Спосіб визначення граничного стану нелокалізованого (розсіяного) пошкодження поверхневого шару пружнопластичних матеріалів від механічного навантажування

Реферат: Спосіб визначення граничного стану нелокалізованого (розсіяного) пошкодження поверхневого шару пружнопластичних матеріалів від механічного навантажування, під час якого до поверхні контрольованого об'єкта нормованим зусиллям притискають щуп вібродатчика, у поверхневих шарах матеріалу контрольованого об'єкта ініціюють зондувальну пружну хвилю деформування, реєструють сигнали з вібродатчика, що відповідають контактній взаємодії від зондувальної хвилі щупа вібродатчика з елементами структури контрольованого об'єкта, та пересувають його уздовж поверхні контрольованого об'єкта до наступної точки вимірювання, де знову реєструють сигнали з вібродатчика. Сигнали вібродатчика перетворюють у дискретний числовий ряд, який відповідає амплітудному спектру непружності поверхневого шару зразка, числові комбінації такого ряду визначають амплітуди відносних величини накопиченого розмаху гармонічних коливань віброграми, так що дискретний елемент спектра відповідає відносній амплітуді непружних деформацій локального об'єму матеріалу. Отримані результати обробляння часового ряду графічно представляють діаграмою, де кожній ординаті точок вимірювання на поверхні контрольованого об'єкта відповідає числове значення параметра Херста, який розраховують з віброграми. Граничному стану нелокалізованого (розсіяного) пошкодження поверхневого шару матеріалу відповідає максимальне значення параметра Херста, яке співставляють з певними параметрами силового навантажування. UA 100421 U (12) UA 100421 U UA 100421 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до способів дослідження нелокалізованого пошкодження металоконструкцій, а більш точно - до способу визначення граничного стану нелокалізованого (розсіяного) пошкодження поверхневого шару пружнопластичних матеріалів від механічного навантажування - визначення у локальних зонах ступеня пошкодженості поверхні контрольованого об'єкта внаслідок дії циклічного навантаження що, як наслідок, дозволяє визначити ступінь накопичення пошкодження від механічного навантажування, наприклад у таких відповідальних конструкціях, як робочі лопатки газотурбінних двигунів, компресорів тощо, а отже, встановити граничний стан металоконструкції, як параметра, на якому базуються методи прогнозування залишкового ресурсу деталей машин. Відомим є спосіб визначення ступеня пошкодженості структури у локальній зоні поверхні конструкційного матеріалу внаслідок експлуатаційного навантажування, у якому поверхню контрольованого об'єкта сканують пружною хвилею, створюваною у матеріалі резонансним високочастотним збудженням стержневого датчика, та реєструють зсув фази між коливанням джерела збудження та деформацією, яку воно спричиняє, і є наслідком взаємодії зондувальної хвилі з пошкодженими у локальних мікрооб'ємах елементами структури навантаженого матеріалу [Майло А.Н. Резонансный метод контроля неупругости конструкционных материалов / А.Н.Майло // Пробл. прочности, 2009. -№3.- С. 124-133]. Недоліком описаного способу є те, що величину виміряного параметру пошкодженості, що відповідає ступеню непружності окремих елементів поверхні контрольованого об'єкта, отриманої внаслідок експлуатаційного навантаження, не співставлено з інтенсивністю накопичення в матеріалі експлуатаційного пошкодження, що збільшує похибку визначення межі непружності (граничної амплітуди непружних деформацій) матеріалу, що відповідає ресурсу непружних властивостей металоконструкції за циклічного навантажування. Пропонований спосіб визначення граничної амплітуди непружних деформацій пружнопластичних матеріалів від механічного навантажування здійснюють так: до поверхні контрольованого об'єкта нормованим зусиллям притискають щуп вібродатчика, у поверхневих шарах матеріалу контрольованого об'єкта ініціюють зондувальну пружну хвилю деформування, реєструють сигнали з вібродатчика, що відповідають контактній взаємодії від зондувальної хвилі щупа вібродатчика з елементами структури контрольованого об'єкта, та пересувають його уздовж поверхні контрольованого об'єкта до наступної точки вимірювання, де знову реєструють сигнали з вібродатчика. Далі сигнали вібродатчика перетворюють у дискретний числовий ряд, який є аналогом амплітудного спектра непружності поверхневого шару зразка. Переміщуючи вібродатчик по поверхні контрольованого об'єкта у заданому напрямі з послідовним вимірюванням кута зміни фази, в апаратному блоці обробляння параметрів коливання вібродатчика отримують у матричному вигляді набір значень сигналу вібродатчика, який перетворюють у впорядкований за часом дискретний числовий ряд, як послідовність амплітуд спектра непружних деформацій у межах лінії сканування на поверхні контрольованого об'єкта на кожному етапі силового навантажування до виникнення тріщини втоми контрольованого об'єкта. Амплітуди числових комбінацій такого часового ряду визначають як відносні величини накопиченого розмаху непружних деформацій згідно з програмним оброблянням віброграми гармонійних коливань, так що дискретний елемент спектра відповідає відносній амплітуді непружних деформацій локального об'єму матеріалу. Отримані результати обробляння часового ряду представляють на діаграмі, де кожній ординаті точок вимірювання на поверхні контрольованого об'єкта відповідає числове значення параметра Херста (Н), який розраховують згідно з відомим методом [Федер Е. Фракталы: Пер. с англ. - М.: Мир, 1991.-254 с] з віброграми, як кут нахилу апроксимувальної прямої (у радіанах) у подвійних логарифмічних координатах. Кут нахилу кінетичної діаграми накопичених непружних деформацій характеризує швидкість накопичування непружних деформацій, тобто динамічні закономірності пошкоджуваності під час деформування неоднорідних пружно-пластичних матеріалів, а граничному стану нелокалізованого (розсіяного) пошкодження поверхневого шару матеріалу відповідає максимальне, перед руйнуванням, значення параметра Херста. Суть пропонованої корисної моделі пояснюють за допомогою графічних матеріалів. На фіг. 1 показано схему вимірювання неоднорідності непружних деформацій поверхневого шару контрольованого об'єкта. На фіг. 2 показано віброграму вимірювання параметра пошкоджуваності. На фіг. 3 показано кінетичні діаграми непружності поверхневого шару контрольованого об'єкта за різних амплітуд циклічних напружень. Номери позицій на згаданих кресленнях позначено так: 1 - поверхня контрольованого об'єкта 1; 1 UA 100421 U 5 10 15 20 25 30 35 40 2 - вібродатчик, що здійснює періодичні високочастотні коливання; 3 - апаратний блок обробляння параметрів коливання вібродатчика 2; 4 - контактна зона взаємодії щупа вібродатчика 2 з поверхнею контрольованого об'єкта 1; 5 - напрям позиціювання (сканування) індентора вібродатчика 2; Приклад. До поверхні контрольованого об'єкта 1 - зразка зі сталі X18Н10Т, який поетапно циклічно навантажували до руйнування, - у контактній зоні 4 нормованим зусиллям пружно притискають щуп вібродатчика 2, який створює у поверхневому об'ємі 4 матеріалу контрольованого об'єкта 1 зондувальну пружну хвилю. За допомогою апаратного блока обробляння параметрів коливання 3 реєструють сигнали з вібродатчика, що відповідають контактній взаємодії від зондувальної хвилі вібродатчика 2 з елементами структури контрольованого об'єкта 1, у вигляді кута зміни фази. Переміщуючи вібродатчик 2 по поверхні контрольованого об'єкта у напрямі 5 і повторюючи вимірювання кута зміни фази, в апаратному блоці 3 обробляння параметрів коливання вібродатчика 2 отримують у матричному вигляді набір значень сигналу вібродатчика 2, який перетворюють у впорядкований за часом дискретний числовий ряд, що відповідає профілю амплітуд спектра непружних деформацій у межах лінії сканування на поверхні контрольованого об'єкта на даному етапі механічного навантажування контрольованого об'єкта (фіг. 2). Числові комбінації членів такого часового ряду визначають відносні величини амплітуд накопиченого розмаху гармонічних коливань віброграми, у відповідності з чим дискретний елемент спектра відповідає відносній амплітуді непружних деформацій локальних об'ємів матеріалу. До розгляду було взято результати вимірювання непружних деформацій зерен (їх середній розмір становив близько 30 мкм) у поверхневому шарі глибиною до 0,015 мм контрольованого об'єкта, який поетапно навантажували за амплітуди циклічних напружень σa=500 МПа до руйнування на базі . 6 7 10 циклів. Отримані за зазначених умов механічного навантажування результати обробляння часового ряду узагальнено представлено на фіг. 3, де горизонтальна лінія відповідає плинному стану параметра Херста (H), яке виникає перед зруйнуванням об'єкта вимірювання, як граничний стан параметра характеристик часового ряду, отриманого за різних амплітуд циклічних напружень. Амплітуда граничного значення параметра Н є сталою у діапазоні напружень кривої втоми. Кожному значенню амплітуди циклічних напружень відповідає своя кінетична діаграма, ординати яких, виміряні на поверхні контрольованого об'єкта, відповідають числовим значенням параметра Н, які розраховують з віброграми за кутом нахилу апроксимувальної прямої (у радіанах) у подвійних логарифмічних амплітудно-часових координатах. Швидкість накопичування непружних деформацій, тобто динамічні закономірності пошкоджуваності під час деформування неоднорідних пружно-пластичних матеріалів, характеризує кут нахилу характеристик накопичених непружних деформацій на фіг. 3. З фіг. 3 видно, що граничному стану нелокалізованого (розсіяного) пошкодження поверхневого шару зразка зі сталі Х18Н10Т відповідає значення параметра Херста Н = 0,8, що відповідає вищезазначеним параметрам силового навантаження. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 Спосіб визначення граничного стану нелокалізованого (розсіяного) пошкодження поверхневого шару пружнопластичних матеріалів від механічного навантажування, під час якого до поверхні контрольованого об'єкта нормованим зусиллям притискають щуп вібродатчика, у поверхневих шарах матеріалу контрольованого об'єкта ініціюють зондувальну пружну хвилю деформування, реєструють сигнали з вібродатчика, що відповідають контактній взаємодії від зондувальної хвилі щупа вібродатчика з елементами структури контрольованого об'єкта, та пересувають його уздовж поверхні контрольованого об'єкта до наступної точки вимірювання, де знову реєструють сигнали з вібродатчика, а сигнали вібродатчика перетворюють у дискретний числовий ряд, який відповідає амплітудному спектру непружності поверхневого шару зразка, числові комбінації такого ряду визначають амплітуди відносних величини накопиченого розмаху гармонічних коливань віброграми, так що дискретний елемент спектра відповідає відносній амплітуді непружних деформацій локального об'єму матеріалу, отримані результати обробляння часового ряду графічно представляють діаграмою, де кожній ординаті точок вимірювання на поверхні контрольованого об'єкта відповідає числове значення параметра Херста, який розраховують з віброграми як кут нахилу апроксимувальної прямої (у радіанах), розташованої у подвійних логарифмічних координатах, а граничному стану нелокалізованого (розсіяного) пошкодження 2 UA 100421 U поверхневого шару матеріалу відповідає максимальне значення параметра Херста, яке співставляють з певними параметрами силового навантажування. 3 UA 100421 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4