Способ оценки запаса прочности изделий в процессе эксплуатации

Изобретение относится к области исследований, в ходе которых, непосредственно в процессе эксплуатации, оценивается работоспособность подвергающихся воздействию рабочей нагрузки изделий, изготовленных из ферромагнитного материала, путем определения и сравнения их прочностных характеристик. Сущность: используют свойство ферромагнитного материала изделия, находящегося в намагниченном состоянии, изменять местные значения магнитной индукции в зависимости от изменения формы нагружения. О располагаемом коэффициенте запаса прочности изделия судят по отношению между нормируемой (эталонной для данного объекта) величиной изменения магнитной индукции для характерных точек сечения исследуемого изделия и рабочим значением этой величины для данной формы напряженного состояния объекта исследования. Технический результат: возможность получения и накопления информации о динамическом состоянии изделия в каждый рабочий момент, на участке любого отрезка времени эксплуатации, за весь исследуемый период эксплуатации. 1 ил.

 

Изобретение относится к области исследований, в ходе которых, непосредственно в процессе эксплуатации, оценивается работоспособность подвергающихся воздействию рабочей нагрузки изделий, изготовленных из ферромагнитного материала, путем определения и сравнения их прочностных характеристик.

Известен традиционный в инженерной практике способ определения прочностных характеристик, предлагаемый классическим курсом «Сопротивления материалов», согласно которому свойство изделия сохранять длительную работоспособность определяется величиной коэффициента запаса прочности, рассчитываемого отношением величин допускаемого и рабочих напряжений для стандартизированных по форме и материалу изделий. База рекомендаций курса «Сопротивления материалов» представлена огромным объемом результатов лабораторных исследований, сложившейся и оправдавшей себя на практике методикой проведения этих исследований. Однако при общепризнанной эффективности известный способ ограничен необходимостью проведения исследований в условиях стационара, не всегда дающих возможность смоделировать одновременное сочетание в лабораторных условиях всего многообразия физических факторов, оказывающих влияние на работоспособность изделия в процессе эксплуатации. Яркую иллюстрацию этому соображению представляет пример сложного динамического состояния рельсов железнодорожной транспортной системы, чаще всего являющегося причиной аварий на железнодорожном транспорте в результате разрушения рельсов, выбросов бесстыкового пути и т.д. [1, 2].

Предлагаемый способ решает задачу определения прочностных характеристик изделий, изготовленных из ферромагнитного материала, непосредственно в процессе эксплуатации, с обеспечением перемещения исследовательско-измерительной аппаратуры вдоль объекта исследования, в том числе в процессе выполнения им рабочих функций.

К решению поставленной задачи привлечена информация о проявлении магнитных аномалий, т.н. эффект Виллари [3], выраженных изменением величины магнитной индукции в локальных зонах объектов исследования, в зависимости от напряженного состояния изделий, изготовленных из ферромагнитного материала, намагниченность которых определяется условиями эксплуатации или осуществляется принудительно, с возможностью формирования и обнаружения местных магнитных аномалий.

В ходе лабораторного моделирования, осуществленного в соответствии с методикой курса «Сопротивление материалов», с использованием рельса в качестве объекта исследования, обнаружено, что 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 Вр будет больше величины магнитной индукции в симметричной ей точке того же сечения образца при сжатии Всрс). Измерением величины индукции магнитного поля вдоль длины изделия в характерных (указанных выше) точках, выбираемых в зависимости от профиля сечения изделия, по разности индукций в симметричных точках, определяются локальные зоны появления и возрастания напряжений в материале изделия при изгибе, в соответствии с направлением изгиба, и оценивается величина этих 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. 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 обнаружены и оценены следующие основные варианты напряжений, возникающих при изгибе рельса:

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

δгг1г2>0, δпп1п2>0;

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

δг=Bг1г2<0, δп=Bп1п2<0;

3) изгиб рельса в вертикальной плоскости, материал головки рельса растянут, материал подошвы рельса сжат: Bг1г2, Bп1п2, Bг1>Bп1, Вг2п2 или

δ1=Bг1-Bп1>0, δ2г2п2>0, δ12;

4) изгиб в вертикальной плоскости, материал головки рельса сжат, материал подошвы рельса растянут: Bг1г2, Bп1п2, Bг1<Bп1, Вг2п2 или

δ1=Bг1-Bп1<0, δ2г2п2<0, δ12.

Комбинированные продольные изгибы рельсов идентифицируются по приведенным выше соотношениям.

Результаты лабораторного моделирования свидетельствуют, что накопление информации о точном соответствии характеристик напряженного состояния изделия и характера проявления в нем при этом местных магнитных аномалий является чисто технической задачей с предсказуемым результатом исследований в виде таблиц строгого соответствия исследуемых параметров физического состояния объектов исследования. Т.е. прочностная характеристика - коэффициент запаса прочности, рассчитываемая отношением допускаемого и рабочего напряжений, становится взаимозаменяемой с характеристикой, рассчитанной как отношение между нормируемой (эталонной для данного объекта) величиной изменения магнитной индукции в характерных точках профиля сечения исследуемого объекта и рабочим значением этой величины для данной формы напряженного состояния изделия.

Назовем эту характеристику коэффициент изменения магнитной индукции. Согласно эффекту Виллари, этот коэффициент несет ту же самую смысловую нагрузку, что и коэффициент запаса прочности в сопромате.

С учетом изложенного, предлагаемый способ оценки запаса прочности изделий, изготовленных из ферромагнитного материала, подвергающихся воздействию рабочей нагрузки, заключается в том, что показания исследовательско-измерительной аппаратуры, представленной комплектом магнитометров, перемещающихся вдоль объекта наблюдения, получают в виде величин изменения магнитной индукции для характерных точек сечения исследуемого изделия, которые сравнивают с нормируемыми (эталонными), сосредоточенными в компьютерной базе данных. По величине отношения между нормируемой (эталонной для данного объекта) величиной изменения магнитной индукции и рабочим значением этой величины для данной формы напряженного состояния объекта исследования судят о располагаемом коэффициенте запаса прочности.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом:

- предшествующий этап работ формирует базу данных, в которой сосредоточена информация о соответствии значений напряженности магнитного поля и механических напряжений для эталонных образцов изделий при различных формах нагружения;

- объект исследования подвергают намагничиванию (с помощью постоянных магнитов или путем пропускания тока по изделию) или определяют характеристику его магнитного поля, в случае его естественной намагниченности, обусловленной условиями эксплуатации (например, рельс);

- выделяют характерные точки профиля сечения исследуемого изделия, для которых будут определяться величины изменения магнитной индукции (в нашем примере выбран рельс как объект со сложной формой профиля);

- вдоль объекта наблюдения перемещают комплект магнитометров, показания которых, с помощью микропроцессорной техники, регистрируются, сравниваются, обрабатываются до получения параметра, по величине которого судят о располагаемом коэффициенте запаса прочности изделия.

Технический результат реализации предлагаемого способа заключается в возможности получения и накопления информации о динамическом состоянии изделия в каждый рабочий момент, на участке любого отрезка времени эксплуатации, за весь исследуемый период эксплуатации.

Источники информации

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. 2002. №4, www.css-rzd.ru.

3. Физическая энциклопедия. http://allphysics.ru.

Способ оценки запаса прочности изделий, изготовленных из ферромагнитного материала, подвергающихся воздействию рабочей нагрузки, использующий свойство материала изделия, находящегося в намагниченном состоянии, изменять местные значения магнитной индукции в зависимости от изменения формы нагружения, отличающийся тем, что о располагаемом коэффициенте запаса прочности изделия судят по отношению между нормируемой (эталонной для данного объекта) величиной изменения магнитной индукции для характерных точек сечения исследуемого изделия и рабочим значением этой величины для данной формы напряженного состояния объекта исследования.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля эксплуатационных свойств (твердости, прочности) стальных протяженных стальных металлоконструкций (труб, мостов, кранов, рельсов, резервуаров и др.) и действующих в них механических напряжений.

Изобретение относится к электромагнитному неразрушающему контролю качества изделий из ферромагнитных сталей и может быть использовано для контроля качества термической обработки стержней.

Изобретение относится к исследованиям физических и химических свойств материалов и сплавов и может быть использовано на машиностроительных и металлургических предприятиях для неразрушающего контроля температуры отпуска изделий из среднеуглеродистых сталей, подвергаемых закалке и последующему отпуску.

Изобретение относится к области измерения магнитных параметров ферромагнитных материалов и может быть использовано для определения свойств и напряженно-деформированного состояния различных ферромагнитных изделий.

Изобретение относится к магнитометрии, конкретно к неразрушающему магнитному контролю динамических параметров изделий из ферромагнитных материалов, используемых в различных отраслях техники и подвергающихся в процессе эксплуатации динамическим механическим воздействиям.

Изобретение относится к исследованиям физических свойств изделий из ферромагнитных материалов. .

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к способу термообработки образца для калибровки и настройки устройств магнитного контроля и конструкции данного образца, изготовленного этим способом.

Изобретение относится к неразрушающему контролю физико-механических свойств изделия из ферромагнитного материала и может быть использовано для контроля качества термообработки сварных соединений.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения упругих напряжений в ферритовых изделиях. .

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля структуры металла протяженных ферромагнитных и неферромагнитных изделий, в частности насосных штанг, используемых при механизированной нефтедобыче, и предназначено для экспресс-индикации структурной неоднородности материала изделий, связанной с нарушением режима при объемной термообработке в процессе изготовления, а также структурной неоднородности, возникшей в процессе эксплуатации изделия.

Изобретение относится к приборостроению, неразрушающему контролю материалов, технической диагностике и может быть использовано в качестве накладных датчиков для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах для оценки ресурсоемкости устройства агрегатов, работающих под нагрузкой
Наверх