PĒC KONFERENCES MATERIĀLIEM

Piedāvājam lasītāju uzmanībai rakstu izlases noslēgumu pēc 9. starptautiskā mērīšanas tehnoloģiju un viedo instrumentu simpozija materiāliem, kas notika 2009. gada vasarā Sanktpēterburgā.

Ultraskaņas ātruma mērījumu izmantošana metāla izstrādājumu sprieguma-deformācijas stāvokļa noteikšanai

L. B. Zujevs, B. S. Semuhins, A. G. Luņevs

Stiprības fizikas un materiālu zinātnes institūts SB RAS, Tomska,

Krievija, e-pasts: [aizsargāts ar e-pastu]

Izpētītas Reilija viļņu ātruma izmaiņas deformējamos materiālos. Aprakstīta ierīce ultraskaņas vibrāciju izplatīšanās ātruma precīzai mērīšanai. Parādīta iespēja izmantot to ātruma mērīšanas metodi cirkonija sagatavju kvalitātes kontrolei, ko izmanto kodolreaktoru degvielas elementu apšuvuma aukstajā velmēšanā.

Atslēgas vārdi: ultraskaņas vibrācijas, nesagraujošā pārbaude, sprieguma-deformācijas stāvoklis, kvalitātes kontrole.

Tika veikti ultraskaņas izplatīšanās ātruma izmaiņu pētījumi deformējamos materiālos, lai noteiktu korelāciju starp šo ātrumu un deformējamā materiāla mehāniskajām īpašībām. Ir sniegts detalizēts ultraskaņas izplatīšanās ātruma mērīšanas instrumenta apraksts. Izmantojot Zr bāzes sakausējumus kā piemēru, parādīts, ka metodi var izmantot cirkonija sagatavju kvalitātes kontrolei, no kurām aukstās velmēšanas ceļā tiek izgatavots kodolreaktora degvielas apšuvums.

Atslēgas vārdi: ultraskaņa, nesagraujošā kontrole, sasprindzināts stāvoklis, kvalitātes kontrole.

Iepriekš tika konstatēts, ka ultraskaņas viļņa izplatīšanās ātrums spriedzes rezultātā deformētā paraugā ir atkarīgs no kopējās deformācijas, plūsmas sprieguma un pētāmā materiāla struktūras. Līdzīgi rezultāti tika iegūti nelielām plastiskām deformācijām. Pētījumu laikā uzmanība tika pievērsta ultraskaņas vibrāciju ātruma (USV) atkarības formai no plūsmas sprieguma (1. att.). Atkarība sastāv no trim lineārām sekcijām, no kurām katru var aprakstīt ar formas vienādojumu

^ = ^ + %o, (1)

kur v0, % ir empīriskas vērtības, kurām ir dažādas vērtības dažādiem plastmasas plūsmas posmiem. Koeficientam % var būt jebkura zīme, bet atkarības ^$(o) proporcionalitāte vienmēr tiek saglabāta vienas sadaļas ietvaros ar korelācijas koeficientu aptuveni 0,9.

Tālāk ir parādīta iespēja izmantot vienādojumu (1), lai noteiktu materiālu mehāniskās īpašības.

destruktīva metode. Šim nolūkam tika iegūtas atkarības ^(o) plašam metālu un sakausējumu klāstam (tabula).

Rayleigh viļņu ātruma izmaiņas tika reģistrētas ar impulsu autocirkulācijas metodi tieši plakano paraugu stiepšanas procesā. Iegūtajām atkarībām ^(o) ir vienāda forma visiem pētītajiem materiāliem. Izmantojot bezizmēra ātruma un sprieguma vērtības un tuvinot atšķirtos posmus ar lineārām funkcijām, mēs iegūstam vispārinātu atkarību

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

kur ir Reilija viļņu ātrums nenoslogotā paraugā, m/s; p, -, a, ir empīriski lielumi, kas nav atkarīgi no materiāla; / = 1, 2 - lineārās sekcijas numurs att. 1; s - pētāmā materiāla stiepes izturība, MPa.

Aprēķinātās p,-, a vērtības 1. un 2. sadaļai bija P1 = 1,0 ± 2 ■ 10-4, p2 = 1,03 ± 10-3, a1 = 6,5 ■ 10-3 ± 4,7 ■ 10-4, a2 = 3,65 x 10-2 ± 3,2 x 10-3.

Rīsi. 1. Ultraskaņas ātruma atkarība no iedarbīgajiem spriegumiem misiņa paraugā

No (2) seko

<зв = щ о//vS -Р/). (3)

Vienādojumu (3) var izmantot, lai novērtētu galīgo stiprību pie nelielām plastiskām deformācijām ilgi pirms parauga sabojāšanās. Tādējādi, lai noteiktu s, ir pietiekami izmērīt ultraskaņas ātrumu pie spriegumiem paraugā 002 robežās.< о < 0,6ов (где о02 - предел текучести), т. е. на участке малых пластических деформаций.

Saskaņā ar (3) vienādojumu lielākajai daļai tabulā uzskaitīto materiālu tika aprēķināta robežstiprība deformācijas laikā 1% apmērā (o ~ 0,1 s). Ar ultraskaņas metodi iegūtās vērtības tika salīdzinātas ar s vērtībām, kas tradicionāli iegūtas no stiepes līdz pārrāvuma diagrammām (2. att.). Vērtības un s izrādījās vienādas ar korelācijas koeficientu R = 0,96.

Tas nozīmē, ka piedāvāto metodi var izmantot, lai novērtētu materiālu galīgo stiprību ilgi pirms to sabojāšanās. Rezultātā iegūtās ātruma un spriegumu attiecības raksturs, iespējams, slēpjas faktā, ka, no vienas puses, materiāla sacietēšana ir saistīta ar iekšējiem sprieguma laukiem, kas palēnina dislokāciju kustību. No otras puses, palielinoties iekšējiem spriegumiem, ultraskaņas ātrums samazinās. Tādējādi abi šie lielumi izrādās atkarīgi no viena parametra, kas rezultātā nosaka sakarību starp ultraskaņas testēšanas ātrumu un materiāla mehāniskajām īpašībām.

Ultraskaņas metodes izmantošanai laboratorijas un lauka apstākļos ir izstrādāti divi instrumenti: ANDA (akustiskais instruments materiālu stāvokļa nesagraujošai analīzei laboratorijas apstākļos) un ASTR (ierīce metāla konstrukciju atlikušo spriegumu noteikšanai uz lauka. ). Ierīcēs izmantotā Rayleigh viļņu izplatīšanās ātruma mērīšanas princips ir balstīts uz impulsu autocirkulācijas metodi. Mērījumu kļūda ir 3 ■ 10-5, ierīces darbība neprasa no operatora īpašas zināšanas.

Autocirkulācijas metodes būtība ir izveidot slēgtu ķēdi impulsa pārejai. Īsa elektriskā impulsa ietekmē izstarojošais pjezoelektriskais devējs paraugā rada akustisku viļņu. Vilnis, kas nodots no raidītāja uz uztverošo pjezoelektrisko devēju, tiek pārveidots atpakaļ elektriskajā signālā un atkal nonāk izstarojošā devējā. Tādējādi nemainīgā attālumā starp devējiem impulsa parādīšanās biežums noteiktā ķēdes punktā būs atkarīgs no akustiskā signāla izplatīšanās laika paraugā un aizkaves ierīces ķēdē. Tā kā aizkave ķēdē ir nenozīmīgi maza, salīdzinot ar akustiskā viļņa izplatīšanās laiku paraugā, autocirkulācijas frekvence raksturos ultraskaņas viļņu izplatīšanās ātrumu paraugā. Šajā gadījumā Rayleigh virsmas viļņu frekvence ir 2,5 MHz.

Pētīto sakausējumu ķīmiskais sastāvs

Numurs Materiāls Simbols C N Si Mg Mn Li Cr Cu Ni Zn Pb Zr Ti Sn Nb

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

2 Tas pats ■< 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 Misiņš - -< 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

Rīsi. 2. Korelācija starp stiepes izturību, kas noteikta ar ultraskaņas metodi, un stiepes izturību, kas iegūta no parauga stiepes diagrammas (simbolus skatīt tabulā)

Ultraskaņas sensoram, kas uzstādīts uz pētāmā objekta, ir divi slīpi pjezoelektriskie devēji, kas atrodas noteiktā attālumā viens no otra, ko sauc par pamatni. Pjezoelektrisko devēju slīpums ir izvēlēts tā, lai pētāmajā objektā veidotos Reilija virsmas vilnis. Lai droši izmērītu ātrumu, nepieciešams nodrošināt saskari ar kontrolējamā izstrādājuma metālu, to attīrot no krāsas, netīrumiem un oksīdiem, virsmai jābūt līdzenai, sensoram jābūt piespiestam vadības vietai. Akustisko kontaktu ar pjezo devēju nodrošina neagresīva šķidra smērviela, piemēram, transformatora eļļa. Jāatceras, ka vietai starp pjezoelektriskajiem devējiem jāpaliek sausai un tīrai.

Viens no aplūkojamās ultraskaņas metodes pielietojumiem ir sprieguma stāvokļa novērtējums cirkonija sagatavēs, ko izmanto kodolreaktoru degvielas elementu apšuvuma ražošanai. Zr-Nb sakausējuma cauruļu aukstās velmēšanas laikā sagatavē veidojas sarežģīts iekšējo atlikušo makrosprieguma sadalījums, kas var izraisīt sagataves iznīcināšanu vienā no apstrādes posmiem. Lai optimizētu velmēšanas procesu, ir jāņem vērā atlikušo spriegumu līmenis un sadalījums sagatavēs.

a, MPa 1000"

Rīsi. 3. Iekšējo spriegumu sadalījums apaļā Zr sagatavē

kah. Tradicionālo metožu, piemēram, rentgena, izmantošana garu sagatavju iekšējo spriegumu noteikšanai ir saistīta ar ievērojamām laika izmaksām un ir praktiski neiespējama masveida ražošanā.

Apstrādājamajām detaļām tika veikts pētījums, lai noteiktu iekšējos spriegumus, izmantojot ultraskaņas ierīci ASTR. Zr-Nb sakausējuma 9 paraugos, kas deformēti plašā spriegumu diapazonā (skatīt tabulu), tika veikti mērījumi, lai noteiktu ultraskaņas testēšanas ātruma atkarību no spriegumiem. Svarīgākie rezultāti tika iegūti sagatavēm, kurās iekšējie spriegumi mainījās plašā diapazonā. Paredzēts paplašināt nesagraujošo metožu izmantošanu atlikušo spriegumu noteikšanai plānsienu cirkonija caurulēs, kas ražotas aukstās velmēšanas ceļā. Tas uzlabos esošo tehnoloģiju to ražošanai. Pētījums tika veikts gan caurulēm, gan sagatavēm, kas izgatavotas no sakausējumiem 9 un 10, pamatojoties uz Zr.

Materiālu un konstrukciju kalpošanas laiks vairumā gadījumu ir atkarīgs no materiāla struktūras viendabīguma un no šī materiāla izgatavotā galaprodukta sprieguma un deformācijas stāvokļa. Uz sagatavēm tika mērīti paliekošie spriegumi gan ar rentgena, gan ultraskaņas metodēm un salīdzināti iegūto mērījumu rezultāti.

Tika konstatēts, ka m

Lai turpinātu lasīt rakstu, jums jāiegādājas pilns teksts. Raksti tiek nosūtīti formātā PDF uz maksājuma laikā norādīto e-pasta adresi. Piegādes laiks ir mazāk nekā 10 minūtes. Maksa par rakstu 150 rubļi.

Līdzīgi zinātniskie darbi par tēmu "Metroloģija"

• LĀZERA IZSTRĀDĀTAS CIRKONIJA PLAZMAS OPTISKĀS EMISIJAS RAKSTUROJUMS

  HANIF M., SALIK M. - 2015.g

• ZEMA OGLEKĻA TĒRAUDA IZDEVUMA SPRIEDUMA NEDESTRUKTĪVS NOVĒRTĒJUMS AR ULTRASKAŅAS MĒRĪJUMIEM

  KAVARDŽIKOVS V., PAŠKOULEVA D., POPOV AL. - 2013. gads

• KOKA PLĀKSNES KVALITĀTES NOVĒRTĒJUMS PĒC ULTRASKAŅAS UN STATISKĀM METODĒM, IZMANTOJOT Elastīgo ANIZOTROPIJU

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

• TERMOGRĀFISKĀS, ULTRASKAŅAS UN OPTISKĀS METODES: JAUNS DIMENSIJA FINĒRĒTA KOKA DIAGNOSTIKĀ

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

Tos izmanto ūdens spiediena mērīšanai uz betona konstrukcijas un tās pamatu robežas, kā arī hidrostatiskā un poru spiediena mērīšanai hidrotehnisko būvju konstrukcijās un pamatos. Šie sensori tiek uzstādīti konstrukcijas būvniecības laikā.

Rīsi. 5. Sensors spiediena pjezometriem un hidrostatiskā un poru spiediena mērīšanai

Ierīces konstrukciju sprieguma-deformācijas stāvokļa uzraudzībai

Izmanto mērīšanai:

Stiepes vai saspiešanas spēki stiegrojumā (mērījumi sākas uzreiz pēc uzstādīšanas un tiek veikti būvniecības laikā un pēc nākamās darbības, līdz tiek pilnībā stabilizēts spriegums un deformācija vai tiek noteikts ierīču kalpošanas laiks, kas ir 25 gadi ēku celtniecība);

Lineārās deformācijas konstrukciju nesošajās konstrukcijās (uzstāda gan būves būvniecības stadijā, gan ekspluatācijas laikā, ar hipotēkas montāžas veidu, tās piestiprina metinot pie konstrukcijas metāla daļām, vai - noenkurojot armētām betona daļas, uzklājot - izmantojot enkurus esošajām konstrukciju konstrukcijām);

Grunts spriegumi (tie kontrolē kontaktspiedienu augsnē pie betona konstrukciju robežas un spriegumu grunts masās, tiek iestatīti konstrukcijas būvniecības stadijā).

Rīsi. 6. Ierīces konstrukciju sprieguma-deformācijas stāvokļa uzraudzībai

Izmanto spiediena mērīšanai:

Dambju, tiltu un citu masīvu monolītā betona konstrukciju pamati;

Akmens sienas tuneļos un raktuvēs;

Betona balsti un stabi.

Rīsi.

Izmanto, lai izmērītu zemes aizsprostu pārvietošanos, mainītu pamata izmērus un kontrolētu iegrimšanu mīkstā zemē. Tie atšķiras atkarībā no izmantošanas veida un konstrukcijas veida:

Uzbērumiem (šķērsspriegojuma kontroles uzraudzība) un fiksētajiem (iegrimšanas vai uzbēruma pieauguma kontrole);

Akas (vairākas sastāvdaļas) - lai kontrolētu telpu ap inženierbūvi;

Iegrimšanas kontrolei - inženierbūves ilgtermiņa uzraudzība.

Ekstenzometrs sastāv no trim galvenajām daļām: enkura, stieņa un pārvietojuma sensora (skaitītāja). Stienis savieno indikatoru ar enkuru, kas ir mehāniski izplešas konstrukcija, kas izgatavota uz ķīļa, konusa vai atsperes pamata un piestiprināta pie urbuma sienas.

Rīsi.

Tiešā un reversā svērtenis

Izmanto mērīšanai:

Betona un metāla konstrukciju daļu pārvietošana, kas atrodas pietiekami lielā attālumā viena pret otru;

Nobīde attiecībā pret urbumu un urbumu vertikālo virzienu to izveides stadijā;

Iežu slāņu kustība;

Daudzstāvu torņu un balstu slīpums, kā arī to svārstību līmenis.

Reversā ūdensvada līnija ir stieple, kuras viens gals ir nostiprināts akas dibenā aizsprosta pamatnē, bet otrs gals ir iegremdēts tvertnē ar šķidrumu un notur vadu vertikālā nostieptā stāvoklī. Plumbu mērījumus veic, izmantojot optiskos (mehāniskos) mērinstrumentus, nosakot stieples stāvokli attiecībā pret konstrukciju tās augstumā.

Tehnisko zinātņu doktors, profesors Dubovs A.A., Ph.D. Vlasovs V.T.

Priekšvārds

SSS diagnostikas enerģētikas koncepcijas ideoloģisko pamatu noteica materiāla paša enerģijas pārdales objektīvo procesu izpētes rezultāti un modeļu izveidošana, kas raksturo objektīvi pastāvošās attiecības starp materiāla makroīpašībām un materiāla parametriem. ārējā ietekme un reakcija uz ietekmi.

Šīs koncepcijas izstrādes procesā radās nepieciešamība, un tad radās iespēja izveidot instrumentu tālākai teorijas izpētei un attīstībai - jaunu septiņu dimensiju dinamisku pašregulējošu materiāla modeli, kas ņem vērā normālu un bīdes spriegumi un deformācijas, modelis, kas maina savus parametrus atkarībā no ārējās ietekmes amplitūdas (līdz destruktīvai) un frekvences (no statiskās un infraskaņas līdz ultraskaņas) īpašībām.

Materiālu SSS diagnostikas enerģētikas koncepciju un tās svarīgākajām sekām ziņoja Vlasovs V.T. Valsts Fizikālo un tehnisko problēmu institūta (STC priekšsēdētājs akadēmiķis Lupičevs L.N.) un Starptautiskā Sarežģītu tehnisko sistēmu drošības institūta, pamatojoties uz Krievijas Zinātņu akadēmijas Mašīnbūves institūtu (STC) zinātniskajās un tehniskajās padomēs. priekšsēdētājs RAS korespondējošais loceklis Makhutov N.A.) un saņēma augstu novērtējumu.

1. Iekšējie spriegumi, klasifikācija un ietekme uz materiālu stiprību

Vismānīgākais pēkšņas objektu iznīcināšanas cēlonis ir iekšējie atlikušie mehāniskie spriegumi, kas rodas daļā, metinātajā savienojumā vai konstrukcijā kopumā. Šie spriegumi tēraudos var sasniegt tecēšanas robežu, un alumīnija un titāna sakausējumos 70-80% no tecēšanas robežas un bieži vien izrādās bīstamāki stiprības samazināšanās ziņā nekā daži defektu veidi.

Par paliekošiem spriegumiem parasti sauc tādus spriegumus, kas pastāv un ir līdzsvaroti cietā korpusā, stingrā materiālu agregātā, saliekamā vai metinātā konstrukcijā pēc to rašanos izraisījušo cēloņu novēršanas. Šie spriegumi vienmēr ir iekšēji, un to veidošanās vienmēr ir saistīta ar neviendabīgām lineārām vai tilpuma deformācijām blakus esošajos materiāla, pildvielas vai struktūras tilpumos.

Atlikušos spriegumus iedala trīs veidos, klasificējot tos pēc to radītā spēka lauka garuma:

• pirmais veids- sabalansēts 1) makroskopiskos apjomos (detaļas vai struktūras ietvaros);
• otrais veids- sabalansēts mikroapjomos (metāla struktūras kristalītu ietvaros);
• trešais veids- sabalansēts ultramikroskopiskos apjomos (kristāla režģa robežās). Šādas atlikušo spriegumu definīcijas pirmo reizi 1935. gadā sniedza Davidenkovs N.N.

1) Termins "līdzsvars" nav gluži pareizs, un pareizāk ir lietot citu terminu, piemēram, "izstrādāt" vai "rodas". Fakts ir tāds, ka visu trīs veidu spriegumi ir savstarpēji saistīti, un katrs no spriegumiem ir "kaimiņu" ģinšu spriegumu cēlonis vai sekas, un "līdzsvarošanas" gadījumā to apjomos mums būtu pašpietiekami. uzsver, kas nav savstarpēji saistīti.

Kopumā atlikušo spriegumu izpēte sākās ļoti sen. Pirmos nopietnos pētījumus veica Rodmens V.I. 1857. gadā un pēc tam Umov I.A. 1871. gadā. Sistemātisku pētījumu sākumu 1887. gadā ielika Kalakutskis N.V., kurš pirmais izstrādāja atlikušo spriegumu aprēķināšanas metodi un pirmo reizi piedāvāja eksperimentālas metodes to mērīšanai. Turpmākajos gados atlikušo spriegumu izpētes metodes tika samazinātas galvenokārt līdz to mērīšanas metožu izstrādei - svarīgs praktisks uzdevums konstrukciju uzticamības noteikšanas problēmā.

Kā minēts iepriekš, atlikušie spriegumi attiecas uz materiāla iekšējiem spriegumiem. Iekšējie spriegumi ir paša materiāla iekšējās enerģijas mijiedarbības procesu izpausme ar ārējā lauka enerģiju (spēku, termisko u.c.), kas iedarbojas uz materiālu, kas projektēts konkrētas daļas vai konstrukcijas veidā. Tāpēc iekšējie spriegumi ietver arī spriegumus, kas rodas darbināmas daļas vai konstrukcijas materiālā ārējo lauku iedarbībā un nosaka materiāla izturību pret ārējām ietekmēm - tā izturību. Šajā gadījumā materiāla iekšējās enerģijas maiņa un pārdale starp tā sastāvdaļām ekspluatācijas slodzes ietekmē izraisa "jaunu" atlikušo spriegumu parādīšanos. Lai izvairītos no neskaidrībām ieteicams ieviest šādu iekšējo spriegumu klasifikāciju:

• tehnoloģiskie atlikušie spriegumi- tie ir spriegumi, kas rodas fizikālo un fizikāli ķīmisko procesu rezultātā, kas sākas materiālā detaļas vai konstrukcijas izgatavošanas laikā 2) un turpinās pēc izgatavošanas;
• slodzes spriegumi- tie ir spriegumi, kas rodas darbināmās daļas vai konstrukcijas materiālā kā materiāla elastīga reakcija uz ārēju slodzi, slodzes spriegumi izzūd, noņemot ārējo ietekmi;
• ekspluatācijas atlikušie spriegumi- tie ir spriegumi, kas rodas daļas vai konstrukcijas materiāla iekšējās enerģijas mijiedarbības procesos ar ārējā lauka enerģiju, kas rodas un uzkrājas materiālā visā detaļas vai konstrukcijas dzīves laikā;
• darba spriegumi ir tehnoloģisko, slodzes un ekspluatācijas spriegumu vektora summa;
• faktiskie spriegumi ir tehnoloģisko un ekspluatācijas spriegumu vektora summa, kas izveidojusies mērījumu laikā.

2) Katra detaļas vai konstrukcijas visa ražošanas cikla tehnoloģiskā darbība konsekventi ievieš savus atlikušos spriegumus, kuriem ir raksturīgas pazīmes. To dinamiskās vektoru mijiedarbības rezultāts būs atlikušie tehnoloģiskie spriegumi.

Tādējādi izturība, uzticamība un piemērotība metinātas konstrukcijas izmantošanai ekspluatācijas vajadzībām daudzos aspektos nosaka darba un faktisko iekšējo spriegumu esamība, raksturs un lielums. Daudzos veidos, bet ne visā, un iemesls tam ir materiāla degradācija ilgstošas ​​darbības laikā.

2. Materiāla degradācija un tās nozīme materiāla stiprībā

Patiešām, objektu projektēšanas un būvniecības stadijā ar nepieciešamo precizitāti ir zināmas izmantoto konstrukcijas materiālu mehāniskās īpašības un, ja ir iespējams eksperimentāli noteikt atlikušos spriegumus, var novērtēt arī objekta sākotnējo stiprības resursu. . Turklāt objekta resursa novērtēšanas precizitāte un uzticamība tā būvniecības stadijā nešķiet nopietna īpašība, jo ir pirms palaišanas testi, un 15 vai 20 gadu resurss nav tik svarīgs - tas ir vēl tālu!

Bet, kad ir tuvojies iekārtu un konstrukciju paredzamā fiziskā nolietošanās termiņš un dažos gadījumos tas jau ir pienācis, atlikušā mūža aplēses precizitāte un ticamība šī vārda tiešākajā nozīmē kļūst ļoti svarīga. Šeit ārkārtīgi aktuālas kļūst metodes kritisko objektu atlikušā mūža noteikšanai un metodes to drošas ekspluatācijas termiņu pagarināšanai, ņemot vērā reālos apstākļus, kas bieži noved pie neparedzamām materiāla īpašību izmaiņām, līdz tā degradācijai. Un materiāla noārdīšanās beigu stadija jau ir jaunizveidoti defekti, kuru "izaugšanas" process no degradējoša materiāla izgatavotas konstrukcijas darbības apstākļos ir vāji pētīts un nereti attīstās kā lavīna, tā ka atlikušais laiks. līdz būves iznīcināšana izrādās nezināma un bieži vien pārāk īsa, lai novērstu katastrofu.

Tāpēc, lai iegūtu ticamus rezultātus ilgstoši ekspluatēto objektu atlikušās stiprības resursa aprēķināšanai, vispirms jāzina materiāla faktiskās mehāniskās īpašības 3) un tā sprieguma-deformācijas stāvokļa raksturlielumi, līdz šim izveidota objekta darbības rezultātā.

3) Ņemiet vērā, ka bez zināšanām par materiāla faktiskajiem mehāniskajiem raksturlielumiem, kas izveidojušies objekta ilgstošas ​​darbības laikā, ir bezjēdzīgi prasīt, lai tiktu iegūtas iekšējo spriegumu absolūtās vērtības - nav ar ko tās salīdzināt. ar! Šajos gadījumos daudz noderīgākas ir kvalitatīvas izmaiņas stresa laukā.

Šī problēma ir kļuvusi par galveno ne tikai objektu statiskās izturības izpētē un novērtēšanā, tā kļūst noteicošā noguruma stiprības izpētē un novērtēšanā noguruma atteices lokālā rakstura un tās spēcīgās atkarības no faktiskā sprieguma-deformācijas dēļ. materiāla stāvoklis.

Tātad, risinot kritisko objektu uzticamības problēmu, konsekventi radās šādi uzdevumi:

• atlikušo spriegumu noteikšana;
• iekšējo spriegumu rakstura un komponentu lielumu noteikšana;
• materiāla faktisko mehānisko īpašību un tā sprieguma-deformācijas stāvokļa īpašību noteikšana.

Ir pilnīgi skaidrs, ka šāda iespēja būtu jānodrošina ar nesagraujošām metodēm konstrukciju materiālu stāvokļa diagnosticēšanai. Bet vai viņi ir gatavi stāties pretī šādiem izaicinājumiem?

MMM metodes fundamentālā novitāte slēpjas objektīvi esošā, bet iepriekš neizpētītā "magnetoplastikas" fenomena izmantošanā. Materiāla pašenerģijas pārdales sarežģīto procesu izpēte ārēja spēka un/vai magnētisko lauku ietekmē prasīja zināšanas ne tikai no metāla fizikas, elastības, plastiskuma un stiprības teorijām, lūzumu mehānikas, radiotehnikas un pat termodinamikas pamatus, bet lika pievērsties tādām zinātnes jomām kā kvantu fizika, cietvielu fizika, dislokāciju teorija, elektromagnētiskā lauka teorija – tas liktos tālu no praktisko problēmu risināšanas. Taču iegūtie rezultāti pārspēja cerēto: bija iespējams noteikt ne tikai dažādu iekšējo enerģētisko lauku funkcionālās attiecības savā starpā un ar ārējiem laukiem, kas nodrošina tādu plaši pazīstamu aktīvo diagnostikas metožu izstrādi kā piespiedu spēka metode, atlikuma. magnetizācijas metodi, Bārkhauzena trokšņu metodi u.c., bet arī noteikt kvantitatīvus kritērijus stipru un vāju magnētisko lauku noteikšanai, spēka un magnētisko lauku enerģētiskās attiecības, kas nosaka magnetoelastības robežas un magnetoplastikas fenomenu, kas pirmo reizi tiek ieviests praktiska izmantošana.

Daži kopdarba rezultāti magnētisko parādību fizikas eksperimentālo un teorētisko pētījumu jomā īsti neiederas klasiskajos magnētisma un domēna struktūras jēdzienos. Taču tajā pašā laikā tie ne tikai nav pretrunā, bet arī dzēš "baltos" plankumus magnētisma teorijā, kas jau sen ir labi zināmi šajā jomā strādājošajiem speciālistiem.

ievērojiet, tas mēs esam saņēmuši nevis atsevišķu konstatētu faktu sistēmu, ko apstiprina A. A. Dubova veikto eksperimentālo pētījumu rezultāti un eksperimenti, ko vēl agrāk, protams, neatkarīgi no viņa ieguvuši pazīstami pašmāju un ārvalstu magnētisko parādību pētnieki, un ir izstrādāta uz dzelzs piemēra loģiski balstīta domēna struktūras teorija.

Par iegūtajiem rezultātiem tēzes tika ziņots 2002. gadā Sanktpēterburgā XVI Viskrievijas diagnostikas konferencē un sīkāk 2003. gadā III starptautiskajā konferencē "Iekārtu un konstrukciju diagnostika, izmantojot MMM". Darbs ieinteresēja speciālistus, kuri aktīvi darbojas spriedzes deformēto materiālu diagnosticēšanas materiālos ar magnētiskām metodēm jomā. Tomēr nevienā no mūsu ziņojumiem mēs diemžēl neredzējām labi pazīstamus pašmāju magnētu zinātniekus.

Šobrīd gatavojam izdošanai grāmatu, kurā detalizēti izklāstīts paveiktā darba saturs.

3. Struktūrmateriālu diagnostikas fizikālo metožu klasifikācija un analīze

Esošo nesagraujošo metožu un kontroles līdzekļu attīstības tendenču analīze 4) ļāva pietuvoties atbildei uz šo jautājumu. Apskatīsim zinātnieku centienu sadales dinamiku diagnostikas metožu un rīku izstrādes jomā, apvienojot saistīto pētījumu tēmas virzienos.

4) Analīze veikta, pamatojoties uz starptautisku konferenču, simpoziju materiāliem un speciālo periodisko literatūru par laika posmu no 1966. līdz 1974. gadam (izlasi pārstāv 125 publikācijas) un no 1987. līdz 1994. gadam (analizēti vairāk nekā 1000 referātu un rakstu šeit).

1. tabula. Zinātnisko spēku sadalījuma dinamika jomās.

Ņemiet vērā, ka kopš 90. gadu sākuma par galveno virzienu diagnostikas rīku attīstībā ir kļuvuši jaunu pieeju meklēšana materiālu diagnostikā. Vienlaikus jāsaka, ka šobrīd vērojamais darba intensitātes pieaugums jaunu diagnostikas pieeju meklējumos ir jau trešais, jaudīgākais intereses kāpums par šo jomu, kas parādījās 50. gadu beigās un piedzīvoja savu. pirmais maksimums 80. gadu vidū., otrais - 90. gadu sākumā. Izdarīto secinājumu pārliecinoši apstiprina arvien pamanāmākā ne tikai Krievijas, bet arī starptautisko zinātniski tehnisko konferenču "Nedestruktīvā pārbaude un diagnostika" referātu un ekspozīciju tematiskā fokusa pārorientācija kopš 1997. gada.

Zinātniskās intereses pieaugums par jaunām diagnostikas pieejām ir acīmredzams. Bet nevar nepievērst uzmanību tam, ka darba apjoms ir būtiski pieaudzis II virzienā - šķirošanas standartu uzlabošana, pamatojoties uz statistikas pētījumiem. Un tas, pēc autoru domām, liecina ne tikai par vēlmi palielināt defektu noteikšanas rezultātu ticamību, bet arī par arvien jūtamāku objektu diagnostikas laikā iegūtās informācijas nepietiekamību, lai novērtētu to stāvokli.

Zinātniskos virzienus pārstāvošo darbu analīze ļauj redzēt, ka būtībā dažu dažādu virzienu darbu galīgie mērķi ir vienādi. Patiešām, šķirošanas standartu uzlabošanai un defektu ietekmes uz konstrukciju stiprību izpētei veltītā darba faktiskais mērķis ir meklēt jaunus defektu informatīvos raksturlielumus, kas nosaka to bīstamības pakāpi būves ekspluatācijas laikā. Un tēmas, kas saistītas ar sprieguma viļņu emisijas izpēti un materiālu sprieguma stāvokļa noteikšanas metožu un rīku izstrādi, ir mēģinājums jaunos veidos atrisināt konstrukciju uzticamības novērtēšanas problēmu.

90. gadu sākumā, kad pasaules lietišķā zinātne ir uzkrājusi lielu pieredzi metožu un diagnostikas rīku izstrādē, diagnostikas rīku attīstības tendenču noteikšanas pareizība nav apšaubāma, jo patiesībā tas ir tikai statistika. Taču virzienu perspektīvas to rezultātu lietderības ziņā sarežģītu tehnisko objektu atlikušā mūža noteikšanas problēmas risināšanā nav neapstrīdamas.

Dziļāka pašmāju un ārvalstu pētnieku darba analīze lika autoram izdarīt šādus divus sākotnējos secinājumus:

Pirmkārt, ne mazākajā mērā nedomājot noniecināt 1. un 2. virziena nozīmi un tajos gūto panākumu nozīmi, autore uzskata, ka no iespējas ienākt kvalitatīvi jaunā, fundamentālā aspektā, objektu uzticamības noteikšanas līmenis, šie divi virzieni neperspektīvs, jo tie ir slēgti viens otram: jaunas ierīces ļauj uzlabot kontroles standartus, un jauni standarti stimulē ierīču uzlabošanu.

Otrkārt, kā liecināja III virziena darbu analīze, neskatoties uz jaunu intelektuālo spēku un moderno datortehnikas pieplūdumu, "izrāviens" kvalitatīvi jaunā līmenī vēl nav paredzēts.

Fakts ir tāds, ka III virzienā tiek izstrādāti divi dažādi, nekrustojas jēdzieni, kas kopš 50. gadu beigām (kopš AE metodes parādīšanās) nav mainījušies, lai gan būtībā tiek izmantotas abas sprieguma stāvokļa mērīšanas metodes un AE metodēm kā izpētes objekts ir viena un tā paša procesa dažādas fāzes - materiāla reakcija uz slodzi un vides faktoru ietekme.

Turklāt mūsdienu mikroelektronikas un datortehnoloģiju iespējas ir novedušas daudzus Rietumu speciālistus prom no tīri fizisku problēmu risināšanas, un tomēr tur, procesu fizikā, vēlamā atbilde slēpjas. Daudzi pašmāju speciālisti, cenšoties panākt ārzemju kontroles līdzekļu uzlabošanas virzienā, "iebrauca" tajā pašā, bet jau salauztā trasē 5) .

5) Pēdējā laikā, izstrādājot diagnostikas programmatūras produktu, priekšplānā ir izvirzījušās vairākas privātas pašmāju firmas, apsteidzot pazīstamas ārvalstu firmas. Interesantākie rezultāti iegūti firmā OOO "Intelekts" Ņižņijnovgorodā (vadītājs Uglovs A.L.).

Tātad analīzes rezultātus var formulēt šādi:

• galvenais virziens materiālu diagnostikas instrumentu izstrādē ir veidu meklēšana, kā noteikt materiāla noteiktas mehāniskās īpašības, kas saistītas ar tā sprieguma stāvokli, atbilstoši diagnostikā izmantojamo fizisko lauku parametriem;
• būtisku un interesantu pētījumu pamatā esošo koncepciju perspektīvas galvenajā virzienā rada nopietnas šaubas.

Protams, šaubām par to koncepciju perspektīvām, kas ir galvenā virziena pamatā materiāla stāvokļa diagnostikas rīku izstrādē, attiecībā uz ievērojamu konstrukciju uzticamības novērtēšanas ticamības palielināšanos, ir nepieciešami nopietni pierādījumi.

Mūsdienu diagnostikai ir liels dažādu metožu un līdzekļu arsenāls materiālu mehānisko īpašību mērīšanai. Visplašāk ir pārstāvētas atlikušo un elastīgo iekšējo spriegumu mērīšanas metodes un instrumenti.

Pastāv standarta klasifikācija nesagraujošās diagnostikas metodes, sadalot tās pēc fizisko lauku vai vielu mijiedarbības rakstura ar vadāmo objektu un pēc primārās informācijas iegūšanas metodēm deviņos veidos: magnētiskā, elektriskā, virpuļstrāva, radioviļņu, termiskā, optiskā. , starojums, akustiskais un kapilārais. Katra no sugām, savukārt, ir sadalīta dažādās grupās.

Šī klasifikācija, kas ieviesta defektu noteikšanas metodēm un līdzekļiem un pašlaik tiek izmantota materiālu sprieguma stāvokļa diagnostikas metožu un līdzekļu klasifikācijai, ir formalitāte, drīzāk daloties ar visu nesagraujošo diagnostikas metožu klāstu atbilstoši izmantotā efekta izcelšanas metodei nekā pēc fizisko lauku veida.

Tomēr, risinot nākamās, augstākas sarežģītības pakāpes problēmas - materiālu īpašību, īpaši mehānisko īpašību, noteikšanas problēmas, nepieciešams skaidrāk nodalīt metodes, proti, pēc fizisko lauku veida.

Būtībā materiāla īpašību noteikšana tiek reducēta līdz noteiktu izmantoto fizisko lauku parametru izmaiņu mērīšanai. Citiem vārdiem sakot, ja pētāmo objektu, kuram ir kāda iepriekš nezināma spēja pretoties ārējām ietekmēm, ietekmē fiziskais lauks ar zināmiem vai dotiem parametriem 6), tad izmantotā lauka parametru izmaiņas, ko izraisa reakcija objekts attēlos tā īpašību "nospiedumu" apgabalā, ko nosaka fiziskā lauka veids. Tajā pašā laikā reakcijas "atskaņas" būs redzamas citu lauku telpās, bet kā netiešas "nospiedumi" vai sekundāra reakcija. Tā, piemēram, ja darbojaties ar termisko lauku, tad tiešie raksturlielumi būs termiski, bet netiešie - mehāniskie, elektromagnētiskie utt. Ja iedarbosities uz objektu ar mehānisku spēka lauku, tad reakcijas tiešās īpašības būs attiecas uz mehāniskajām īpašībām, un netiešas izpausmes var novērot termiskajos, elektromagnētiskajos un citos laukos.

6) "Zināmais" un "dotais" ne vienmēr ir viens un tas pats. Kopumā "norādītie" parametri ir zināmi, taču bieži tie attiecas uz lauka ierosmes ārējiem apstākļiem pētāmajā materiālā, savukārt faktiski ierosinātā lauka parametri paliek daļēji vai pilnīgi nezināmi.

Šķirojot zināmās materiālu stāvokļa diagnostikas metodes pēc fizisko lauku veida, iegūstam šādus tipus:

• elektriskās;
• magnētisks;
• elektromagnētiskais;
• termiskais;
• mehānisks.

Tajā pašā laikā nav pazudušas tādas labi zināmas un plaši izmantotas metodes kā optiskās, radioviļņu, rentgena, akustiskās, hologrāfiskās, kapilārās, elektriskās pretestības metodes, tenzometriskās metodes, kā arī muarē, režģa, fotoelastības un citas metodes. , viņi ir ieņēmuši savas vietas šajos piecos veidos.

Paturot prātā, ka diagnostikas metožu klasifikācija nav pašmērķis, bet tikai līdzeklis to rezultātu zemās ticamības cēloņu atrašanai, apskatīsim sīkāk tikai dažus raksturīgākos diagnostikas veidus.

Materiālu īpašību pētījumos visplašāk pārstāvēts elektromagnētiskās metodes, kuras atkarībā no frekvenču diapazona tiek iedalītas šādās grupās jeb pasugās (palielinoties ierosinātā lauka frekvencei): radioviļņu, mikroviļņu metodes, infrasarkanā, optiskā (redzamā diapazona), ultravioletā, rentgena un gamma metodes. . Visas šīs šķirnes vienā vai otrā veidā ir balstītas uz aizraujošā elektromagnētiskā lauka mijiedarbību ar paša pētāmā materiāla elektromagnētiskajiem laukiem, ko rada tā molekulas, atomi vai to elektronu apvalki. Turklāt vislielākais efekts izpaužas, kad aizraujošo un raksturīgo lauku frekvences ir tuvas, kas faktiski izriet no molekulārās termodinamikas un apstiprina tās secinājumus. Pašu elektromagnētisko lauku frekvences, kas atrodas ievērojami atšķirīgos diapazonos, protams, ir atkarīgas no materiāla spriedzes stāvokļa. Līdz ar to pastāv tik dažādas elektromagnētisko metožu pasugas.

Praksē visizplatītākā rentgena metode izmanto atstaroto staru spektra izmaiņas, ko izraisa kristāla režģa mezglu svārstību frekvences izmaiņas un attālumu maiņa starp mezgliem vai kristalogrāfiskajām plaknēm. Rentgenstaru metodes informatīvie parametri ir: spektra difrakcijas maksimumu intensitāte, novietojums un platums, ko nosaka kristāliskā režģa deformācija.

UZ mehāniskās metodes 7) Materiālu īpašību diagnostika attiecas dažādi statisko un dinamisko metožu šķirnes materiālu cietības un citu mehānisko īpašību mērījumi, izmantojot rezultātus testa ķermeņa - ievilkšanas un pētāmā materiāla kontakta mijiedarbība 8) . Tas jau sen ir zināms un diezgan acīmredzams.

7) Visizplatītākā mehāniskās diagnostikas metode - materiālu cietības mērīšana ir nosacīti nesagraujoša, jo objekta virsmas kvalitāte joprojām mainās. Šīs metodes pielietojumu ierobežo ekspluatācijas prasības virsmas kvalitātei.

8) Esošo metožu analīze materiālu īpašību noteikšanai attiecībā uz kontakta deformācijas parametriem un plaša bibliogrāfija ir sniegta Rudnitsky V.A. promocijas darbā.

Un šeit akustikas uzdevums un, ieskaitot ultraskaņas metodes līdz mehāniskiem tipiem izskatās, maigi izsakoties, nedaudz neparasti. Bet pēc būtības tā ir taisnība, jo akustiskais lauks ir mehānisko spriegumu lauks, kas vienā vai otrā veidā izveidots ierobežotā pētāmā materiāla tilpumā un izraisot materiāla daļiņu svārstības vai aperiodiskas nobīdes, t.i. lokālas materiāla deformācijas. Faktiski šis ierobežotais deformētais materiāla tilpums ir ievilkums, kura ievērojamā iezīme ir tā, ka tas var pārvietoties pētāmā materiāla iekšpusē. Turklāt deformētā apgabala izmērus nosaka nevis kristāla režģa parametri (metālu un citu kristālisku vai polikristālisku materiālu gadījumā) vai molekulu izmēri (amorfo materiālu gadījumā), bet gan Materiālā ierosinātā lauka viļņa garums ir no frakcijām līdz desmitiem mm.

Tagad, salīdzinot abas aplūkotās metodes, var saprast, kāpēc iekšējo spriegumu mērīšanas ar rentgena un akustiskām metodēm rezultātiem vienkārši ir jāatšķiras, jo pirmajā gadījumā noteicošais faktors ir deformācija mikrolīmenī, kas rada spriegumus III veids, bet otrajā - I-th un 2. ģints spriegumu kombinācija. Un visiem šiem trīs veidu spriegumiem, neskatoties uz to savstarpējās saiknes nedalāmību, ir ne tikai būtiski atšķirīgas vērtības, bet arī atšķirīgs raksturs un bieži vien dažādas pazīmes. Turklāt, kalibrējot rentgena metodi, kas reaģē uz mikrodeformācijām, kas nosaka III veida spriegumus, uz paraugiem pēc stiepes vai spiedes spēkiem, t.i. patiesībā attiecībā uz pirmā veida spriegumiem tie pieļauj rupju būtisku kļūdu, par ko bieži vien nav aizdomas.

Kā redzat, ierosinātais fizikālās diagnostikas metožu klasifikācija, ļaujot paskatīties uz diagnostikas metodēm no citas, mazāk pazīstamas puses, dod pamatu aizdomāties par savienojuma mehānismu starp diagnostikai izmantoto fizisko lauku parametriem, izmērītajiem materiāla raksturlielumiem un materiāla īpašībām kopumā. , kā arī parāda, cik tuvu pētāmā materiāla izmērītajām īpašībām ir diagnostikai izmantotā fiziskā metode.

Citiem vārdiem sakot, fizikālo metožu klasifikācija iegūst fundamentālu raksturu materiāla sprieguma stāvokļa noteikšanas problēmas aspektā, norādot veidu, kā noteikt pārāk zemas uzticamības iemeslus. materiālu sprieguma stāvoklis.

9) Šeit ir lietderīgi atgādināt dažādu fizikālo metožu salīdzinošo pārbaužu rezultātus, mērot atlikušos spriegumus, kad izmērītās vērtības atšķīrās ne tikai kvantitatīvi, bet arī zīmē: dažas metodes runāja par materiāla saspiestu stāvokli, savukārt citi runāja par izstiepto stāvokli.

Tādējādi fizikālo metožu klasifikācija un analīze materiālu sprieguma stāvokļa diagnosticēšanai ar fizikālās diagnostikas metodēm ļauj izdarīt pirmo, nebūt ne sensacionālo, bet svarīgo secinājumu: mehāniskās diagnostikas metodes ir tiešas metodes materiālu īpašību izpētei, visas pārējās metodes (saskaņā ar piedāvāto klasifikāciju) ir netiešas.

4. Materiālu stāvokļa diagnostikas rezultātu ticamības novērtējums

Tātad praktiski visas materiālu sprieguma stāvokļa diagnostikas metodes ir vai nu netiešas, vai tiek izmantotas kā netiešas.

Netiešo metožu ideoloģiskais pamats ir noteiktu tuvināto funkciju izmantošana, kas biežāk iegūtas eksperimentāli un dažreiz teorētiski un atspoguļo objektīvi pastāvošo saistību starp reģistrētajām izmaiņām izmantojamā lauka parametros un materiāla stāvokļa faktiskajām izmaiņām. parasti izsaka ar atsevišķiem mehāniskiem raksturlielumiem vai noteiktu to īpašību kombināciju. Bet, tā kā šo savienojumu, kas ir materiāla iekšējās enerģijas transformācijas sekundāro parādību sekas, kas pavada tā stāvokļa maiņas procesu, nosaka daudzi faktori, netiešo metožu likumīgās pielietošanas jomu ierobežo pielietoto aproksimēšanas funkciju atbilstība pētāmajiem procesiem. kurā, noteikt šīs teritorijas robežas, ja iespējams, tad tikai kvalitatīvi.

Materiālā ievadīto lauku fundamentāli svarīgie parametri tā īpašību izpētei ir enerģijas parametri un, pirmkārt, intensitāte un momentānā jauda 10). Fakts ir tāds, ka pētāmajā materiālā ievadītais lauks, mijiedarbojoties ar paša materiāla laukiem, maina tā īpašības. Šajā gadījumā izmaiņu raksturu, lielumu un dzīves ilgumu 11) nosaka mijiedarbojošo lauku enerģiju dinamiskā attiecība. Visbiežāk materiāla īpašību izmaiņas diagnostikas procesā vienkārši netiek pamanītas, vai nu nepieņemot šādu izmaiņu iespējamību, vai, zinot par tām, apzināti atstāj novārtā, uzskatot, ka diagnostikai izmantoto lauku intensitāte ir zema. . Bet abos gadījumos mums ir vēl viens metodoloģisku kļūdu avots, mērot materiāla raksturlielumus ar netiešām metodēm. Un šīs kļūdas apjoms var būt ļoti liels.

10) Jauda - enerģija, ko ievades lauks pārraida caur apskatāmo virsmu laika vienībā. Intensitāte ir laika vidējā enerģija, ko ievades lauks pārnes caur vienu apgabalu, kas ir perpendikulārs enerģijas izplatīšanās virzienam, t.i. intensitāte ir vidējā īpatnējā jauda. Momentānā jauda - lauka jauda noteiktā laikā.

11) Kalpošanas laiks - nosacīts laika periods, kura laikā ārējās ietekmes izraisīto izmaiņu apjoms samazinās līdz iepriekš noteiktai vērtībai. Izmaiņu mūža ilgumu nosaka atslābuma un aizkavēšanās (pēcefekta) ātruma attiecība.

Turklāt, lielākā daļa metožu, apgalvojot, ka kvantitatīvi nosaka materiāla izmērītās īpašības, ir relatīvi, jo tie ir balstīti uz pielietotā fiziskā lauka informatīvā parametra izmaiņu mērīšanu materiāla noslogotā un nenoslogotā stāvoklī. Tas tiek panākts, vai nu noņemot slodzi no pētāmā objekta (kas praksē reti ir iespējams), vai arī izmantojot liecinieku paraugus, kas tiek salīdzināti ar pētāmo objektu. Skaidrs, ka abi varianti ieviest papildu kļūdu ar nezināmu vērtību: pirmajā gadījumā - relaksācijas-aizkavēšanas procesu plūsmas dēļ, otrajā - gan mērījumu apstākļu, gan parauga un paša objekta materiālu neidentitātes dēļ, kuriem ne tikai ir atšķirīga vēsture, bet visbiežāk ir arī forma.

Tādēļ šie, kas iepriekš nav ņemti vērā, metodoloģiskas kļūdas 12) mehānisko raksturlielumu noteikšana ar netiešām metodēm - iegūtās mērījumu kļūdas galvenā sastāvdaļa; nav iespējams kvantitatīvi noteikt. Un tas nozīmē, ka ar šo pieeju nav pareizi runāt par mehānisko raksturlielumu mērīšanas ar netiešām metodēm kvantitatīvo rezultātu ticamību.

12) Metodoloģiskās kļūdas tradicionāli tiek uzskatītas par kļūdām, kas saistītas ar mērīšanas procesa - mērīšanas metodikas pareizību, kas, kā izriet no iepriekš minētā, rada fundamentālas kļūdas.

Pēdējā piezīme ir patiesa arī tāpēc, ka nav pietiekami pārliecinošas ekspertu metodes materiāla sprieguma stāvokļa noteikšanas pareizības un ticamības novērtēšanai.

Patiešām, viena no visizplatītākajām spriegumu mērīšanas metodēm - metode, izmantojot deformācijas mērītājus, kas bauda speciālistu maksimālu uzticību, lai arī cik dīvaini tas nešķistu, ir arī netieša un attiecas uz elektrisko, jo tā izmanto atkarību no sprieguma mērīšanas. sensora elements tā ģeometriskajos izmēros. Tas ir, patiesībā šī ir netieša deformācijas mērīšanas metode, kas, protams, ir saistīta ar mehāniskā sprieguma lielumu caur elastības moduli, bet diemžēl ne tikai ar to. Tāpēc tenzometriskās metodes spriegumi mērīšanai ir ierobežotas ar elastīgo apgabalu, savukārt, jo mazāk mēs zinām par pētāmā materiāla īpašībām, jo ​​mazāk varam teikt par spriegumu, turklāt ne materiālā, bet tikai uz tās virsmas.

Pat destruktīvas metodes, piemēram, caurumu metode, kolonnu metode vai trepanēšanas metode un citas, patiesībā joprojām nevar būt atsauces, jo tās rada savus atlikušos spriegumus, kas saistīti ar materiāla apstrādi, urbjot caurumus vai frēzējot kolonnas. .

Un, visbeidzot, visu nesagraujošo metožu galvenais un nepatīkamākais trūkums ir tas, ka, ļaujot vienai vai otrai (pat ja lielai) kļūdai novērtēt sprieguma lielumu, tas neļauj noteikt deformāciju raksturu. ko izraisa spriegumi, kas faktiski pastāv materiālā, t.i. noteikt materiāla stāvokli (trausls vai plastisks) un novērtēt, cik tas ir tuvs materiāla kritiskajiem stāvokļiem (raža vai lūzums). Iemesls iekšā ierobežotas metožu informatīvās iespējas, kas tradicionāli mērījumiem izmanto ne vairāk kā 4 neatkarīgus diagnostikā izmantojamo fizisko lauku informatīvos parametrus.

5. Secinājumi

Tādējādi, atzīmējot mūsdienu nesagraujošo materiālu un konstrukciju diagnostikas metožu un rīku augstāko attīstības līmeni, jākonstatē ne tikai līdzekļu trūkums, lai droši noteiktu materiālu sprieguma-deformācijas stāvokļa raksturlielumus ekspluatējamās konstrukcijās. objekti, bet neiespējamība novērtēt pašu uzticamību rezultātus.

Apkopojot analīzes rezultātus, mēs varam izdarīt šādus secinājumus:

• visas šobrīd zināmās diagnostikas metodes, izņemot mehāniskās, ir netiešas un relatīvas;
• ultraskaņas metožu daudzveidība norāda uz to potenciāli augsto informācijas saturu, tomēr šobrīd esošie instrumenti izmanto ne vairāk kā 4 neatkarīgus informatīvos parametrus;
• ultraskaņas metodes, kas realizēti ar zināmiem tehniskiem līdzekļiem, ar visu to dažādību, kas ir integrālā spektrālā vai integrālā amplitūdas fāze, tiek izmantotas kā netiešās metodes;
• visi šobrīd zināmie diagnostikas rīki mēra tikai noteiktus izmantoto fizisko lauku parametrus, kas parasti ir saistīti nevis ar mehāniskiem spriegumiem, bet gan ar noteiktu materiāla SSS īpašību kopumu, turklāt saistīti ar nepietiekami izpētītiem un ne vienmēr monotoniem un nepārprotamiem modeļiem;
• nav iespējams noteikt materiāla sprieguma stāvokļa raksturlielumu mērīšanas metodiskās kļūdas raksturu un lielumu;
• uzticamība un turklāt precizitāte materiāla sprieguma stāvokļa raksturlielumu mērīšanai ar nesagraujošām fizikālām metodēm, ko norādījuši diagnostikas rīku izstrādātāji, radīt nopietnas šaubas;
• nav pietiekami pārliecinošas ekspertu metodes materiāla sprieguma stāvokļa raksturlielumu noteikšanas pareizības novērtēšanai ar nesagraujošām fizikālām metodēm.

6. SSS diagnostikas nesagraujošo metožu izmantošanas zemās efektivitātes iemeslu analīze un sistematizācija.

Acīmredzamais iemesls tam, ka tik ilgi nav būtiski paaugstināta kritisko objektu drošas ekspluatācijas noteikumu un nosacījumu novērtējuma un prognozēšanas ticamības pakāpe, ir spēka speciālistu un diagnostikas metožu un rīku izstrādātāju nevienprātība. Šī nesaskaņa noved pie tā, ka stiprības speciālisti objektīvu raksturlielumu trūkuma dēļ, kas atspoguļo materiāla pašreizējā brīdī izveidojušās īpašības, izstrādā dažādas aprēķinu metodes, pamatojoties uz jebkādiem pieejamajiem raksturlielumiem, kas vismaz kvalitatīvi, vismaz daļēji. , sniedz priekšstatu par materiāla pašreizējo stāvokli. Un diagnostikas metožu un līdzekļu izstrādātāji - lieliskā izolācijā "ievēra galvu" atlikušo spriegumu noteikšanas metožu un līdzekļu meklējumos, dažkārt nedomājot par mērījumu rezultātu ticamību.

Šo acīmredzamo iemeslu SSS diagnostikas rīku izmantošanas nepietiekamajai efektivitātei konstrukciju materiāliem objektu resursu novērtēšanā var formulēt stingrāk: zinātniski pamatotas koncepcijas trūkums materiālu sprieguma-deformācijas stāvokļa (SSS) diagnosticēšanai un vispārējā kompleksās diagnostikas koncepcija. Šāds formulējums joprojām ir privāts, it kā neskar stāvokli spēka speciālistu vidū, taču tajā jau ir ietverti konstruktīvisma elementi, jo tas norāda uz darbības virzienu un prasa dziļāku pašreizējās situācijas analīzi.

Turpmākās analīzes rezultāti liecina, ka patiesie pamatproblēmas "stagnācijas" cēloņi ir sarežģītāki un veido divas problēmas, kas kopīgas spēka zinātnei un diagnostikas metožu zinātnei:

• ideoloģiski: skaidras izpratnes trūkums par noteikta skaita neatkarīgu materiāla pamatīpašību noteicošo lomu un to funkcionāli noteicošo saistību ar materiāla sprieguma-deformācijas stāvokļa (SSS) īpašībām, un rezultātā uz pierādījumiem balstītas metodoloģijas trūkums kas definē konstrukciju materiālu sprieguma-deformācijas stāvokļa diagnostikas mērķus, uzdevumus un kritērijus;

  Patiešām, prasību trūkums izmērītajiem SSS raksturlielumiem, metroloģiskā pamata trūkums mērinstrumentu sertifikācijai un materiālu SSS raksturlielumu pārbaudei rada neskaidras sākotnējās prasības un kļūdainu metodisko pieeju izstrādātajiem instrumentiem, kas nozīmē ne tikai nepieņemami zema mērījumu rezultātu ticamība, bet bieži vien un neiespējamība pareizi noteikt izmantotā fizikālā lauka izmērīto parametru un izmērīto pētāmā materiāla fizikālo īpašību. Turklāt rezultātu ticamību (ja, kā minēts iepriekš, par to kopumā ir iespējams runāt) ir gandrīz neiespējami novērtēt metodisko un metroloģisko ieteikumu un standartu trūkuma dēļ.

• fiziskais: nepietiekama izpratne un dažos gadījumos zināšanu trūkums par lauka mijiedarbības fizikālajiem procesiem, ko izmanto, lai diagnosticētu materiāla īpašības ar saviem laukiem, un līdz ar to izpratnes trūkums par nepietiekams nesagraujošo metožu un diagnostikas līdzekļu informācijas saturs izmanto, lai pētītu materiāla iekšējās enerģijas pārdales sarežģītos fizikālos procesus, kas izteikti 1., 2. un 3. veida spriegumu pārdalē, ko nosaka materiāla galvenie raksturlielumi un tajā pašā laikā nosaka tā Materiāla SSS.

  Jāuzsver, ka pēdējos gados ir bijušas bīstamas tendences vienkāršotai pieejai sarežģītu objektu atlikušā mūža novērtēšanā. Daži atlikušo spriegumu mērīšanas līdzekļu izstrādātāji, veicot pētījumus par paraugiem ar vienpusēju slodzi, iegūst labu korelāciju starp viena vai labākajā gadījumā divu izmantoto fizisko lauku parametru mērījumiem ar slodzes vērtību, kas mainās līdz destruktīvai. Nepūloties pētīt materiālu noturības pret ārējām slodzēm procesus, nemēģinot izprast iznīcināšanas mehānismus, iegūtos rezultātus pārnes uz reāliem objektiem, uzskatot, ka ir izstrādāts unikāls līdzeklis pētāmā objekta atlikušā mūža mērīšanai. Tas vismaz diskreditē jaunus interesantus risinājumus, bet, pats galvenais, šādas pieejas cena visgrūtākajai atlikušā mūža aprēķināšanas problēmai var būt briesmīga.

SSS diagnostikas rīku izmantošanas nepietiekamas efektivitātes iemeslu analīze konstrukciju materiāliem, novērtējot sarežģītu tehnisko konstrukciju resursus, parāda to objektivitāti, kuras svarīgākajām sekām morālajā aspektā vajadzētu būt taisnīgam atbildības sadalījumam par konstrukciju materiāliem. nepieciešamo materiālu īpašību diagnostikas instrumentu trūkums starp stiprības speciālistiem un diagnostikas metožu un instrumentu izstrādātājiem. Atbildības vienlīdzības apzināšanās noteikti satuvinās abu pušu pozīcijas, faktiski risinot vienu problēmu - nodrošināt pieņemamas garantijas objektu drošībai, taču centienus var apvienot tikai ar konstruktīvu pieeju.

Bet pats galvenais, analītiski sagrupētie iemesli jau iegūst citu, aktīvu, konstruktīvu raksturu, norādot uz veidu, kā atrisināt aktuālāko sarežģītu tehnisko objektu ekspluatācijas drošības nodrošināšanas problēmu.

7. Piedāvājumi

Pēc autoru domām, lai atrisinātu konstrukciju materiālu un jo īpaši metināto savienojumu sprieguma-deformācijas stāvokļa īpašību ticamas mērīšanas problēmu, ir jāveic šādi pasākumi:

7.1. Izstrādāt vienotas zinātniski pamatotas prasības materiāla sprieguma-deformācijas stāvokļa mērīšanas metodēm un līdzekļiem. Šīm prasībām jābūt:

• iziet no skaidra priekšstata par materiāla noteicošo nozīmi un neatkarīgo pamatīpašību saistību - tas ir ideoloģiskais pamats;
• ir jauna metožu un līdzekļu klasifikācija materiālu sprieguma-deformācijas stāvokļa raksturlielumu mērīšanai kopumā un jo īpaši metinātajiem savienojumiem;
• satur klasifikācija, saraksts un kritēriji materiāla galveno īpašību un tā SSS īpašību novērtēšanai, un šīm īpašībām, no vienas puses, ir jābūt pakļautām obligātie mērījumi diagnozē materiāla stāvokli un, no otras puses, ir jāpakļaujas obligāta izmantošana kā pamata raksturlielumi, veicot aprēķinus faktiskais vai paredzamais resurss. Protams, tas prasīs resursa aprēķināšanas metožu pielāgošanu, taču tikai tādā veidā, radot apstākļus spēka zinātņu un diagnostikas zinātņu konverģencei, ir iespējams atrisināt vajadzīgā līmeņa sasniegšanas problēmu. objektu drošība.

7.2. Izstrādāt metroloģiskās verifikācijas un SSS parametru mērīšanas līdzekļu sertifikācijas metodiku un līdzekļus, kas ļaus objektīvi novērtēt izstrādāto rīku efektivitāti un precizitāti. Protams, uzticamas ekspertu metodes izveide diagnostikas rīku pārbaudei šķiet ļoti grūts uzdevums, kura risinājums var aizkavēties. Tomēr ir steidzami, vismaz nosacīti, jāievieš vienota standarta pārbaudes līdzekļu sistēma (piemēram, paraugi vai metodes). Šāda vienota sistēma ļaus ne tikai sakrīt pareizi dažādas diagnostikas metodes, bet vēlāk tas var kļūt par kādu diagnostikas rezultātu vērtēšanas kritēriju prototipu.

7.3. Jāsāk izstrādāt normatīvie dokumenti, kas reglamentē materiālu SSS parametru mērīšanu objektu diagnostikā atkarībā no to iespējamās bīstamības cilvēkiem un videi kategorijas.

2003.gadā pēc autoru iniciatīvas kopā ar Valsts standarta TK-132 "Tehniskā diagnostika" tika izstrādāts standarta projekts "Negraujošā kontrole. Rūpniecības un transporta objektu spriedzes-deformācijas stāvokļa kontrole, novērtējot iekārtas. dzīve. Vispārīgās prasības". Šis standarta projekts ir iesniegts apspriešanai ieinteresētajām organizācijām un privātpersonām.

Noslēgumā mēs atzīmējam, ka, lai pētītu sarežģītus materiāla pašenerģijas pārdales procesus ārējā spēka, magnētisko un citu lauku iedarbībā, būs nepieciešamas zināšanas no zinātnes jomām, kuras, šķiet, ir tālu no praktisko problēmu risināšanas: kvantu fizika, cietvielu fizika, metālu fizika, dislokācijas teorija, elastības, plastiskuma un izturības teorijas, lūzumu mehānika, elektromagnētiskā lauka teorija un pat radiotehnikas pamati. Tas, protams, nosaka augsto prasību līmeni speciālistiem, kuri izstrādā dažādas PVN kontroles metodes. Jāuzsver, ka konstrukciju materiālu SSS diagnostika ir augstāka līmeņa diagnostika pēc defektu noteikšanas un prasa jaunu ideoloģiju, jaunu koncepciju. Tikai jauna koncepcija spēj ne tikai saskaņot dažādas nesagraujošās pārbaudes fizikālās metodes, kas šobrīd "karo" šajā jaunajā diagnostikā, kas lieliski sadzīvoja un papildināja viena otru defektu noteikšanā, bet, ņemot vērā specifiku savas fiziskās "attiecības", apvienot tās vienā sistēmā, kas var ievērojami paātrināt sarežģītu tehnisko objektu atlikušā mūža novērtējuma uzticamības palielināšanas problēmu risināšanu.

Izgudrojums attiecas uz materiālu fizikālo īpašību nesagraujošās pārbaudes jomu. Metode sastāv no pētāmā objekta virsmas magnētisko lauku parametru mērīšanas un iekšējo spriegumu anomālajām zonām atbilstošu dislokāciju uzkrāšanās zonas noteikšanas. Tiek izmērīta magnētiskā lauka intensitātes normālās komponentes maksimuma absolūtā vērtība, papildus tiek mērīta materiāla magnētiskā caurlaidība maksimālā stipruma zonā un aprēķināta iekšējo spriegumu vērtība, pēc kuras tiek vērtēts pētāmā materiāla spriedzes-deformācijas stāvoklis. Papildus ir iespējams noteikt magnētiskā lauka intensitātes tangenciālās komponentes maksimuma virzienu, izmērīt tā absolūto vērtību un aprēķināt maksimālo iekšējo spriegumu vektoru. Turklāt, izmantojot kādu no labi zināmām metodēm, var izmērīt attālumu no pētāmā objekta virsmas līdz patoloģisku iekšējo spriegumu zonai, aprēķināt šajā zonā uzkrāto enerģijas daudzumu, pēc kura var spriest par pētāmā objekta virsmas pakāpi. plaisu rašanās un augšanas aktivitāte. Izgudrojums dod iespēju iegūt iekšējo spriegumu kvantitatīvos raksturlielumus. 4 w.p. f-ly.

Izgudrojums attiecas uz strukturālu, pārsvarā feromagnētisko, materiālu fizikālo īpašību nesagraujošās testēšanas jomu ar magnētiskām metodēm, un to var izmantot, lai izmērītu materiālu un metināto savienojumu sprieguma-deformācijas stāvokļa raksturlielumus dažādu konstrukciju daļās. kritiskiem mērķiem, piemēram, metinātās un kniedētās kopnēs, cauruļvadu sienās, augstspiediena tvertnēs un citos objektos enerģētikā, ķīmiskajā rūpniecībā, mašīnbūves nozarē un dažāda veida transportā, kas ekspluatācijas laikā saskaras ar ievērojamu slodzi. Mūsdienu diagnostikā ir liels dažādu līdzekļu un metožu arsenāls materiālu mehānisko īpašību mērīšanai, un galveno vietu šajā arsenālā ieņem atlikušo un darba iekšējo spriegumu mērīšanas metodes un līdzekļi. Visas zināmās magnētiskās metodes konstrukcijas materiālu diagnosticēšanai var iedalīt divās grupās: aktīvās - ar noteiktas orientācijas "piespiedu" magnētiskā lauka izveidi pētāmās daļas materiālā un pasīvās - izmantojot produkta atlikušo magnetizāciju. ko izraisa dabiskas vai mākslīgas izcelsmes ārējie magnētiskie lauki. Zināmo aktīvo magnētisko metožu trūkumi konstrukcijas materiālu stāvokļa diagnosticēšanai ir raksturīgi šo metožu pašai fiziskajai būtībai un izpaužas kā pilnīga nejutība pret materiālu anomālijām, kas atrodas detaļas dziļumā, kā arī pret anomālijām (pat plaisām). ), kas atrodas uz detaļas virsmas, bet orientēts pa magnētiskā lauka līnijām.lauki. Zināmās pasīvās magnētiskās metodes feromagnētisko konstrukcijas materiālu sprieguma un deformācijas stāvokļa noteikšanai ir smalkāks instruments, jo tās ļauj kvalitatīvi izsekot atlikušo spriegumu izmaiņām ārējo spēku ietekmē. Pasīvo magnētisko metožu trūkumi ir zemā jutība pret anomālijām, kas atrodas materiāla dziļumā, un sprieguma-deformācijas stāvokļa noteikšanas rezultātu neskaidrība. Šīs metodes ir balstītas uz materiāla magnētisko raksturlielumu atkarību no tā struktūras vai fāzes stāvokļa, ko nosaka materiāla tehnoloģiskā vai ekspluatācijas vēsture un sāk manāmi mainīties tikai pie lielām plastisko deformāciju vērtībām, kas atbilst tuv. - mehānisko spriegumu līmeņu ierobežošana. Turklāt šobrīd zināmie diagnostikas rīki mēra tikai noteiktus izmantoto fizisko lauku parametrus, kas parasti ir saistīti nevis ar mehāniskiem spriegumiem to tīrā veidā, bet gan ar materiāla sprieguma-deformācijas stāvokļa raksturlielumu kopumu, turklāt, kas saistīti ar nepietiekami pētītas un ne vienmēr monotonas un nepārprotamas atkarības . Tas nozīmē, ka izmērītie parametri nevar ticami raksturot materiāla stāvokli. Vistuvākā ir metode atlikušo spriegumu zonu noteikšanai izstrādājumos, kas izgatavoti no feromagnētiska materiāla, kas sastāv no izkliedētā magnētiskā lauka intensitātes normālo un tangenciālo komponentu mērīšanas katrā no dotā punktu kopuma uz pētāmā objekta virsmas. , salīdzinot magnētiskā lauka intensitātes komponentu izmērītās vērtības un punktus, kuros sprieguma normālās un tangenciālās sastāvdaļas ir vienādas, nosaka atlikušo spriegumu zonas robežas. Šīs atlikušo spriegumu zonu noteikšanas metodes trūkums ir liela kļūda, ko izraisa magnētiskā lauka intensitātes normālo un tangenciālo komponentu vienādības robežu ievērojama izplūšana, jo tangenciālā komponente ir ļoti atkarīga no attāluma. uz pētāmā objekta virsmu un tā mērīšanas virzienu. Tomēr galvenais šīs un visu citu zināmo metožu trūkums konstrukcijas detaļu materiāla sprieguma-deformācijas stāvokļa raksturlielumu noteikšanai ir neiespējamība iegūt pētāmo raksturlielumu absolūtās vērtības, uzrādot kvantitatīvo tuvuma pakāpi. konstrukcijas materiālā faktiski esošo sprieguma-deformācijas stāvokli uz kritisko. Turklāt jāatzīmē, ka vairumā gadījumu termins "atliekošie spriegumi" tiek lietots nepareizi, jo jebkurā ekspluatācijas konstrukcijā paliekošie spriegumi darbojas kopā ar ekspluatācijas slodzes spriegumiem un spriegumiem, kas rodas materiāla novecošanas un degradācijas laikā, tāpēc mums vajadzētu runāt par "iekšējiem spriegumiem". Ar šo izgudrojumu risināmie uzdevumi ir iegūt strukturālo materiālu (galvenokārt feromagnētisko metālu) sprieguma-deformācijas stāvokļa kvantitatīvos raksturlielumus, vienlaikus palielinot rezultātu jutīgumu, precizitāti un ticamību, izmantojot struktūras mikrodefektu radītos iekšējos magnētiskos laukus. - dislokācijas un to kopas. Izstrādātā metode nodrošina:

Iekšējo spriegumu kvantitatīvo raksturlielumu iegūšana;

Kvantitatīvās informācijas iegūšana par bīstamības vai aktivitātes pakāpi, kas sākas un veidojas plaisas;

Iekšējo spriegumu sadalījuma skalāro un vektoru lauku rekonstrukcija;

Konstrukcijas materiālu sprieguma-deformācijas stāvokļa izmaiņu dinamikas prognozēšanas iespēja reālos ekspluatācijas apstākļos. Uzdevumu risinājums tiek panākts ar to, ka detaļu un konstrukciju materiālu sprieguma-deformācijas stāvokļa raksturlielumu noteikšanas metodē, kas sastāv no magnētisko lauku parametru mērīšanas uz pētāmā objekta virsmas, ar mainot kurām tiek noteiktas iekšējo spriegumu anomālajām zonām atbilstošās dislokāciju uzkrāšanās zonas, magnētiskā lauka intensitātes maksimālās normālās komponentes absolūtā vērtība, papildus izmērīt materiāla magnētisko caurlaidību maksimālās intensitātes zonā, aprēķināt vērtību. iekšējo spriegumu, ko izmanto, lai spriestu par pētāmā materiāla sprieguma-deformācijas stāvokli. Turklāt papildus tiek noteikts magnētiskā lauka intensitātes tangenciālās komponentes maksimuma virziens, izmērīta tā absolūtā vērtība un aprēķināts maksimālo iekšējo spriegumu vektors. Turklāt viena no zināmajām metodēm mēra attālumu no pētāmā objekta virsmas līdz anomālo iekšējo spriegumu zonai, aprēķina šajā zonā uzkrāto enerģijas daudzumu, pēc kura spriest par plaisu rašanās pakāpi. un izaugsmes aktivitāte. Papildus tiek veikti mērījumi pa visu pētāmā objekta virsmu, veikti nepieciešamie aprēķini un izveidoti iekšējā spriegumu sadalījuma skalārie vai vektoru lauki. Un, visbeidzot, mērījumi tiek atkārtoti, pēc noteikta pētāmā objekta darbības perioda tiek salīdzināti iekšējo spriegumu sadalījuma lauki un materiāla noārdīšanās ātrums tiek novērtēts pēc sprieguma vērtību starpības un zonas un virziena. iespējamo iznīcināšanu nosaka lauku izmaiņu raksturs. Piedāvātās metodes būtība slēpjas metālu kristāliskās struktūras defektu īpašību - dislokāciju - praktiskā pielietojuma aspektā mazpazīstamu un neizpētītu. Dislokācijai kā reālam dzīves objektam ir ļoti reālas fizikālās īpašības elektromagnētisko lauku nelīdzsvarotības dēļ, ko izraisa kristāla atomu režģa elementu lokāla iznīcināšana. Feromagnētiskā materiāla gadījumā režģa elements ir kubs ar atomiem tā stūros, un viss režģis ir stingra telpiska struktūra. Šīs kārtības iznīcināšana izpaužas kā pusplaknes parādīšanās, kas ir sava veida ķīlis, uz kura robežām ir "norauts" elektriskie lādiņi un griešanās momenti. Pārmērīga brīvo elektronu daudzuma klātbūtne abās robežu pusēs ļauj kompensēt elektrisko lādiņu nelīdzsvarotību, tomēr "jaunie" elektroni nespēj kompensēt griešanās momentu atšķirību, kas noved pie tā parādīšanās. elementāra magnētiskā momenta - paša dislokācijas magnētiskā lauka avota. Tā kā materiālā pat nenospriegotā stāvoklī ir ievērojams skaits dislokāciju, materiāls ir patvaļīgi orientētu "magnētu" kopums, kas rada savu neatņemamo materiāla magnētisko lauku. Ideālā, viendabīgā izotropā materiālā magnētiskā lauka stiprums, ko rada dislokāciju magnētiskie momenti, būs vienāds ar nulli. Bet jebkura materiāla neviendabīgums, kas ir raksturīgs visiem reālajiem materiāliem, izraisa dislokāciju pārvietošanos un grupēšanu, kā rezultātā rodas dislokāciju kopas, kurām ir ievērojami lieli magnētiskie momenti. Tas ir iemesls magnētiskā lauka intensitātes nevienmērībai. Tā kā feromagnētisko materiālu magnētiskā pretestība ir maza, dislokāciju klasteru radītās magnētiskās plūsmas, vektoriski summējot, izplatīsies visā pētāmā materiāla tilpumā ar minimāliem zudumiem, kas ļauj reģistrēt dislokāciju kopas, kas atrodas ne tikai uz pētāmās daļas virsmu, bet arī materiāla biezumā un pat detaļas pretējā pusē. Tas izskaidro jaunās metodes augsto jutīgumu. Tādējādi principiālā atšķirība starp piedāvāto metodi un zināmajām magnētiskajām metodēm ir tāda, ka tiek mērīti dislokāciju un to kopu raksturīgo magnētisko lauku parametri, savukārt visas zināmās magnētiskās metodes mēra izkliedētus laukus, t.i. mākslīgi radīto magnētisko lauku novirzes, ko izraisa pētāmā materiāla neviendabīgums. Tajā pašā laikā mākslīgi izveidotie lauki, kuriem ir daudz lielāka enerģija nekā dislokāciju kopu iekšējie lauki, gandrīz pilnībā nomāc pēdējo. Jāatzīmē, ka piedāvāto metodi principā var izmantot diamagnētisko materiālu diagnostikā. Tomēr pastāv nopietnas tehniskas komplikācijas, kas saistītas ar šo materiālu augsto magnētisko pretestību un rada nepieciešamību nodrošināt augstu uztveršanas ceļa jutīgumu un dziļu ārējo magnētisko lauku kompensāciju. Paramagnētisko materiālu gadījumā piedāvātās metodes pielietošana nav iespējama, jo to kristāla struktūras elements ir seju vai ķermeni centrēts kubs, kura iznīcināšana neizraisa magnētisko momentu nelīdzsvarotību. Metode tiek īstenota šādi. Pārvietojot magnētiskā lauka intensitātes sensoru pa pētāmā objekta virsmu, pēc ierīces rādījumiem tiek atrasts globālais vai lokālais maksimums un tiek izmērīta stiprības normālās komponentes vērtība - H z, tad absolūtā magnētiskā caurlaidība. a no materiāla maksimālajā zonā mēra, izmantojot kādu no zināmajām metodēm. Ja izmantotā ierīce mēra relatīvo magnētisko caurlaidību, tad absolūto aprēķina pēc formulas:

Kur 0 ir vakuuma absolūtā magnētiskā caurlaidība. Tā kā dislokācija vai to uzkrāšanās ir magnētiskais dipols, spēku, kas iedarbojas uz dipola galiem - kristāla struktūras elementa defekta robežām - topošās plaisas malām, nosaka pēc šādas formulas:

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

kur B z ir magnētiskās indukcijas projekcija uz izstrādājuma virsmas normālu maksimālā sprieguma zonā, un:

Bz = a Hz; (3)

Šeit S d ir virsmas laukums, kurā iekļūst magnētiskā plūsma. Bet, tā kā šī virsma ir virsma, uz kuras darbojas magnētiskā lauka spēks, ir iespējams noteikt sprieguma projekcijas lielumu, kas darbojas dislokācijas zonā vai to uzkrāšanās:

Z \u003d F z: S d \u003d a (H z) 2. (4)

Tādējādi tiek iegūts kvantitatīvs iekšējo spriegumu lieluma novērtējums, kas iedarbojas uz sākumposma vai augoša defekta zonā. Šajā variantā metodi ir lietderīgi pielietot plāno izstrādājumu materiāla sprieguma-deformācijas stāvokļa noteikšanā ar vienpusēju slodzi. Veicot līdzīgas darbības punktos, ko nosaka dota vai izvēlēta koordinātu režģis, ir iespējams izveidot skalāru lauku iekšējo spriegumu sadalījumam. Lai iegūtu pilnīgāku beztaras izstrādājumu materiāla sprieguma-deformācijas stāvokļa raksturojumu vai sarežģītas slodzes gadījumā, nepieciešams papildus izmērīt magnētiskā lauka intensitātes tangenciālo komponenti tajos pašos punktos, kur tika mērīta parastā komponente. . Lai to izdarītu, pagriežot spriegojuma sensoru, atrodiet tangenciālās komponentes maksimālo vērtību - H , izmēra tās vērtību un leņķi - starp maksimālās tangenciālās komponentes virzienu un vienu no izmantotās koordinātu sistēmas asīm. Šajā gadījumā magnētiskā lauka intensitātes vektoru nosaka modulis - |H| un vadotnes leņķi - un . Lai aprēķinātu moduli - |H| un leņķi plaknē, kas ir perpendikulāra pārbaudāmā objekta virsmai, izmanto šādas formulas:

|H| \u003d [(Hz)2 + (H)2] 0,5 (5)

Arctg(H z:H ). (6)

Pēc tam, veicot aprēķinus, kas līdzīgi iepriekš dotajiem, var iegūt pilnus iekšējā sprieguma vektora raksturlielumus atsevišķā punktā (lokālajā zonā) un izveidot iekšējo spriegumu sadalījuma vektoru laukus pētāmajā produktā. Turklāt, ja mēs izmērām attālumu līdz anomālajai zonai L un tās biezumu L ar jebkuru piemērotu zināmu metodi (piemēram, ultraskaņu) un aprēķinām zonas S 3 laukumu, izmantojot šīs zonas koordinātas kartē. spriegumu lauku sadalījumu, tad varam aprēķināt W 3 - vērtību, kas uzkrāta dislokāciju klasterī un nosaka plaisas kodola veidošanās vai augšanas aktivitāti:

Jāņem vērā, ka iepriekš minētās formulas parāda materiāla sprieguma-deformācijas stāvokļa raksturlielumu parametru aprēķināšanas metodi un var izmantot aptuveniem aprēķiniem vienkāršas formas objektos. Pētot reālus objektus, kā arī lai iegūtu precīzākus rezultātus, ir jāņem vērā objekta un zonas ģeometrija, kas ietekmēs formulas, ieviešot funkcijas, kas raksturo ģeometriju un sadalījuma raksturu. magnētiskā lauka intensitāti un pārslēdzoties uz integrāciju virs virsmas iekšējiem spriegumiem un pārmērīgu enerģijas apjomu. Šajā gadījumā tāda paša veida objektiem var izstrādāt īpašas programmas. Ņemti vērā informācijas avoti

1. Ierīces materiālu un izstrādājumu nesagraujošai pārbaudei. Rokasgrāmata, 2. sēj., -M: Mashinostroenie, 1986. 2. Nesagraujošā pārbaude. , princis. 3., Elektromagnētiskā vadība, - M .: Augstskola, 1992. 3. Krievijas Federācijas patents, M. klase. G 01 L 1/12, N 1727004, 1990 4. Ch. Kittel, Elementary Solid State Physics, - M.: Nauka, 1969 5. Fridman Ya. B., Mechanical properties of Mets, Ch. 1., Ch. , Ed. "Inženierzinātnes", Maskava, 1974

PRETENZIJA

1. Detaļu un konstrukciju materiālu sprieguma-deformācijas stāvokļa raksturlielumu noteikšanas metode, kas sastāv no pētāmā objekta virsmas magnētisko lauku parametru mērīšanas, ar kuru mērījumiem tiek izmērītas dislokāciju uzkrāšanās zonas, kas atbilst tiek noteiktas iekšējo spriegumu anomālās zonas, kas raksturīgas ar to, ka tiek mērīta sprieguma normālās sastāvdaļas maksimuma absolūtā vērtība magnētiskais lauks, papildus tiek mērīta materiāla magnētiskā caurlaidība maksimālā spriedzes zonā, aprēķināta iekšējo spriegumu vērtība, ko izmanto, lai spriestu par pētāmā materiāla spriedzes-deformācijas stāvokli. 2. Metode saskaņā ar 1. punktu, kas raksturīga ar to, ka papildus nosaka magnētiskā lauka intensitātes tangenciālās komponentes maksimuma virzienu, mēra tā absolūto vērtību un aprēķina maksimālo iekšējo spriegumu vektoru. 3. Metode saskaņā ar 1. vai 2. punktu, kas raksturīga ar to, ka papildus viena no zināmajām metodēm mēra attālumu no pētāmā objekta virsmas līdz anomālo iekšējo spriegumu zonai, aprēķina šajā zonā uzkrāto enerģijas daudzumu, kas izmanto, lai spriestu par nukleācijas aktivitātes pakāpi un plaisu augšanu. 4. Metode saskaņā ar 1. vai 2. punktu, kas raksturīga ar to, ka mērījumus veic pa visu pētāmā objekta ķermeni un pēc atbilstošiem aprēķiniem izveido iekšējo spriegumu skalāro vai vektoru lauku sadalījuma attēlu. 5. Metode saskaņā ar 4. punktu, kas raksturīga ar to, ka mērījumus atkārto pēc noteikta pētāmā objekta darbības perioda, tiek salīdzināti iekšējo spriegumu lauku sadalījuma modeļi un materiāla noārdīšanās ātrums tiek novērtēts pēc pētāmā objekta darbības laika. sprieguma vērtību atšķirības, un iespējamās iznīcināšanas zona un virziens tiek noteikts, mainot lauku modeli.