Спосіб визначення залишкового ресурсу металевих виробів

Спосіб визначення залишкового ресурсу металевих виробів, який включає навантаження зразків матеріалу виробів на розтягання й у режимі циклічного навантаження, визначення фізикомеханічних характеристик зразків матеріалу мето 3 24193 Поставлена задача досягається тим, що в способі визначення залишкового ресурсу металевих виробів, який включає навантаження зразків матеріалу виробів на розтягання й у режимі циклічного навантаження, визначення фізикомеханічних характеристик зразків матеріалу методом неруйнівного контролю, визначення кроку навантаження відповідно до заданого режиму циклічного навантаження виробів, згідно з корисною моделлю, визначають середні граничні деформації матеріалу і формують з них масив структурних елементів, після відомого напрацювання визначають фактичний стан матеріалу виробу і зміну середніх граничних деформацій, одержують діаграми втоми для вихідного структурного стану і стану матеріалу після напрацювання, а залишковий ресурс визначають з порівняння відносних ресурсів виробів у ви хідному стані і після напрацювання. При випробовуванні зразків матеріалу на розтягання визначають середні граничні деформації для завдання закону нормального розподілу граничних деформацій структурним елементам. При випробовуванні зразків матеріалу виробу в режимі циклічного навантаження до руйнування визначають границю витривалості з одержання діаграми втоми матеріалу у вихідному стані для більш точного визначення залишкового ресурсу виробу. Визначають фактичний стан матеріалу виробу після напрацювання для визначення ступеня зміни розподілу граничних деформацій структурних елементів. Визначають зміну середніх граничних деформацій матеріалу елемента конструкції після напрацювання для завдання скоригованого закону нормального розподілу граничних деформацій структурних елементів матеріалу виробів після напрацювання. Порівняння ресурсів виробів у ви хідному стані і після напрацювання проводять для більш точного визначення залишкового ресурсу. Відмінні ознаки корисної моделі істотні, необхідні і достатні для досягнення технічного результату - ура хування фактичного (механічного і структурного) стану матеріалу металевого виробу і в сукупності з ознаками обмежувальної частини дозволяють підвищити точність визначення залишкового ресурсу металевих виробів, максимально скоротивши число випробовувань зразків із повним руйнуванням. На фігурі приведені діаграми втоми для вихідного стану матеріалу виробу та після напрацювання. Технічний ресурс характеризує запас можливого напрацювання об'єкта до переходу в граничний стан. Визначення фактичного стану матеріалу на основі сучасних уявлень про процеси деформування і руйнування матеріалів має важливе значення, особливо для діючого обладнання з різними видами пошкоджень, оскільки їх взаємодія в умовах експлуатації може привести до неконтрольованого прискорення процесів деградації матеріалу за рахунок так названого синергетичного ефекту. 4 Спосіб полягає в моделюванні матеріалу виробу і його руйнування, що відображає реальний характер процесу втомного руйнування заданого матеріалу в заданих умовах експлуатації. Створюють комп'ютерну модель матеріалу як сукупність структурних елементів із заданим розподілом властивостей в об'ємі матеріалу елемента конструкції. При цьому кожному елементу структури ставляться у відповідність характеристики граничного стану чи їх сукупність, наприклад гранична деформація, при якій відбувається руйн ування структурного елемента. Навантаження виробу як сукупності елементів з визначеними характеристиками проводять з урахуванням взаємодії елементів, що знаходяться в різних механічних станах, наприклад пружної чи пластичної деформації і руйнування, з урахуванням можливого пошкодження. Процес одержання діаграми втоми аналогічний послідовним натурним випробуванням зразків при різних амплітудах напруги циклу ( s A ). По осі абсцис замість числа циклів відкладають число кроків навантаження, що витримує зразок при заданій амплітуді циклу, а по осі ординат - амплітуду напруги циклу, віднесену до границі міцності ( s B ). Щоб замінити кроки навантаження на число циклів до руйнування, визначають границю витривалості для зразків матеріалу виробу, потім проводять комп'ютерне навантаження при амплітуді напружень циклу, рівній границі витривалості й отримане число кроків дорівнюють до 107 циклів. Після цього діаграма перебудовується. Потім при експериментальній перевірці хоча б для двох інши х напружень циклу, тобто в залежності від області визначення ресурсу, проводять уточнення діаграми у відповідних інтервалах. Запропонований спосіб дозволяє оцінювати залишковий ресурс за фактичним станом матеріалу металевих виробів, що перебували в експлуатації. Визначення фактичного стану матеріалу виробів у порівнянні зі стандартними способами металографічного і неруйнівного контролю, дозволяє визначити залишковий ресурс металевих виробів навіть без строгого урахування всієї передісторії навантаження матеріалу. У цьому випадку модель передбачуваних експлуатаційних навантажень для продовжуваного терміну служби, наприклад на 10 років, розглядають як аналогічну попередньому терміну експлуатації. Таким чином, спосіб визначення ресурсу для циклу "вихідний стан - експлуатація - визначення нового стану матеріалу - оцінка залишкового ресурсу" протягом продовжуваного періоду буде відповідати режимам навантаження за минулий період експлуатації. Оскільки до руйнування металевих виробів можуть призводити різні фізико-механічні процеси, що протікають на різних масштабних рівнях, з різною швидкістю і механізмом впливу, при визначенні залишкового ресурсу необхідним є урахування усього різноманіття факторів, що призводять до зниження експлуатаційних властивостей. 5 24193 Послідовність дій при оцінці залишкового ресурсу металевих виробів визначається побудовою моделі вихідного матеріалу, моделей форми, навантаження і руйнування, оцінкою фактичного стану матеріалу металевих виробів, що перебували в експлуатації. Для цього необхідне урахування таких параметрів: зміни геометричних розмірів; наявність поверхневих дефектів (тріщин, корозії, ерозії); можливість зміни механічного стану матеріалу по зменшенню запасу пластичності; параметрів тріщин вже наявних в матеріалі на момент оцінки, і можлива зміна структури матеріалу. Вихідні дані можуть бути отримані кожним з наступних методів неруйнівного контролю: візуальним контролем для виявлення поверхневих дефектів, ультразвуковим чи електромагнітним методами для виявлення тріщин в матеріалі з визначенням їх кількості і розмірів, механічними випробуваннями (визначенням твердості) - для визначення зміни пластичності матеріалу виробу. При можливості коректного навантаження металевого виробу для перерахованих вище цілей може застосовуватися і метод акустичної емісії. Після визначення фактичного стану матеріалу виробу проводять коректування вихідної моделі матеріалу на сучасний момент і визначають залишковий ресурс металевого виробу на подальший період експлуатації. Приклад конкретного виконання. Попередні результати дослідження металевої ємності тиску після 5000 циклів експлуатації показали, що з погляду всі х основних факторів пошко Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 6 джувальних, вона ще може використовуватися значний час. Оскільки статистична оцінка залишкового ресурсу з погляду подальшої експлуатації виробу не може бути застосована, реалізовано запропонований спосіб визначення ресурсу (у відносних одиницях) навіть при наявності ємності тиску після одного напрацювання. Спочатку для вихідного структурного стану матеріалу побудована крива втоми (крива 1) у відносних одиницях (число циклів, що відповідає границі витривалості матеріалу виробу, прийняте за 1). Нехай робоче навантаження відповідає рівню, позначеному крапкою А, тоді для вихідного стану матеріалу ресурс буде складати у відносних одиницях Х1=0,65. Припустимо, що після деякого напрацювання матеріал змінив свій структурний стан, крива втоми для якого позначена цифрою 2, тоді залишковий ресурс буде визначатися значенням Х2=0,36. Якщо прийняти наробіток для точки Х1 за 5000 циклів, то залишковий ресурс експлуатації цієї ємності тиску буде складати 2769 циклів. Збільшення об’єму досліджених ємностей тиску з різним напрацюванням дозволяє більш точно виконати побудову моделі матеріалу в способі, а отже і підвищити точність визначення залишкового ресурсу експлуатації. Спосіб дозволяє в процесі експлуатації відтворювати пошкодження при будь-якому досліджуваному законі навантаження, а також враховувати вплив різних видів дефектів, що знижують міцність і ресурс металевих виробів. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601