Спосіб визначення стану граничного пошкодження металоконструкцій за кінетичними параметрами нелокалізованого пошкодження

Реферат: Спосіб визначення стану граничного пошкодження металоконструкції за кінетичними параметрами нелокалізованого пошкодження, під час якого у перерві після дії періодичного силового навантажування певної тривалості до поверхні металоконструкції пружно притискають з нормованим зусиллям хвилевід датчика вимірювальної системи. Збуджують високочастотну хвилю у локальній зоні пружного контакту хвилеводу з досліджуваним об'єктом. Вимірюють величини зсуву фаз між зондувальною та отриманою хвилями в певній точці поверхні зразка. Будують кінетичну діаграму статистичних параметрів розсіяння енергії на елементах нелокалізованого пошкодження, що відображає ступінь неоднорідності накопичення непружності на окремих етапах втомного навантажування зразка металоконструкції. Встановлюють регулярний ряд мінімумів, зумовлених певними змінами у локальних об'ємах металу (біфуркації) та розраховують згідно з рекурентною формулою: Ni  1/ n , Ni1 де  - безрозмірна універсальна стала руйнування; N - кількість циклів, що відповідає i-iй точці біфуркацій; n-ий член регулярного ряду, що відповідає пороговому значенню параметра локалізованого пошкодження. UA 118616 U (12) UA 118616 U UA 118616 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до методів дослідження нелокалізованого пошкодження металоконструкцій і дозволяє визначити граничний стан нелокалізованої (розсіяної) пошкодженості поверхневого шару пружно-пластичних металевих матеріалів від механічного періодичного навантажування, що, як наслідок, дозволяє визначити ступінь накопичення пошкодження, наприклад у таких відповідальних конструкціях як робочі лопатки газотурбінних двигунів і компресорів, деталі системи рульового керування мобільних машин тощо, а отже встановити граничний стан металоконструкції як параметра, на якому базуються методи прогнозування залишкового ресурсу деталей машин. Відомим є спосіб визначення граничного стану за деформаційними характеристиками циклічного зміцнення та знеміцнення, що мають місце під час накопичення пошкодження конструкційного матеріалу за багатоциклової втоми шляхом побудови двопараметричної діаграми для будь-якого рівня циклічних напружень [Цыбанев Г.В., Новиков А.И. Развитие расчетной модели для описания кинетики усталостного повреждения материалов на основе деформационного подхода // Проблемы прочности, 2016. - № 6. - С. 21-35]. Цей спосіб передбачає виконання операцій вимірювання стабілізованих рівнів непружних макродеформацій металу лабораторних зразків за багатоциклового навантажування, для визначення послідовності стадій їх деградації через зміцнення та знеміцнення, на основі яких визначають довговічність лабораторних зразків на стадіях зародження та зростання втомної тріщини. Недоліком описаного методу є недостатня кореляція між значеннями характеристик непружності металу макрозразка та накопичення втомного пошкодження на мікроскопічному рівні процесу втомної деградації, що відбуваються на різноорієнтованих площинах мікрооб'ємів, яка виявляється у недостатній точності визначення положень точок діаграми непружних деформацій, що відповідають граничному стану матеріалу за циклічного навантажування в локальних зонах поверхні зразка, де зароджується макротріщина руйнування. Під час проведення патентно-інформаційних досліджень для підготовки цієї заявки авторами не було виявлено способу визначення стану граничного пошкодження металоконструкція за кінетичними параметрами нелокалізованого пошкодження, згідно з яким розрахунки першого та інших екстремумів кінетичної діаграми біфуркацій проводять за значеннями статистичного розсіяння енергії на елементах нелокалізованого пошкодження металу (кінетичними параметрами нелокалізованого пошкодження), а параметри розсіяння енергії пружних коливань на елементах нелокалізованого пошкодження у локальному об'ємі матеріалу оцінюють у вигляді статистичних характеристик виміряного зсуву фаз напружень і деформацій хвилі, локально ініційованої у зоні пружного контакту хвилеводу резонансної коливальної електромеханічної системи з поверхневим шаром металу. Тому пропонований спосіб спрямовано на вирішення задачі - створення способу визначення стану граничного пошкодження металоконструкцій за кінетичними параметрами нелокалізованого пошкодження у результаті прогнозування довговічності граничного пошкодження на основі визначення значення першої з початку циклічного навантажування точки мінімуму статистичного параметра локального розсіяння енергії зміцнення у розрахунковій зоні дії найбільших циклічних напружень. Пропонований спосіб визначення стану граничного пошкодження металоконструкцій за кінетичними параметрами нелокалізованого пошкодження передбачає після дії періодичного навантажування певної тривалості у перерві пружне притискання з нормованим зусиллям до поверхні металоконструкції хвилеводу датчика вимірювальної системи, збудження високочастотної хвилі у локальній зоні пружного контакту хвилеводу з досліджуваним об'єктом, побудову кінетичної діаграми статистичних параметрів розсіяння енергії на елементах нелокалізованого пошкодження, що відображає ступінь неоднорідності накопичення непружності на окремих етапах втомного навантажування зразка металоконструкції, встановлення регулярного ряду мінімумів, зумовлених певними змінами у локальних об'ємах металу (біфуркації) та розрахунок згідно з рекурентною формулою n-го члена регулярного ряду, шо відповідає пороговому значенню параметра локалізованого пошкодження. Пропонований спосіб характеризується підвищеною точністю щодо визначення статистичного параметра пошкодженості як граничного параметра і забезпечує високу статистичну обґрунтованість достовірності визначення стану граничного пошкодження металоконструкції за умов багатоциклової втоми. Суть пропонованої корисної моделі пояснюють за допомогою креслень. На фіг. 1 показано схему вимірювання статистичного параметра накопичення пошкодженості у поверхневій зоні зразка металоконструкції на різних етапах циклічного навантажування. 1 UA 118616 U 5 10 15 20 25 30 35 На фіг. 2 показано кінетичну діаграму нормованих значень дисперсії локального розсіяння енергії для зразка титанового сплаву ОТ4-1, випробуваного за умов симетричного розтягустиску з частотою циклічного навантажування 20 кГц. На кресленнях позицією 1 позначено лабораторний зразок матеріалу, який за фізикомеханічними властивостями матеріалу ідентичний матеріалу контрольованого об'єкта. Позицією 2 позначено періодично прикладену до зразка 1 силу розтягу-стиску величиною Р. Позицією 3 6 2 позначено зону вимірювання (площину розміром 10 мкм ) на зразку 1, що зазнала дії максимальних циклічних напружень за пружно-пластичного деформування. Позицією 4 позначено хвилевід датчика, що здійснює дискретно-поступове пересування по досліджуваній поверхні зразка 1 та сканує її зондувальною хвилею. Позицією 5 позначено пружний елемент притискання хвилеводу датчика. Позицією 6 позначено вимірювальну систему. Позицією 7 позначено дисплей персонального комп'ютера (ПК). Приклад. Зображений на фіг. 1 лабораторний зразок матеріалу 1, що за фізико-механічними властивостями матеріалу ідентичний матеріалу контрольованого об'єкта, циклічно навантажують змінною силою 2 величини Р. У задані часові проміжки припинення циклічного навантажування до поверхні лабораторного зразка 1 у зоні пружно-пластичного деформування 3 через пружину 5 пружно притискають хвилевід датчика 4 вимірювальної системи 6, вимірюють величини зсуву фаз між зондувальною та отриманою хвилями в певній точці поверхні зразка, отримують вибірку даних щодо статистичних параметрів деформаційного гістерезису поверхневого шару металоконструкції, будують кінетичну діаграму нормованих значень дисперсії локального розсіяння енергії. Локальну зону вибирали у межах області максимальних циклічних напружень у металоконструкції, де відповідно амплітуди заданого циклічного навантажування відбуваються процеси втомного пошкодження елементів мікроструктури матеріалу. Параметри збудження високочастотної хвилі зондування поверхні зразка відповідали -2 амплітуді неруйнівної деформації нижче 10 σ-1 де σ-1 - границя витривалості матеріалу. Регулярний ряд мінімумів кінетичної діаграми дисперсії коефіцієнта відносного розсіяння енергії, представлений на фіг. 2, описували рекурентною формулою Ni  1/ n, Ni1 де  - безрозмірна універсальна стала руйнування; N - кількість циклів, що відповідає i-iй точці біфуркацій; n=1, 2, 4, 8,…. Стадії утворення локалізованого пошкодження у металевому зразку відповідає суттєве підвищення нормованого значення дисперсії розсіяння енергії на великих базах циклічного навантажування, що визначається положенням n - члена розрахункового регулярного ряду (для представленого ряду n=6). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 Спосіб визначення стану граничного пошкодження металоконструкції за кінетичними параметрами нелокалізованого пошкодження, під час якого у перерві після дії періодичного силового навантажування певної тривалості до поверхні металоконструкції пружно притискають з нормованим зусиллям хвилевід датчика вимірювальної системи, збуджують високочастотну хвилю у локальній зоні пружного контакту хвилеводу з досліджуваним об'єктом, вимірюють величини зсуву фаз між зондувальною та отриманою хвилями в певній точці поверхні зразка, будують кінетичну діаграму статистичних параметрів розсіяння енергії на елементах нелокалізованого пошкодження, що відображає ступінь неоднорідності накопичення непружності на окремих етапах втомного навантажування зразка металоконструкції, встановлюють регулярний ряд мінімумів, зумовлених певними змінами у локальних об'ємах металу (біфуркації) та розраховують згідно з рекурентною формулою: Ni  1/ n , Ni1 де  - безрозмірна універсальна стала руйнування; N - кількість циклів, що відповідає i-iй точці біфуркацій; n-ий член регулярного ряду, що відповідає пороговому значенню параметра локалізованого пошкодження. 2 UA 118616 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3