor, ci, adesea, și imposibilitatea identificării corecte a parametrului măsurat al câmpului fizic utilizat și a caracteristicii fizice măsurate a materialului de testat. În plus, fiabilitatea rezultatelor (dacă, după cum s-a menționat mai devreme, este în general posibil să vorbim despre aceasta) este practic imposibil de evaluat din cauza lipsei de recomandări și norme metodologice și metrologice.

• fizic: înțelegere insuficientă și, în unele cazuri, lipsa studiului proceselor fizice de interacțiune a câmpurilor utilizate pentru a diagnostica proprietățile unui material cu propriile câmpuri și, în consecință, o lipsă de înțelegere a conținutul informațional insuficient al metodelor și instrumentelor de diagnosticare nedistructive folosit pentru a studia procese fizice complexe de redistribuire a energiei interne a unui material, exprimate în redistribuirea tensiunilor de tipul I, 2 și 3, determinate de principalele caracteristici ale materialului și, în același timp, determinarea tensiunilor acestuia- starea de deformare a materialului.

  Trebuie subliniat faptul că în ultimii ani au apărut tendințe periculoase ale unei abordări simplificate a evaluării vieții reziduale a obiectelor complexe. Unii dezvoltatori ai mijloacelor de măsurare a tensiunilor reziduale, efectuând cercetări pe epruvete sub încărcare uniaxială, obțin o bună corelație între rezultatele măsurării unuia sau, în cel mai bun caz, a doi parametri ai câmpurilor fizice utilizate cu mărimea sarcinii, trecând până la distructiv. . Fără a se deranja să studieze procesele de rezistență a materialului la sarcinile exterioare, fără a încerca să înțeleagă mecanica ruperii, ei transferă rezultatele obținute la obiecte reale, crezând că a fost dezvoltat un mijloc unic de măsurare a duratei de viață reziduală a obiectului studiat. Acest lucru, cel puțin, discreditează noi soluții interesante, dar, cel mai important, costul unei astfel de abordări a celei mai dificile probleme de calculare a resursei reziduale se poate dovedi a fi teribil.

Analiza motivelor eficienței insuficiente a utilizării instrumentelor de diagnosticare pentru SSS a materialelor structurale în evaluarea resurselor structurilor tehnice complexe arată obiectivitatea acestora, a cărei consecință cea mai importantă, din punct de vedere moral, ar trebui să fie o împărțire corectă a responsabilitatea pentru lipsa instrumentelor de diagnosticare necesare pentru proprietățile materialelor între specialiștii în rezistență și dezvoltatorii de metode și instrumente de diagnosticare. Conștientizarea egalității de responsabilitate, desigur, va apropia pozițiile ambelor părți, de fapt, ele rezolvă o singură problemă - să ofere garanții acceptabile pentru siguranța instalațiilor, dar eforturile pot fi unite doar cu o abordare constructivă.

Principalul lucru este însă că motivele grupate analitic capătă deja o natură diferită, activă, constructivă, indicând modalitatea de rezolvare a celei mai urgente probleme de asigurare a siguranței în funcționare a obiectelor tehnice complexe.

7. Sugestii

Potrivit autorilor, pentru a rezolva problema măsurării fiabile a caracteristicilor stării de tensiune-deformare a materialelor structurale și a îmbinărilor sudate, în special, este necesar să se efectueze următoarele măsuri:

7.1. Elaborați cerințe unificate fundamentate științific pentru metodele și mijloacele de măsurare a SSS a unui material... Aceste cerințe ar trebui:

• pornește de la o înțelegere clară a sensului definitoriu și a relației dintre caracteristicile de bază independente ale materialului - aceasta este baza ideologică;
• au o nouă clasificare a metodelor și mijloacelor de măsurare a caracteristicilor stării de tensiune-deformare a materialelor în general și a îmbinărilor sudate în special;
• conține clasificare, lista și criterii de evaluare a principalelor caracteristici ale materialului și caracteristicilor TVA-ului acestuia, iar aceste caracteristici, pe de o parte, trebuie să fie supuse măsurare obligatorie în diagnosticare starea materialului și, pe de altă parte, trebuie să fie supusă utilizarea obligatorie ca caracteristici de bază în calcule resursă reală sau proiectată. Desigur, acest lucru va necesita ajustarea metodelor de calcul a resursei, dar numai în acest fel, prin crearea condițiilor pentru convergența științelor forței și a științelor diagnosticului, este posibil să se rezolve problema atingerii nivelului necesar de siguranța obiectelor.

7.2. Dezvoltarea unei metodologii si mijloace de verificare si certificare metrologica a instrumentelor de masura pentru parametrii TVA care vă va permite să evaluați în mod obiectiv eficacitatea și acuratețea instrumentelor dezvoltate. Desigur, crearea unei metode experte de încredere pentru verificarea instrumentelor de diagnosticare este o sarcină foarte dificilă, a cărei soluție poate fi amânată. Cu toate acestea, este urgent să se introducă, cel puțin condiționat, un sistem unificat de mijloace standard de verificare (de exemplu, eșantioane sau metode). Un astfel de sistem unificat va permite nu numai se potrivesc corect diverse metode de diagnostic, dar pot deveni mai târziu un prototip al criteriilor de evaluare a rezultatelor diagnosticului.

7.3. Este necesar să se înceapă elaborarea documentelor normative care reglementează măsurarea parametrilor SSS a materialelor în diagnosticarea obiectelor, în funcție de categoria de pericol potențial al acestora pentru oameni și mediu.

În anul 2003, la inițiativa autorilor, împreună cu TK-132 „Diagnosticare tehnică” a Standardului de stat, a fost elaborat un proiect de standard „Încercare nedistructivă. Controlul stării de efort-deformare a obiectelor industriale și de transport în evaluare. a duratei de viaţă a echipamentului. Cerinţe generale." Acest proiect de standard a fost supus discuției de către organizațiile și persoanele interesate.

În concluzie, remarcăm că studiul proceselor complexe de redistribuire a energiei proprii a unui material sub influența forței exterioare, a câmpurilor magnetice și a altor câmpuri va necesita cunoștințe din, s-ar părea, departe de a fi rezolvate probleme practice, domenii de știință: fizica cuantică, fizica stării solide, fizica metalelor, teoria dislocației, teoriile elasticității, plasticității și rezistenței, mecanica fracturilor, teoria câmpului electromagnetic și chiar elementele de bază ale ingineriei radio. Aceasta, desigur, determină nivelul ridicat de cerințe pentru specialiștii care dezvoltă diverse metode de control al TVA. Trebuie subliniat faptul că diagnosticarea stării de efort-deformare a materialelor structurale reprezintă un nivel superior de diagnosticare în urma detectării defectelor și necesită o nouă ideologie, un nou concept. Doar un nou concept este capabil nu numai să împace diverse metode fizice de testare nedistructivă care sunt acum „în război” în acest nou tip de diagnosticare, care au coexistat perfect și s-au completat reciproc în detectarea defectelor, ci, ținând cont de specificul a „relațiilor” lor fizice, le combină într-un singur sistem care poate accelera semnificativ rezolvarea problemelor de creștere a fiabilității evaluării duratei reziduale a obiectelor tehnice complexe.