Способ обнаружения изгибных напряжений


 


Владельцы патента RU 2452943:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ИрГУПС (ИрИИТ) (RU)

Изобретение относится к области магнитной дефектоскопии в промышленности и на транспорте, в частности может быть использовано в целях обнаружения избыточных изгибных напряжений в рельсовом пути, в металлических профилях промышленных конструкций, трубопроводах и других протяженных деталей и объектов, непосредственно при их эксплуатации. Сущность: намагничивание изделия осуществляется с последовательным образованием двух явно выраженных магнитных полюсов на оси симметрии профиля сечения по всей длине исследуемого изделия в целях создания симметричного магнитного поля относительно оси симметрии профиля сечения изделия. Измеряют величину индукции магнитного поля в точках на границах поперечного сечения изделия, симметричных друг другу относительно оси симметрии поперечного сечения изделия, вдоль длины изделия. По разности величин магнитной индукции в указанных симметричных точках определяется место, направление и оценка величины изгибных напряжений изделия. Технический результат: возможность обеспечения оперативного выполнения процесса выявления и оценки изгибных напряжений в материале конструкций, с помощью стационарных или мобильных технических средств. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области магнитной дефектоскопии в промышленности и на транспорте, в частности, может быть использовано в целях обнаружения избыточных изгибных напряжений в рельсовом пути, в металлических профилях промышленных конструкций, трубопроводах и других протяженных деталей и объектов, непосредственно при их эксплуатации, в том числе, без снятия нагрузки (без разборки), имеющих сечение простой симметричной конфигурации и изготовленных из однородного ферромагнитного материала.

Нормальная эксплуатация рельсов, трубопроводов и других силовых конструкций зависит от состояния материала, в частности, от внутренних механических напряжений в материале, возникающих при изменении условий эксплуатации, окружающей среды, усталости материала, которые в дальнейшем могут привести к различного рода дефектам в материале, а также вызвать, например, не предусмотренные технологией перемещения рельсов железнодорожного пути и строительных конструкций, приводящих к различного рода авариям, например к разрушениям рельсов и конструкций, к выбросам бесстыкового железнодорожного пути [1, 2]. Из многих причин, вызывающих указанные процессы, рассмотрим только те, которые связаны с продольными изгибами протяженных изделий, изготовленных из однородного ферромагнитного материала и имеющих симметричную форму сечения профилей (круг, квадрат, прямоугольник и другие стандартные формы проката).

Существующие способы практического контроля механических напряжений в силовых установках и конструкциях основаны на постоянных наблюдениях, трудоемких и дорогостоящих процедурах по выявлению магнитных аномалий, непосредственно предшествующих появлению дефектов в материале изделия [3, 4, 5]. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ магнитной дефектоскопии [6], но он не учитывает изгибные напряжения в материале изделия, изменяющие магнитные свойства материала.

Предлагаемый способ решает задачу обнаружения изгибных напряжений протяженных деталей, изготовленных из ферромагнитного однородного материала, имеющих симметричную форму сечений профилей, при их эксплуатации в различного рода конструкциях.

Поставленная задача обнаружения изгибных напряжений протяженных деталей решается тем, что намагничивание деталей осуществляют с последовательным образованием двух явно выраженных полюсов магнитного поля на оси симметрии профилей сечений по всей длине исследуемого образца (или путем пропускания по ним тока, создающего требуемое магнитное поле относительно оси симметрии образца). Тогда, при однородности ферромагнитного материала образца магнитная индукция на границах поперечного сечения образца в точках, симметричных друг другу относительно оси симметрии поперечного сечения образца, при отсутствии продольных изгибных напряжений образца будет равной. При возникновении продольных изгибных напряжений в образце происходит следующее: слои в материале образца, обращенные внутрь изгиба, будут сжиматься, а слои в материале образца, обращенные наружу изгиба образца, будут растягиваться, поэтому величина магнитной индукции на границах изделия в этих же точках будет отличаться друг от друга согласно эффекту Виллари [7].

В случае положительного эффекта Виллари величина индукции магнитного поля в точке на границе поперечного сечения образца на участке растяжения образца будет больше, а в симметричной ей точке этого же сечения образца относительно оси симметрии на участке сжатия образца будет меньше, чем ранее до возникновения напряжения в образце в обеих точках, т.е. величина индукции магнитного поля в точке поперечного сечения образца при растяжении Вp будет больше величины магнитной индукции в симметричной ей точке того же сечения образца при сжатии Вcpc). Измеряя величину индукции магнитного поля вдоль длины изделия в характерных (указанных выше) точках, выбираемых в зависимости от профиля сечения изделия, по разности индукций в симметричных точках определяем место (участок) изгибных напряжений в материале изделия, обнаруживаем направление изгиба и оцениваем величину напряжений. При сложных профилях поперечного сечения изделия, например, у рельсов потребуется измерение магнитной индукции в двух парах характерных точек при намагничивании по вертикальной оси симметрии профиля рельсов для создания симметричного магнитного поля с осью симметрии, совпадающей с осью симметрии профиля рельсов, рис.1. На рисунке 1 указаны две пары характерных точек, лежащих на границе поперечного сечения рельсов, симметричных друг другу относительно оси симметрии сечения, являющейся осью намагничивания; введены следующие обозначения: величина индукции магнитного поля для симметричной пары точек головки рельса Bг1 и Вг2, для симметричной пары точек подошвы рельса Bп1 и Вп2, где индекс «1» относится к левой части от оси симметрии, индекс «2» к правой части от оси симметрии.

По результатам этих измерений обнаруживаем и оцениваем следующие основные варианты изгибных напряжений:

1) изгиб рельса в горизонтальной плоскости, слева от оси симметрии сечения рельса материал растянут, справа - сжат: Вг1г2, Bп1п2 или

δгг1г2>0, δп=Bп1п2>0;

2) изгиб рельса в горизонтальной плоскости, слева от оси симметрии сечения рельса материал сжат, справа - растянут: Bг1г2, Bп1п2 или

δгг1г2<0, δпп1п2<0;

3) изгиб рельса в вертикальной плоскости, материал головки рельса растянут, материал подошвы рельса сжат: Вг1г2, Вп1п2, Вг1п1, Вг2п2 или

δ1г1-Bп1>0, δ2г2п2>0, δ12;

4) изгиб в вертикальной плоскости, материал головки рельса сжат, материал подошвы рельса растянут: Вг1г2, Bп1п2, Вг1п1, Вг2п2 или

δ1г1-Bп1<0, δ2г2п2<0, δ12.

Комбинированные продольные изгибы рельсов идентифицируются по приведенным выше соотношениям. Моделирование магнитных полей рельсов при намагничивании постоянными магнитами и при пропускании электрического тока по ним подтверждают приведенные соотношения. Для сечений других профилей при моделировании получены аналогичные результаты.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Намагничивание исследуемого объекта осуществляется путем образования двух явно выраженных магнитных полюсов на выбранной оси симметрии профиля поперечного сечения объекта в целях создания симметричного магнитного поля относительно выбранной оси симметрии. Разрешающей способностью магнитометра, привлекаемого к измерениям величины магнитной индукции, определяется потребная степень намагничивания или остаточная напряженность магнитного поля. Длина участка намагничивания исследуемого объекта выбирается таким образом, чтобы в зоне работы датчика магнитометра было получено достаточно сильное однородное магнитное поле, отвечающее чувствительности средств измерения.

Технический результат реализации предлагаемого способа заключается в возможности обеспечения оперативного выполнения процесса выявления и оценки изгибных напряжений в материале конструкций, с помощью стационарных или мобильных технических средств.

Информационные источники

1. Почему разбиваются поезда. Евразия Вести IX 2003. www.eav.ru.

2. Вериго М.Ф. К вопросу об устойчивости бесстыкового пути под проходящими поездами. Железные дороги мира. №4, 2002. www.css-rzd.ru.

3. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В.Клюева. Т.4: В 3 кн. Кн.1. В.А.Анисимов, Б.И.Каторгин, А.Н.Куценко и др. Акустическая тензометрия. Кн.2. Г.С.Шелихов. Магнитопорошковый метод контроля. Кн.3. М.В.Филинов. Капиллярный контроль. - 2-е изд., испр. - М.: Машиностроение, 2006, - 736 с.: ил.

4. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В.Клюева. Т.6: В 3 кн. Кн.1. В.В.Клюев, В.Ф.Мужицкий, Э.С.Горкунов, В.Е.Щербинин. Магнитные методы контроля. Кн.2. В.Н.Филинов, А.А.Кеткович, М.В.Филинов. Оптический контроль. Кн.3. В.И.Матвеев. Радиоволновой контроль. - 2-е изд. Испр. - М.: Машиностроение, 2006, - 848 с.: ил.

5. Жадобин Н.Е., Лебедев А.И. Магнитоупругие преобразователи в СЭУ. Транспорт Российской федерации, №6, 2006.

6. Степанов А.П., Степанов М.А., Милованов А.И. и др. Способ магнитной дефектоскопии. Решение о выдаче патента на изобретение. Заявка №2008143039/28(055985).

7. Физическая энциклопедия, http://allphysics.ru.

Способ обнаружения изгибных напряжений протяженных изделий, изготовленных из однородного ферромагнитного материала и имеющих симметричную форму профиля сечения, отличающийся тем, что намагничивание изделия осуществляется с последовательным образованием двух явно выраженных магнитных полюсов на оси симметрии профиля сечения по всей длине исследуемого изделия в целях создания симметричного магнитного поля относительно оси симметрии профиля сечения изделия; измеряется величина индукции магнитного поля в точках на границах поперечного сечения изделия, симметричных друг другу относительно оси симметрии поперечного сечения изделия, вдоль длины изделия и по разности величин магнитной индукции в указанных симметричных точках определяется место, направление и оценка величины изгибных напряжений изделия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства и предназначено для диагностирования трубопроводов и других стальных пустотелых сооружений. .

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин, а именно к комплексным средствам для изучения технического состояния обсадных колонн и насосно-компрессорных труб нефтегазовых скважин методами профилеметрии и дефектоскопии.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к устройствам для внутритрубной диагностики состояния стенок труб газо-, нефте-, продуктопроводов, и может быть использовано при диагностике действующих газопроводов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для обнаружения дефектов потери металла и растрескиваний в стенках труб при проведении переизоляции трубопроводов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к устройствам для внутритрубной диагностики геометрических форм и размеров газопроводов. .
Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий магнитным методом и может быть использовано при выявлении дефектов на деталях, эксплуатирующихся в условиях воздействия значительных механических, в том числе знакопеременных нагрузок, например лопаток турбомашин энергетических или газоперекачивающих установок, а также газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к внутритрубной дефектоскопии, и может быть использовано для контроля технического состояния стенок труб непосредственно в процессе транспортировки поставляемого по трубе жидкого или газообразного продукта, например газа по магистральному газопроводу
Изобретение относится к области разработки способов метрологической поверки, настройки и калибровки измерителей износа стальных проволочных канатов, в частности магнитных дефектоскопов

Изобретение относится к области автоматизации сварочных процессов, в частности к датчикам положения сварочного электрода относительно стыка

Изобретение относится к области неразрушающего контроля

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при контроле эксплуатационных колонн нефтяных и газовых скважин

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества изделий и предназначено для дефектоскопии стальных прядных канатов

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам определения неровностей и других дефектов рельсового пути

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества стальных канатов

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для выявления подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах. Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе контролируемый объект намагничивают постоянным магнитным полем, возбуждают с помощью вихретокового преобразователя на контролируемом участке вихревые токи, регистрируют вносимое в вихретоковый преобразователь напряжение U _ в н и по нему судят о наличии дефектов, и согласно изобретению путем изменения параметра Р, регулирующего воздействие постоянного магнитного поля на контролируемый объект, плавно изменяют напряженность Н постоянного магнитного поля от минимальной величины до максимальной, регистрируют максимум Uмax амплитуды вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения U _ в н и величину соответствующего ему значения параметра Р, а параметры дефекта оценивают по совокупности значений Uмах и Р. Технический результат - повышение чувствительности и информативности контроля. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для контроля технического состояния колесной пары железнодорожного транспорта при его движении по рельсовому пути. Согласно способу после наезда колеса (9) на стык (4) в колесе начинает распространяться круговая волна, которая проходя по колесу (9), вызывает появление акустической волны, исходящей от колеса и регистрируемой датчиком (1). Датчик преобразует акустическую волну в электрический сигнал. При отсутствии трещин длительность и частота сигнала будут иметь определенное значение. В случае наличия трещины в колесе указанные параметры изменятся - длительность и частота уменьшатся, что будет свидетельствовать о недопустимости дальнейшей эксплуатации этого колеса. Затем колесо (9) начнет катиться по участку (5), протяженность которого в данном случае равна половине длины окружности колеса, на котором с помощью акустических датчиков осуществляется проверка качества поверхности катания. В результате упрощается конструкция осуществляющего контроль устройства, повышаются эксплуатационные характеристики, снижается энергопотребление. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх