Спосіб визначення граничних параметрів пошкодженості металоконструкції за періодичного навантажування

Реферат: Спосіб визначення граничних параметрів пошкодженості металоконструкції за періодичного навантажування, під час якого до поверхні еталонного зразка, матеріал якого за фізикомеханічними властивостями ідентичний до матеріалу контрольованого об'єкта, після дії на нього силового навантажування певної тривалості з нормованим зусиллям, пружно притискають щуп датчика вимірювальної системи, дискретно-поступово пересувають його впоперек досліджуваної поверхні у напрямку дії статичного навантаження, що завдало пластичного деформування, вимірюють величини зсуву фаз між зондувальною та отриманою хвилями в окремих точках поверхні зразка та отримують вибірку даних щодо статистичних параметрів деформаційного гістерезису поверхневого шару металоконструкції. Далі для ділянки фрагмента контрольованого об'єкта, який циклічно навантажують відповідно до експлуатаційного режиму, в часові проміжки припинення циклічного навантажування виконують всі зазначені вище вимірювання та будують кінетичну діаграму статистичного параметра, а циклічне навантажування припиняють в момент збігання у межах певної похибки значень статистичного параметра, отриманих для еталонного та контрольованого зразків, що є граничним параметром пошкодженості металоконструкції при її періодичному навантажуванні. UA 111929 U (12) UA 111929 U UA 111929 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів 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 відповідних конструкціях, як робочі лопатки газотурбінних двигунів, компресорів тощо, а отже встановити граничний стан металоконструкції як параметра, на якому базуються способи прогнозування залишкового ресурсу деталей машин. Відомим є спосіб реєстрації параметрів деформаційного гістерезису в локальних зонах поверхні матеріалу, що дозволяє оцінити кінетику плинного стану пошкодження матеріалу металоконструкції від силового навантажування [Спосіб реєстрації параметрів деформаційного гістерезису в локальних зонах поверхні структурно-неоднорідного матеріалу // Патент на корисну модель № 63137. Бюл. № 18, 26.09.2011]. Згідно з цим способом ресурс визначають на основі неруйнівного аналізу кінетичних характеристик експлуатаційної пошкоджуваності металоконструкції, отриманих за даними статистичних вимірювань параметра розсіяної пошкодженості поверхневого шару до локального руйнування металоконструкції, що відбувається внаслідок розвитку втомної тріщини. Недоліком описаного способу є те, що не враховано вплив зміни механізму руйнування матеріалу з розсіяного до локального, на граничні параметри розсіяної пошкодженості металоконструкції. Під час проведення патентно-інформаційних досліджень для підготовки цієї заявки авторами не було виявлено способу визначення граничних параметрів кінетичної характеристики пошкодженості металоконструкції за періодичного багатоциклового навантажування, що враховує вплив на пошкодженість матеріалу зміни напруженодеформованого стану з розсіяного до локалізованого, що створюється у матеріалі поверхневого шару. Зміна механізму пошкодження відбувається внаслідок утворення напружень, локалізованих в околі вістря втомної магістральної тріщини, з амплітудою напружень за межами границі пружності матеріалу, що остаточно руйнує металоконструкцію за межами часу настання граничного стану пошкодженості матеріалу. Тому пропонований спосіб спрямовано на вирішення задачі - створення способу визначення граничних параметрів кінетичної характеристики плинного стану пошкодженості металоконструкції за дії періодичного навантажування у результаті визначення параметра еквівалентного пошкодження, що утворюється як наслідок попередньо накопиченої розсіяної пошкодженості, стан якої є передруйнівним і передує моменту локального зруйнування, ідентичний за щільністю деформаційних дефектів, тому що виникає у поверхневому шарі зони пластичної плинності перед руйнуванням під час квазістатичного деформування лабораторного зразка за межею пружності. Пропонований спосіб визначення граничних параметрів пошкодженості металоконструкції за періодичного навантажування включає статистичні вимірювання параметра матеріалу еталонного лабораторного зразка у стані пошкодження за квазістатичного навантажування за межею пропорційності, що є еквівалентним за щільністю деформаційних дефектів матеріалу поверхневого шару металоконструкції у момент, що передує локальному руйнуванню, а далі співставлення отриманих статистичних параметрів ідентично пошкоджених зразків, як граничних параметрів характеристики вичерпання тримальної характеристики матеріалу за періодичного навантажування. 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 схеми статичного навантажування лабораторного зразка і вимірювання статистичного параметра пошкодженості у зоні передруйнування зразка. На фіг. 2 показано схеми періодичного навантажування фрагмента металоконструкції і вимірювання статистичного параметра пошкодженості. На фіг. 3 і 4 показано діаграми досягнення граничних параметрів пошкодження, отриманих за даними статистичного аналізу результатів вимірювання на поверхні зразків, які навантажували відповідно статично (фіг. 1) і багатоциклово (фіг. 2). При цьому еталонний зразок матеріалу 1 за фізико-механічними властивостями матеріалу ідентичний матеріалу контрольованого об'єкта. Позицією 2 позначено прикладену до зразка силу величиною Р. Позицією 3 позначено зону пластичної плинності зразка 1. Щуп датчика 4 вимірювальної системи 5 призначений для його дискретно-поступового пересування впоперек 1 UA 111929 U 5 10 15 20 25 досліджуваної поверхні зразка 1 у напрямку дії квазістатичного навантаження. Позицією 6 позначено дисплей персонального комп'ютера (ПК). Приклад. Еталонний зразок матеріалу 1, зображений на фіг. 1, що за фізико-механічними властивостями матеріалу ідентичний матеріалу контрольованого об'єкта, статично одноразово навантажують силою 2 величиною Ρ за умов пружно-пластичного деформування до граничного стану, що відповідає вичерпанню пластичних властивостей еталонного зразка близько за межею пружності матеріалу. До поверхні еталонного зразка 1 у зоні пластичної плинності 3 пружно притискають щуп датчика 4 вимірювальної системи 5, дискретно-поступово пересувають його впоперек досліджуваної поверхні у напрямку дії квазістатичного навантаження, що завдало пластичного деформування, вимірюють величини зсуву фаз між зондувальною та отриманою хвилями в окремих точках поверхні зразка та отримують вибірку даних щодо статистичних параметрів деформаційного гістерезису поверхневого шару металоконструкції на екрані ПК 6. Далі для ділянки фрагмента контрольованого об'єкта 1, зображеного на фіг. 2, який циклічно навантажували відповідно експлуатаційного режиму, наприклад циклами сили одновісного розтягу-стиску 2, у часові проміжки припинення циклічного навантажування на ділянці 3, де діють максимальні циклічні напруження, пружно притискають щуп датчика 4 вимірювальної системи 5, дискретно-поступово пересувають його поперек досліджуваної поверхні у напрямку дії циклічного навантаження, вимірюють величини зсуву фаз між зондувальною та отриманою хвилями в окремих точках поверхні зразка та будують кінетичну діаграму статистичного параметра Н, показану на дисплеї ПК 6. Циклічне навантажування контрольованого об'єкта 1 припиняють у момент досягнення отриманого статистичного параметра пошкодженості Η граничної величини (відповідає величині показника Херста 0,8), отриманої у разі вимірювання контрольованих параметрів зсуву фаз під час статичного навантажування, що є граничним параметром (у межах певної похибки) значень статистичного параметра фізико-механічних властивостей матеріалу, який досягає критичного стану перед втомним руйнуванням металоконструкції. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 Спосіб визначення граничних параметрів пошкодженості металоконструкції за періодичного навантажування, під час якого до поверхні еталонного зразка, матеріал якого за фізикомеханічними властивостями ідентичний до матеріалу контрольованого об'єкта, після дії на нього силового навантажування певної тривалості з нормованим зусиллям, пружно притискають щуп датчика вимірювальної системи, дискретно-поступово пересувають його впоперек досліджуваної поверхні у напрямку дії статичного навантаження, що завдало пластичного деформування, вимірюють величини зсуву фаз між зондувальною та отриманою хвилями в окремих точках поверхні зразка та отримують вибірку даних щодо статистичних параметрів деформаційного гістерезису поверхневого шару металоконструкції, далі для ділянки фрагмента контрольованого об'єкта, який циклічно навантажують відповідно експлуатаційного режиму, в часові проміжки припинення циклічного навантажування виконують всі зазначені вище вимірювання та будують кінетичну діаграму статистичного параметра, а циклічне навантажування припиняють в момент збігання у межах певної похибки значень статистичного параметра, отриманих для еталонного та контрольованого зразків, що є граничним параметром пошкодженості металоконструкції при її періодичному навантажуванні. 2 UA 111929 U 3 UA 111929 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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