Способ предупреждения усталостного разрушения металлоконструкций на основе регистрации магнитной проницаемости



Способ предупреждения усталостного разрушения металлоконструкций на основе регистрации магнитной проницаемости
Способ предупреждения усталостного разрушения металлоконструкций на основе регистрации магнитной проницаемости

 


Владельцы патента RU 2410656:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный архитектурно-строительный университет - ГОУВПО ВГАСУ (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для контроля состояния элементов инженерных конструкций из ферромагнитных материалов в условиях циклического нагружения, и может найти применение в машиностроении и на транспорте. Технический результат заключается в повышении точности, чувствительности и достоверности диагностики исчерпания циклической прочности изделий. Способ предупреждения усталостного разрушения заключается в нанесении координатной сетки на поверхность детали машины или элемента конструкций, испытывающих циклические нагрузки, и проведении затем магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, измерений в узлах сетки. При этом сканируют магнитную проницаемость в зависимости от угла поворота датчика в пределах от 0 до 360 градусов. По полученным данным строят фигуры распределения магнитной проницаемости, подсчитывают площади этих фигур, строят график ее изменения. График имеет три участка, из которых третий указывает на необходимость прекращения эксплуатации контролируемого изделия. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для контроля состояния элементов инженерных конструкций из ферромагнитных материалов в условиях циклического нагружения, и может найти применение в машиностроении, транспорте, а также организациях, эксплуатирующих и обследующих опасные производственные объекты.

Наиболее близким по технической сущности является способ предотвращения усталостного разрушения на основе магнитоупругости (описание изобретения к заявке №2007115280, МПК 8 G01L 1/12 от 23.04.2007 г., опублик. 27.10.2008 г. в БИ №8). Способ включает нанесение координатной сетки на поверхность детали в местах концентрации напряжений, проведение измерений в узлах сетки магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, углов наклона касательных к траекториям (изостатам) наибольших главных напряжений, построение графика с участками, соответствующими различным периодам в процессе накопления усталости металла, отличающийся тем, что в ходе эксплуатации деталей машин и элементов конструкций, испытывающих циклические нагрузки, строят график изменения значений углов наклона касательных к траекториям (изостатам) наибольших главных напряжений, определяя три участка: первый - нестабильный - релаксации остаточных напряжений от воздействия циклических внешних эксплуатационных нагрузок, второй - стабильных напряжений после релаксации, третий - ступенчатого изменения значений измеряемых углов, соответствующий этапу зарождения и развития трещины, а после регистрации начала третьего участка эксплуатацию контролируемого изделия прекращают, предупреждая его последующее разрушение.

Недостатком способа является то, что он позволяет обнаружить опасное состояние исчерпания усталостного ресурса изделия лишь перед его разрушением, когда нередко уже невозможны профилактические меры по сохранению или восстановлению работоспособности изделия. Внезапный вывод из технологического цикла на ремонт оборудования, обеспечивающего производственный план, экономически накладен для предприятий.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и достоверности способа предупреждения усталостного разрушения путем заблаговременной диагностики исчерпания циклической прочности ответственных элементов машин.

Технический результат достигается за счет того, что в ходе эксплуатации элементов конструкций, испытывающих циклические нагрузки, в узлах координатной сетки магнитоупругим датчиком сканируют магнитную проницаемость в зависимости от угла поворота датчика в пределах от 0 до 360 градусов, по полученным данным в полярной системе координат строят фигуры распределения магнитной проницаемости, подсчитывают площади этих фигур, строят график изменения их площадей, определяя на графике три участка, из которых третий характеризуется нарастанием или снижением площадей фигур, а после регистрации начала третьего участка эксплуатацию контролируемого изделия прекращают, обеспечивая этим временной ресурс на профилактические или ремонтные работы по сохранению работоспособности изделия.

На основании патентного поиска, проведенного по доступным источникам информации, отличительных признаков, указанных в формуле изобретения, не обнаружено.

В связи с этим данное техническое решение соответствует критерию «существенные отличия».

Пример. Определяли усталостный ресурс образцов в виде стальных прямоугольных пластин из стали Ст3 с размерами 600×90×12 мм. Образцы имели геометрические концентраторы напряжений в виде двух расположенных симметрично относительно продольной оси пропилов глубиной 7 мм и шириной 1 мм поперек пластины. На поверхность пластины вблизи концентраторов наносили координатную сетку с ячейками 15×15 мм.

Образцы испытывали на инерционном вибраторе с электромагнитным приводом при симметричном цикле нагружения. Количество циклов нагружения регистрировали счетчиком колебаний.

Сканировали магнитную проницаемость в узлах координатной сетки при повороте магнитоупругого датчика на углы от 0 до 360 градусов через каждые 50 тысяч колебаний. Пример фигуры, полученной при сканировании одного узла и представляющей в полярной системе координат изменение магнитной проницаемости при вращении датчика, представлен на фиг.1. Подсчитывали площадь фигуры ограниченной «восьмеркой» в условных единицах.

По результатам измерений построили фиг.2 изменения площадей фигур по ходу испытаний с тремя характерными участками.

График показал, что протяженность первого нестабильного участка релаксации остаточных напряжений соответствует 1050 тыс. колебаний. Протяженность второго участка со стабильным после релаксации напряженным состоянием от 1050 до 2350 тыс. колебаний. Далее начинается вначале снижение, а затем рост площадей фигур, что характерно для третьего участка. Третий участок соотносится с проявлением и развитием выходящих от пропилов-концентраторов усталостных трещин.

Испытания завершили на 4400 тыс. циклов без доведения образца до полного разрушения. Провели сравнение результатов, полученных по способу-прототипу и по заявляемому способу. В равных условиях заявляемый способ обеспечивает диагностику усталости металла на 350…950 тыс. циклов ранее чем способ-прототип. От полного усталостного ресурса контролируемых образцов это составляет примерно 8…21%.

Положительный эффект предложенного способа состоит в том, что он позволяет не только до разрушения снять изделие с эксплуатации, но и в случае необходимости, заблаговременно, произвести профилактические или ремонтно-восстановительные работы, продлевающие срок службы.

Способ предупреждения усталостного разрушения, включающий нанесение координатной сетки на поверхность детали в местах концентрации напряжений, проведение измерений в узлах координатной сетки магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, построение графика с участками: первым - нестабильным - релаксации остаточных напряжений от циклических нагрузок, вторым - стабильных напряжений после релаксации, третьим - соответствующим этапу зарождения и развития трещин, отличающийся тем, что в ходе эксплуатации элементов конструкций, испытывающих циклические нагрузки, в узлах координатной сетки магнитоупругим датчиком сканируют магнитную проницаемость в зависимости от угла поворота датчика в пределах от 0 до 360°, по полученным данным в полярной системе координат строят фигуры распределения магнитной проницаемости, подсчитывают площади этих фигур, строят график изменения их площадей, определяя на графике три участка, из которых третий характеризуется нарастанием или снижением площадей фигур, а после регистрации начала третьего участка эксплуатацию контролируемого изделия прекращают, обеспечивая этим временной ресурс на профилактические или ремонтные работы по сохранению работоспособности изделия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для измерения нажатий щетки на коллектор непосредственно на электрической машине в рабочем режиме.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения механических напряжений в деталях конструкций из ферромагнитных материалов.

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в весо- и силоизмерительных системах для взвешивания автотранспорта и т.д. .

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения осевого усилия во вращающихся валах. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения осевого усилия и частоты вращения во вращающихся валах. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, для контроля состояния конструкций из ферромагнитных материалов и может найти применение в машиностроении, на транспорте, в производстве и контроле ответственных металлоконструкций.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к магнитоупругим преобразователям усилий, и может быть использовано для контроля механических усилий. .

Изобретение относится к области измерения механических осевых напряжений в элементах металлоконструкций. .

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента валов. .

Изобретение относится к способам контроля напряженно-деформированного состояния ферромагнитных материалов по остаточной намагниченности металла и может быть использовано в строительстве и других отраслях при техническом диагностировании оборудования и металлоконструкций, в любых изделиях из ферромагнитных материалов.

Изобретение относится к области неразрушающего измерения двухосных механических напряжений магнитоупругим методом и может быть использовано в машиностроении

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформации грунта, горных пород, зданий, сооружений и железобетонных конструкций

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения деформации грунта, горных пород, зданий, сооружений и железобетонных конструкций

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для измерения давления щетки на коллектор электрических машин, и может быть использовано в ремонтном хозяйстве электротехнической, железнодорожной и других отраслях

Изобретение относится к областям измерительной техники и неразрушающего контроля и предназначено для определения компонентов тензора механических напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов при двухмерном напряженно-деформированном состоянии

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано в машиностроении. Способ заключается в измерении магнитоупругим датчиком, оснащенным угломерным устройством, в заданных точках на поверхности изделия углов наклона площадок наибольших главных напряжений, в подготовке пластин-образцов из материала исследуемого изделия, контроле в них изменения углов наклона площадок наибольших главных напряжений в ходе нагружения. При этом в срединной части пластин-образцов наносят определенным образом риски, формирующие полосы заданной ширины и шероховатости поверхности. В пределах полос до и после нагружения пластин-образцов контролируют изменение углов наклона площадок наибольших главных напряжений к продольным осям пластин-образцов. По результатам контроля делается вывод о возможности применения магнитоупругого метода для определения напряжений в изделиях с различными шероховатостями поверхностей. Технический результат заключается в повышении точности измерений механических напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов, прошедших обработку на металлорежущих станках. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к верхнему строению пути, к рельсам, а именно к способам определения механических напряжений путем измерения изменений магнитных свойств металла. Техническим результатом является повышение точности и непрерывность измерения механических напряжений, снижение трудоемкости работ. Способ определения механических напряжений в рельсах заключается в том, что над неподготовленной поверхностью каждой рельсовой нити на расстоянии 2-5 мм от их поверхности параллельно друг другу устанавливают сканирующие устройства, с помощью которых измеряют остаточную намагниченность металла рельсов. Подключают сканирующие устройства к приемному устройству, установленному на передвигающемся по рельсам приспособлении. Переводят с помощью программного обеспечения получаемые при перемещении сканирующих устройств данные остаточной намагниченности в данные механических напряжений в рельсах. Фиксируют полученные результаты как в реальном времени, так и накапливают в блоке памяти. 4 ил.

Изобретение относится к области оценки технического состояния трубопроводов и может быть использовано для определения механических напряжений в стальных трубопроводах подземной прокладки. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения механических напряжений в стальных трубопроводах включает изготовление образца трубопровода, из материала, аналогичного материалу конструкции, пошаговое нагружение образца, измерение магнитных параметров металла на каждом шаге нагружения с определенным ориентированием датчика относительно образца, получение зависимости магнитных параметров от величины напряжений в образце, измерение магнитных параметров металла трубопровода, определение величины напряжения с помощью полученной зависимости, при этом в качестве магнитного параметра измеряют собственную напряженность магнитного поля металла труб, измерения выполняют при различных расстояниях от измерительного датчика до поверхности образца, строят графики зависимости магнитных параметров от величины напряжений в образце для каждого из расстояний, определяют расстояние от измерительного датчика до контролируемого трубопровода, определяют напряжения в трубопроводе по кривой зависимости, соответствующей измеренному расстоянию от датчика до трубопровода. Технический результат - расширение возможностей способа. 2 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой датчик механических напряжений. Датчик включает прямоугольную пластину из полимерного материала, на верхней поверхности которой сделано углубление, в котором помещается детектор, при этом внутри прямоугольной пластины вдоль продольной оси располагается предварительно напряжённый аморфный ферромагнитный микропровод, изготовленный из обогащённых кобальтом сплавов, помещённый внутрь измерительной катушки в виде встречно соединённый соленоидов из медной проволоки. Микропровод соединён с первой парой контактных площадок, а указанная дифференциальная измерительная катушка - со второй парой контактных площадок. Контактные площадки в свою очередь соединены с детектором, включающим источник переменного тока, соединённый с источником магнитного поля, источник постоянного тока, соединённый с первой парой контактных площадок, и усилитель сигнала измерительной катушки, вход которого соединён со второй парой контактных площадок, а выход соединён с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к персональному компьютеру. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системе и способу для определения механического напряжения компонента самолета, изготовленного из намагниченного материала. Техническим результатом изобретения является упрощение определения механического напряжения на различной глубине компонента. Система для определения значимой величины (σ) механического напряжения компонента, изготовленного из намагничиваемого материала, содержит: ступень генерирования магнитного поля с изменяющейся амплитуды и ступень захвата для приема сигнала шума Баркгаузена (MBN) при изменениях амплитуды (H) магнитного поля. Причем система содержит блок обработки данных для вычисления обратной величины (1/MBNmax) от максимального значения (MBNmax) сигнала (MBN) при изменениях амплитуды (H) магнитного поля. Блок обработки данных имеет ступень памяти, которая сохраняет данные о линейном соотношении между обратной величиной (1/MBNmax) от максимального значения и значимой величиной (σ) механического напряжения. 2 н. и 12 з.п.ф-лы, 9 ил., 3 табл.
Наверх