Неразрушающий контроль

Применение метода акустоупругости для измерения двухосных напряжений в изделиях и конструкциях

 

19 мая 2005 года в рамках IV Международной выставки "NDT-2005" фирма "ИНКОТЕС" провела научно-технический семинар "Применение метода акустоупругости для измерения механических напряжений в изделиях и конструкциях".






ДОКЛАДЫ


1. Н. Е.Никитина, доктор техн. наук, главный научный сотрудник Нижегородского филиала Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН, ведущий инженер фирмы "ИНКОТЕС". "Определение плоского напряженного состояния элементов конструкций на основе явления акустоупругости"
Изложены основные принципы применения явления акустоупругости для определения двухосного (плоского) напряженного состояния конструкционных материалов с помощью объемных волн, распространяющихся по нормали к плоскости действия напряжений. Приведены простые расчетные алгоритмы для вычисления напряжений растяжениясжатия, действующих вдоль осей симметрии материала, по результатам измерения времени распространения импульсов сдвиговых и продольных волн. Построение алгоритмов основано на использовании безразмерных акустических параметров, не зависящих от изменения акустического пути при изменении напряженного состояния элемента конструкции, и на использовании в расчетах величин упругоакустических коэффициентов, определяемых при одноосном растяжении (сжатии) стандартных образцов материала конструкции.
Даны практические рекомендации по повышению точности измерения временных интервалов, характеризующих распространение упругих волн миллиметрового диапазона в конструкционных материалах, обладающих внутренней структурой, оказывающей существенное влияние на распространение импульсов продольных и сдвиговых волн.

Приведены практические примеры определения сварочных напряжений и их изменения в результате термо- и виброобработки сварных конструкций, предложены оригинальные способы определения напряжений при неизвестных начальных значениях акустических параметров, что характерно для длительно эксплуатируемых нагруженных конструкций.



2. С. В.Лежнев, "ИНКОТЕС", зам. главного инженера по новой технике. "Аппаратная реализация метода акустоупругости для измерения механических напряжений в изделиях и конструкциях".
Приведено описание прибора нового поколения - ультразвукового измерителя механических напряжений "ИН-5101А", в котором используется эффект акустоупругости, возникающий в материале при нагружении.
Рассмотрены основные возможности, характеристики и особенности программного обеспечения и аппаратной части прибора.
Прибор разработан и изготавливается инженерной фирмой "ИНКОТЕС".


3. С. В. Казачек, "ИНКОТЕС", инженер. "Применение ультразвукового измерителя механических напряжений разработки фирмы "ИНКОТЕС" для определения двухосных напряжений при нагружении трубной плети внутренним давлением".
Рассмотрены возможности использования эффекта акустоупругости для исследования напряженного состояния трубы магистрального газопровода. Приведены результаты измерения осевых и окружных напряжений в трубной катушке с использованием метода акустоупругости, реализуемого с помощью ультразвукового портативного прибора, разработанного фирмой "ИНКОТЕС".
Экспериментально исследовано напряженное состояние стенок трубной плети с заглушками на концах, представляющей собой закрытый резервуар с водой, соединенный с компрессором для создания повышенного давления воды в резервуаре. Внутреннее давление жидкости на стенки трубы компенсируется осевым и окружным напряжениями в материале стенок, которые и определялись акустическим методом на основе алгоритмов, заложенных в программное обеспечение прибора.
Средняя разница значений напряжений, определенных акустическим методом и расчетным путем в трубной катушке диаметром 1020 мм, толщиной 9 мм, из стали 09Г1ФБ:
  • для осевых напряжений составляет 11,3 МПа (2,3% от предела текучести материала, равного 500 МПа);
  • для окружных напряжений составляет 25,2 МПа (5,0% от предела текучести материала).
Результаты проведенных испытаний показали хорошую чувствительность метода акустоупругости, реализуемого с помощью прибора ИН-5101А фирмы "ИНКОТЕС", к изменениям двухосного напряженного состояния труб магистральных газопроводов.




4. А. В.Камышев, к.т.н., "ИНКОТЕС", руководитель группы неразрушающего контроля. "Использование эффекта акустоупругости при решении задач исследования напряженно-деформированного состояния трубопроводов".
Показано значение прямых измерений механических напряжений при исследовании напряженно-деформированного состояния трубопроводов обвязок компрессорных станций. Отмечено, что прямое измерение механических напряжений наряду с геодезическими измерениями и визуально-измерительным контролем является основным методом корректировки граничных условий прочностных расчетов указанных объектов.
Рассмотрена возможность применения метода акустоупругости для измерения напряжений в трубопроводах обвязок компрессорных станций. Разработана технология прямого измерения напряжений в режиме "безнулевой" акустической тензометрии, учитывающая как особенности изготовления и эксплуатации контролируемых объектов, так и особенности проведения самих измерений.
Рассмотрены также перспективы применения метода для решения задач оптимизации напряженного состояния трубопроводных систем. Показано, что метод акустоупругости также может применяться непосредственно для оценки эффективности мероприятий по снижению механических напряжений. В качестве примера рассмотрено применение акустической тензометрии в режиме мониторинга при регулировке опор трубопроводной обвязки.
Приведен пример использования метода акустоупругости в режиме "безнулевой" акустической тензометрии для корректировки граничных условий при прочностном расчете технологических трубопроводов обвязки пылеуловителей. Показано, что прямые измерения напряжений методом акустоупругости могут существенно скорректировать представление о характере напряженно-деформированного состояния обвязки, в том числе о размерах и расположении зон действия механических напряжений, превышающих допускаемые.



Презентация
Новая книга "Акустоупругость. Опыт практического применения". Никитина Н. Е., Н. Новгород, ТАЛАМ, 2005 г.


В монографии описаны методические основы исследования одно- и двухосного (плоского) напряжённого состояния конструкционных материалов эхо-импульсным методом на основе явления акустоупругости с помощью сдвиговых и продольных волн, распространяющихся по нормали к плоскости действия напряжений. Даны практические рекомендации по проведению прецизионных измерений временных интервалов, позволяющих определить фазовые скорости миллиметровых волн в реальных средах с внутренней структурой. Изложены принципы аппаратурного обеспечения метода, приведены экспериментальные данные по измерению коэффициентов упруго-акустической связи для основных конструкционных материалов. Приведены практические примеры определения плоского напряжённого состояния на основе явления акустического двулучепреломления, в том числе с использованием продольных волн для учёта изменения акустического пути при деформации материала. Предложены оригинальные способы оценки напряжений "in situ", при неизвестных значениях "нулей отсчёта" акустических параметров.
Книга предназначена для научных работников, аспирантов, инженеров и студентов, занятых исследованиями и техническими разработками в области экспериментальной механики, физической акустики, неразрушающего контроля и диагностики материалов и изделий.