Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами



Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами
Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами
Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами
Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами
Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами
Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами

 


Владельцы патента RU 2518409:

ОАО "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" (ОАО ВНИИАЭС) (RU)

Изобретение относится к методам испытаний, в частности к методам неразрушающего контроля. Гамма-процентный ресурс изделия определяют по результатам ультразвукового, вихретокового, радиографического и прочих методов неразрушающего контроля дефектов материала изделия или группы изделий. Способ основан на оценке остаточной дефектности с использованием тест-образца со скрытыми дефектами. Достигается возможность оценки реальной дефектности изделия после контроля и ремонта выявленных дефектов и определения фактического уровня гамма-процентного ресурса изделия до того, как оно разрушится или повредится в эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к способам испытаний, в частности, для оценки показателей долговечности изделия, точнее гамма-процентного ресурса изделия. Изобретение может применяться в транспорте, атомной и традиционной энергетике, авиации, судостроении, нефтехимии, нефте-, газо- и продуктопроводах, сельскохозяйственных машинах и других областях техники и машиностроения.

Гамма-процентный ресурс - это ресурс, в течение которого изделие не достигнет предельного состояния с вероятностью γ, выраженной в процентах (ГОСТ53480-2009 Надежность в технике. Термины и определения).

В качестве прототипа выбран способ определения качестве изделий, раскрытый в патенте RU 2243586 C1 (опубликован 27.12.2004). Данный способ позволяет определять остаточную дефектность. Однако данный способ не позволяет определять параметры надежности изделия, в частности гамма-процентный ресурс, и их изменение в ходе эксплуатации изделия.

Предельные состояния изделий (механических изделий), как правило, связаны с дефектами металла (или другого конструкционного материала), из которого изготовлено изделие. В соответствие с существующими правилами и нормами в технике устанавливаются допустимые размеры несплошностей, превышение которых запрещено. Такие несплошности называются дефектами. Дефекты, в случае их обнаружения методами неразрушающего контроля, устраняются ремонтом. В процессе эксплуатации несплошности и дефекты материала изделия могут развиваться и увеличиваться в размере, приводя к окончательной поломке или разрушению изделия. Для своевременного выявления опасных несплошностей применяют неразрушающий контроль.

Гамма-процентный ресурс изделия настоящим изобретением предлагается определять по результатам неразрушающего контроля (далее НК) несплошностей, неоднородностей и других дефектов материала изделия или группы изделий (деталей, элементов конструкций и т.п.), в том числе ультразвукового, вихретокового, радиографического и других методов НК.

Считается, что после проведения неразрушающего контроля и ремонта по его результатам всех выявленных дефектов в изделии отсутствуют дефекты. При этом считается, что надежность и безопасность изделия в эксплуатации обеспечена (см., например, нормативные документы в области атомной энергетики: «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок» ПНАЭГ-7-008-89, «Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки. Правила контроля» ПНАЭГ-7-010-89, Госатомнадзор России, Энергоатомиздат, 1991 г.).

На самом деле в настоящее время в технике практически отсутствуют методы и средства неразрушающего контроля, гарантированно, со 100%-ной достоверностью выявляющие все дефекты. Поэтому всегда имеется определенная вероятность пропуска дефекта, в том числе и дефекта, представляющего опасность (то есть развитие которого во время эксплуатации приведет к повреждению изделия или его разрушению). Известно (например, Аркадов Г.В., Гетман А.Ф., Родионов А.Н. Надежность оборудования и трубопроводов АЭС и оптимизация их жизненного цикла, М., Энергоатомиздат, 2010; Гурвич А.К. «Надежность дефектоскопического контроля как надежность комплекса «Дефектоскоп - оператор - среда», Дефектоскопия, 1992 г., №3, с.5-13), что практически во всех случаях НК имеется существенная вероятность пропуска дефекта больших размеров, существенно превышающих допустимые размеры. На практике оказывается, что практически всегда после НК и устранения выявленных дефектов в изделии еще остаются дефекты. Именно эти оставшиеся дефекты в конечном итоге и определяют надежность и долговечность изделия.

Существующие методы оценки гамма-процентного ресурса изделия основаны на формально-математических подходах, в которых не учитываются реальные оставшиеся в изделии дефекты. Например, в рамках существующих теорий надежности фактический уровень гамма-процентного ресурса изделия определяют по результатам математической обработки так называемого потока отказов однотипных изделий, находящихся в эксплуатации (Острейковский В.А. «Эксплуатация атомных станций», Москва, Энергоатомиздат, 1999 г., раздел 3.5: «Методы анализа несплошностей оборудования АЭС»). Недостаток таких подходов состоит в том, что находящиеся в эксплуатации изделия должны повредиться или разрушиться прежде чем можно будет оценить их фактический уровень надежности и безопасность.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в том, что оно позволяет произвести оценку реальной дефектности изделия после контроля и ремонта выявленных дефектов и определить фактический уровень гамма-процентного ресурса изделия до того, как оно разрушится или повредится в эксплуатации.

Пример осуществления изобретения иллюстрируется следующими графическими материалами.

На фиг.1 представлены кривые остаточной дефектности до начала эксплуатации и в конце эксплуатации. На фиг.2 изображена схематизация дефекта в трубопроводе эллипсом с полуосями a и c. На фиг.3 показана совокупность дефектов критических и допустимых размеров. На фиг.4 показана гистограмма выявленных в изделии дефектов, кривые исходной и остаточной дефектности. На фиг.5 показан график для определения вероятности обнаружения дефектов.

Технический результат достигается тем, что способ определения гамма-процентного ресурса изделия включает определение дефектности изделия методом неразрушающего контроля, при этом изготавливают тест-образец, предназначенный для определения характеристик неразрушающего контроля несплошностей в материале изделия, осуществляют контроль этого тест-образца методом неразрушающего контроля и контроль изделия, который производится тем же методом, что и контроль тест-образца, при этом тест-образец изготавливают в форме изделия или его наиболее ответственной части из того же материала и по той же технологии, что и изделие с расположенными случайным образом дефектами с различными характеристическими размерами χ, определяют для конкретного изделия или группы m однотипных изделий критические размеры χкр дефектов в режиме эксплуатации и допустимые в эксплуатации размеры [χ]д.э. дефектов, результаты контроля изделия представляют в виде гистограммы в координатах (Nобн, χ), где Nобн - число обнаруженных при контроле дефектов, χ - характеристический размер дефекта, причем при контроле m однотипных изделий результаты контроля суммируют и представляют в виде одной гистограммы, определяют вероятность обнаружения дефектов Pвод на упомянутом тест-образце, определяют исходную дефектность Nисх=f(χ), определяют остаточную дефектность Nост=φ(χ) как разность Nисх и Nобн, остаточную дефектность разделяют на достоверную часть χ≤χд и вероятностную часть χ>χд, где χ - характеристический размер дефекта, χд - размер дефектов на границе между достоверной и вероятностной частями, определяемый из

χ д χ м а к с ϕ ( χ ) d χ = 1 ,

где χмакс - максимально возможные размеры дефектов в данном изделии;

полученная вероятностная часть остаточной дефектности принимается за начальную кривую остаточной дефектности, которая сдвигается вправо на графике в координатах (lgPр; χ), где Pр - вероятность разрушения, за счет развития дефектов в эксплуатации, при этом величину развития определяют расчетным путем в зависимости от механизма и условий эксплуатации; полученную новую кривую принимают за конечную кривую остаточной дефектности и по ней определяют значения гамма-процентного ресурса по критериям либо появления недопустимого в эксплуатации дефекта, либо по критерию разрушения, при этом в первом случае используют уравнение

γt([χ]д.э.)=[1-Ppд.э.)]×100%,

а во втором случае уравнение

γtкр)=[1-Ppкр)]×100%.

Отличительной чертой данного способа является то, что для определения гамма-процентного ресурса используют тест-образец, фактически идентичный изделию.

По вероятностной части конечной остаточной дефектности определяют вероятность гамма-процентного ресурса изделия γt как вероятность отсутствия в изделии несплошности недопустимого размера по формуле:

γ t ( [ χ ] д . э . ) = [ 1 1 m [ χ ] д . э . χ м а к с ϕ ( χ ) d χ ]

а гамма-процентный ресурс изделия по критерию разрушения можно определить как вероятность отсутствия в изделии несплошности, по размерам равной или большей χкр, по формуле:

γ t ( χ к р ) = [ 1 1 m χ к р χ м а к с ϕ ( χ ) d χ ]

Для того чтобы гамма-процентный ресурс выразить в процентах, надо величину γt([χ]д.э.) или γtкр) умножить на 100%.

Как правило, в качестве характеристического размера χ дефекта выбирается линейный размер a дефекта, или комбинация линейных размеров дефекта, или площадь дефекта, или объем дефекта.

В одном из вариантов аппроксимируют гистограмму (Nобн, χ) уравнением

Nобн(χ)=A1χ-n1{1-(1-η)exp[-α(χ-χ0)]-η} или

Nобн(χ)=A2exp(-n2χ){1-(1-η)exp[-α(χ-χ0)]-η},

где A1, А2, n1, n2, η - постоянные, которые определяют из условия максимального приближения уравнения Nобн(χ) к результатам контроля, представленным в виде гистограммы, а α определяют с использованием тест-образца,

χ0 - минимально доступный для выявления размер дефекта,

исходную дефектность Nисх определяют по формуле:

Nисх=Аχ-n

а вероятность обнаружения дефекта Pвод аппроксимируют по результатам контроля тест-образца формулой:

Pвод=1-(1-η)exp[-α(χ-χ0)]-η.

В частном случае в качестве характеристического размера χ принимают малую полуось a эллипса, которым схематизируют дефект, при этом соотношение а/с принимают постоянным для всех а, определяемым из условия максимальной скорости развития дефекта в эксплуатационных условиях.

При этом минимально доступный для выявления размер дефекта χ0 определяют при настройке дефектоскопа, применяемого при контроле изделия, или как минимальный размер дефекта, который был выявлен при контроле.

Для упрощения вычислений постоянную η можно принимать равной 0.

Зависимость (Nисх, χ) апроксимируют уравнением типа Nисхχexp(-nχχ), или Nисх=Aaехр(-na a), или Nисх=Aa,cexp[-na,c(a 2/c)], или Nисх=AFexp(-nF), или N и с х = A χ χ n χ , или N и с х = A a a n a , или N и с х = A a , c ( a 2 / c ) n a , c , или N и с х = A F F n F ,

где а, с - линейные размеры дефекта,

F - площадь дефекта,

n, A - коэффициенты, выбираемые из условия максимального приближения аналитической кривой к экспериментальным данным.

Способ может применяться для конкретного изделия или группы однотипных изделий, гамма-процентный ресурс которых надо определить, с применением известного метода НК при проведении контроля оператором известной квалификации с последующим ремонтом выявленных дефектов.

Методами механики разрушения определяют критические размеры дефектов в режиме эксплуатации для данного изделия χкр и предельно допустимые в эксплуатации дефекты [χ]д.э. (нормы дефектов изделия), определяемые по действующим нормативным документам и/или ТУ на изготовление (например, для атомной техники - по нормативной методике М-02-91). χ - характеристический размер дефекта, например, выбирается линейный размер дефекта, или комбинация линейных размеров дефекта, или площадь дефекта, или объем дефекта.

Фиг.1 иллюстрирует тот факт, что определенная указанным выше способом кривая остаточной дефектности принимается за исходную (то есть на момент оценки, например, до начала эксплуатации) остаточной дефектностью (кривая 1 на фиг.1), которая за время эксплуатации tэ (за счет того, что дефекты подрастут) сдвинется вправо (фиг.1, кривая 2). Новую кривую остаточной дефектности принимают за конечную кривую остаточной дефектности.

Совокупность дефектов критических размеров (кривая 3), допустимых в эксплуатации размеров (кривая 2), а также допустимые размеры несплошностей при изготовлении (кривая 1) изображены на фиг.3.

Проводят неразрушающий контроль изделия (НК) выбранным методом (ультразвуковым, вихретоковым, радиографическим и другими методами НК), техническими средствами контроля и операторами определенной квалификации и затем устраняют в нем обнаруженные дефекты (ремонтом).

Результаты контроля представляют в виде гистограммы в координатах «характеристический размер дефекта χ - количество выявленных дефектов данного размера Nобн изд».

Далее определяют исходную дефектность Nисх=f(χ) и остаточную дефектность Nост=φ(χ) по уравнению Nисх(χ)=Nобн(χ)/Pвод(χ) как разность Nисх и Nобн.

Указанные зависимости можно определять следующим способом. Результаты НК представляют в виде аналитических выражений. Структура уравнения, которое может описать результаты НК, представленные на гистограмме, фиг.4, следующая:

Nобн(χ)=Nисх(χ)Pвод(χ)

где Nобн - число обнаруженных при контроле дефектов на единицу характеристического размера. Если в качестве характеристического размера выбрана малая полуось эллипса, которым схематизируют дефект, то размерность Nобн - мм-1;

Nисх - функция исходной (до НК и ремонта) дефектности с той же размерностью, что и Nобн;

Pвод - вероятность обнаружения дефекта данного размера χ.

Вид функции Nисх определяется исходя из условия наибольшей простоты выражения, минимального числа констант и соответствия физически обусловленной зависимости Nисх от χ.

В первом приближении могут быть использованы следующие уравнения:

Nисх=Aχ-n,

Pвод=1-(1-η)exp[-α(χ-χ0)]-η,

Nобн(χ)=Aχ-n{1-(1-η)exp[-α(χ-χ0)]-η},

где A, n, α, η, χ0 - постоянные.

Определяют численные значения постоянных A, n, α, η из условия максимального приближения уравнения Nобн(χ) к результатам НК, представленным в виде гистограммы. При этом α и η определили ранее на тест-образце.

При этом χ0 - минимально доступный для выявления размер дефекта - определяют при настройке дефектоскопа, применяемого при контроле изделия, или как минимальный размер дефекта, который был выявлен при контроле; η в первом приближении можно принять равной 0. В результате остается две неизвестных, что существенно облегчает задачу их определения.

Определить постоянные A и n можно либо решая систему двух уравнений относительно A и n, которые получают, если взять две точки на гистограмме, либо их определяют с использованием метода наименьших квадратов.

Остаточную дефектность Nост определяют как разность Nисх и Nобн:

Nост(χ)=Nисх(χ)-Nобн(χ).

При этом число оставшихся после НК и ремонта дефектов в изделии определяют в трех диапазонах: остаточную дефектность N о с т , к р Σ в области дефектов, важных для безопасности, определяют в виде числа дефектов в изделии, размеры которых равны или больше критических размеров χкр в режиме эксплуатации изделия: N о с т , к р Σ = 1 m χ к р χ п р е д N о с т ( χ ) d χ ; при N о с т , к р Σ < 1 имеется вероятность неразрушения изделия; при N о с т , к р Σ 1 изделие не имеет запаса безопасности и не может быть допущено к эксплуатации;

остаточную дефектность N о с т , д . э . Σ в области дефектов, важных для надежности, определяют в виде числа дефектов, размеры которых превышают размеры дефектов [χ]д.э., предельно допустимых в эксплуатации изделия:

N о с т , д . э . Σ = 1 m χ д . э . χ п р е д N о с т ( χ ) d χ ; при N о с т , д . э . Σ 1 изделие не имеет запаса надежности;

где m - число однотипных изделий.

При построении гистограммы горизонтальная ось χ должна включать критический размер дефекта, даже если в результате контроля все выявленные дефекты не достигали критических размеров.

В случае контроля нескольких однотипных изделий все результаты контроля суммируют и представляют в виде одной гистограммы. Чем большее количество изделий было проконтролировано, тем достовернее получаемый окончательный результат.

Кривую вероятности выявления дефектов от размеров дефектов "a" и "с" (любой дефект в материале консервативно можно описать эллипсом с полуосями a и с) можно аппроксимировать наиболее близко описывающим экспериментальные результаты контроля уравнением, например

Pвод=1-(1-η)exp[-αНК(a-a 0)(c-c0)]-η, или

P в о д = 1 ( 1 η ) exp [ α Н К ( a a 0 ) a c ] η , или

Pвод=1-(1-η)exp[-αНК(χ-χ0)]-η

где αНК - коэффициент достоверности НК, характеризует увеличение выявляемости дефектов в зависимости от его размера;

η - постоянная, характеризующая предельную выявляемость контроля данным методом при сколь угодно большом размере дефекта; если размеры детали небольшие, то данной величиной можно пренебречь, введя соответствующую корректировку величины αНК;

χ -характеристический размер дефекта, например его площадь;

χ0 - минимальный характеристический размер дефекта;

а0, c0 - минимальные размеры дефектов, доступные для выявления НК.

Далее проводят контроль изделия, а результаты контроля представляют в виде гистограммы в координатах «характеристический размер дефекта χ - количество выявленных дефектов данного размера Nобн изд».

Исходную дефектность Nисх определяют как отношение Nобн изд/Pвод(χ); полученную гистограмму апроксимируют уравнением типа Nисх=Aχexp(-nχχ), или N и с х = A χ χ n χ , или N и с х = A a a n a , или N и с х = A a , c ( a 2 / c ) n a , c , или N и с х = A F F n F , или

N и с х = A a a n a ρ ( c ) , или N и с х = A a , c a n 1 2 π D exp [ ( c c ¯ ) 2 2 D 2 ( c ) ]

где а, с - линейные размеры дефекта,

ρc - функция распределения величины с, например, нормальный закон распределения,

F - площадь дефекта,

n, A, D, c ¯ - коэффициенты, выбираемые из условия максимального приближения аналитической кривой к экспериментальным данным, при этом c ¯ - среднее значение с, а D - дисперсия.

В качестве характеристического размера можно принять малую полуось a эллипса, которым схематизируют дефект, при этом соотношение а/с принимают постоянным для всех а исходя из условия максимальной скорости роста дефекта в условиях эксплуатации; при этом

N и с х = 0 c м а к с ϕ ( a , c ) d c = f ( a ) , например, в случае однородного поля напряжений a/с=2 и нормального закона для распределения с со средним значением с=2a и дисперсией D=a/2 получаем

N и с х = 0 c м а к с A a n 1 2 π D exp [ ( c c ¯ ) 2 2 D 2 ( c ) ] d c = = A a n 0 c м а к с 2 a π exp [ ( c 2 a ) 2 / 0,5 a 2 ] d c = A a n

Остаточную дефектность получают как разность между Nисх и Nобн изд. При этом Nобн изд определяют из аналитического выражения Nисх·Pвод(χ), т.e. остаточную дефектность Nост можно представить в виде уравнения

Nост=Nисх(1-Pвод).

Далее остаточную дефектность разделяют на достоверную часть χ≤χд, в которой дефекты с размерами χ≤χд существуют достоверно, и вероятностную часть χ>χд, в которой дефекты с размерами χ>χд могут быть, а могут и не быть.

Границу между достоверной и вероятностной частями остаточной дефектности определяют из условия:

χ д χ м а к с ϕ ( χ ) d χ = 1 ,

где χмакс - максимально возможные размеры дефектов в данном изделии.

Полученная таким образом вероятностная часть остаточной дефектности будет начальной кривой остаточной дефектности. За время эксплуатации tэ (за счет того, что дефекты подрастут) эта кривая сдвинется вправо (кривая 2 на фиг.1). Величины сдвигов вправо можно определить по известным формулам в зависимости от исходного размера дефекта, например по нормативному документу в атомной энергетике РД ЭО-0330 или упоминавшейся выше монографии Аркадова Г.В., Гетмана А.Ф. и Родионова А.Н. Полученная новая кривая остаточной дефектности будет конечной остаточной дефектностью.

По вероятностной части конечной остаточной дефектности определяют вероятность гамма-процентного ресурса изделия γt как вероятность отсутствия в изделии несплошности недопустимого размера по формуле:

γ t ( [ χ ] д . э . ) = [ 1 1 m [ χ ] д . э . χ м а к с ϕ ( χ ) d χ ] ,

а гамма-процентный ресурс изделия по критерию разрушения можно определить как вероятность отсутствия в изделии несплошности, по размерам равной или большей χкр, по формуле:

γ t ( χ к р ) = [ 1 1 m χ к р χ м а к с ϕ ( χ ) d χ ] .

Для того чтобы гамма-процентный ресурс выразить в процентах, надо величину γt([χ]д.э.) или γtкр) умножить на 100%.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Необходимо определить гамма-процентный ресурс на конец проектного срока эксплуатации трубопровода внутренним диаметром D=800 мм, толщиной стенки S=34 мм из перлитной стали. Критические размеры дефектов в поперечных сварных швах представлены на фиг.3 (кривая 3). Допустимые в эксплуатации дефекты определили с использованием уравнений механики разрушения и коэффициентов запаса прочности (кривая 2 на фиг.3). Нормы дефектов при изготовлении представлены на фиг.3 кривой 1.

В результате НК штатным методом и средствами до начала эксплуатации (после монтажа) было обнаружено 71 несплошность.

Все выявленные несплошности (дефекты) представлены в виде гистограммы на фиг.4.

При этом в качестве характеристического размера дефекта выбрана ширина дефекта в направлении толщины стенки, а точнее - малая полуось эллипса, которыми схематизировали все выявленные дефекты.

При соотношении a/с≈0,5 критическому размеру дефекта соответствует a кр=28 мм, [a]д.э.=11 мм, [a]изг.=1,15 мм (фиг.2).

Несмотря на то, что максимальный размер выявленного дефекта составил a макс=13 мм, ось абсцисс содержит критический размер a=28 мм.

Уравнение, описывающее число выявленных дефектов Nобн в зависимости от размеров a:

Nобн=Aa -n[1-exp[-α(a-a 0)]].

По результатам контроля минимальный выявленный дефект имел a=0,6 мм, то есть a 0=0,6 мм.

Вероятность обнаружения дефектов определяют с использованием тест-образца и аппроксимируют выражением Pвод=1-exp[-α(1-0,6)].

Для определения постоянных А, n решают систему из двух уравнений относительно этих постоянных:

1-е уравнение получают для точки с координатами (a=1 мм, Nобн=20) по фиг.4:

20=A·1-n[1-exp[-α(1-0,6)]];

2-е уравнение получают для точки с координатами (a=5 мм, Nобн=4) по фиг.4:

4=A·5-n[1-exp[-α(5-0,6)]];

3-е уравнение получают для точки с координатами (a=13 мм, Nобн=0,66) по фиг.4 и его можно использовать для уточнения коэффициентов A и n:

0,66=A·13-n[1-exp[-α(13-0,6)]].

Для 3-го уравнения Nобн=0,66 получено как осреднение числа выявленных дефектов в интервале от 11 до 13 мм, что составило 2/3, где 2 - число выявленных дефектов, 3 - число интервалов.

Окончательно система уравнений имеет вид:

20=A·[1-exp(-0,4α)]

4=A·5-n[1-exp(-4,4α)]

0,66=A·13-n[1-exp(-12,4α)]

Решение системы уравнений относительно A и n дало следующие результаты:

А=1000 мм, n=2,56. Коэффициент α=0,05 мм-1 определен ранее экспериментально из тест-образца.

Подставляя постоянные A, n, а в соответствующие уравнения, получают уравнение исходной дефектности:

Nисх=1000a -2,56;

уравнение вероятностей обнаружения дефекта:

Pвод=1-exp[-0,05(a-0,6)];

уравнение остаточной дефектности

Nост(χ)=Nисх(χ)-Nобн(χ).

Полученные уравнения представлены на фиг.4 и фиг.5.

Решают уравнения

γ t ( [ χ ] д . э . ) = [ 1 1 m [ χ ] д . э . χ м а к с ϕ ( χ ) d χ ]

γ t ( χ к р ) = [ 1 1 m χ к р χ м а к с ϕ ( χ ) d χ ]

где φ(χ)=φ(χ)=Nост(a)=Nисх(a)-Nобн(a), а m=1

При этом aмакс=S, где S - толщина стенки трубопровода. Результаты решения представлены на фиг.1 в виде кривой 1. Допустимые в эксплуатации и критические дефекты отмечены соответственно [a] и a кр.

Результаты расчета в координатах {lg(1-χ); a} наносим на график (кривая 1 на фиг.1). Полученная кривая 1 является начальной кривой вероятностной части остаточной дефектности.

Во время эксплуатации дефекты будут расти. Механизм роста может быть различным в зависимости от условий эксплуатации. В нашем случае превалирует рост дефектов под действием циклических нагрузок. В этом случае используем уравнение типа:

d a d N = C ( Δ K 1 1 R ) m ,

в котором

C и m - постоянные, зависящие от материала и условий эксплуатации;

R - коэффициент асимметрии цикла, для цилиндра давления равен 0;

ΔK1 - размах коэффициента интенсивности напряжений.

Коэффициент интенсивности напряжений при неоднородном распределении напряжений в районе трещины определяют по уравнению:

K 1 = Y * σ к р * ( a / 1000 ) 0,5 ,

где

Y=(2-0,82(a/c))/[1-(0,89-0,57(a/c)0,5)3(a/c)l,5]3,25,

σкр=0,61 σA+0,39σB+[0,11(a/с)-0,28(a/s)(1-(a/c)0,5)](σAB), (5)

σA - напряжение в вершине трещины;

σB - напряжение на поверхности детали в корне трещины.

Для частного случая Y = 1.12 π .

Интегрируя приведенное выше выражение, его можно представить в виде:

N = a 0 a k 1 / C ( Δ K 1 1 R ) m d a

Подставляя в выражение предыдущие выражения и решая его относительно конечного размера трещины a к, можно определить подрост трещины Δa N под воздействием N циклов нагружения.

Определяя указанным способом подрост дефектов для верхней, средней и нижней частей начальной кривой остаточной дефектности для числа циклов нагружения на конец проектного срока эксплуатации, получим конечную кривую остаточной дефектности (кривая 2 на фиг.1).

По конечной кривой остаточной дефектности определяем гамма-процентный ресурс трубопровода по критериям обнаружения недопустимого дефекта и по критерию разрушения (разрыва), соответственно

γt([χ]д.э.)=1-Pр(a д.э.) и γtкр)=1-Pр(a кр),

или для представления вероятностей в процентах величины γt необходимо умножить на 100%. Проводя указанные вычисления, окончательно получим:

- гамма-процентный ресурс на конец проектного срока эксплуатации по критерию появления недопустимого в эксплуатации дефекта

γt([χ]д.э.)=1-Pр(a д.э.)=1-(2×х10Е-2)×100%=98%;

- гамма-процентный ресурс на конец проектного срока эксплуатации по критерию разрушения трубопровода

γtкр)=1-Pр(a кр)=1-(3×10E-6)×100%=99,9997%.

Как следует из приведенного примера, способ позволяет определять гамма-процентный ресурс с высокой степенью достоверности.

1. Способ определения гамма-процентного ресурса изделия, включающий определение дефектности изделия методом неразрушающего контроля, отличающийся тем, что изготавливают тест-образец, предназначенный для определения характеристик неразрушающего контроля несплошностей в материале изделия, осуществляют контроль этого тест-образца методом неразрушающего контроля и контроль изделия, который производится тем же методом, что и контроль тест-образца, при этом тест-образец изготавливают в форме изделия или его наиболее ответственной части из того же материала и по той же технологии, что и изделие с расположенными случайным образом дефектами с различными характеристическими размерами χ, определяют для конкретного изделия или группы m однотипных изделий критические размеры χкр дефектов в режиме эксплуатации и допустимые в эксплуатации размеры [χ]д.э. дефектов, результаты контроля представляют в виде гистограммы в координатах (Nобн, χ), где Nобн - число обнаруженных при контроле дефектов, χ - характеристический размер дефекта, причем при контроле m однотипных изделий результаты контроля суммируют и представляют в виде одной гистограммы, определяют вероятность обнаружения дефектов Pвод на упомянутом тест-образце, определяют исходную дефектность Nисх=f(χ), определяют остаточную дефектность Nост=φ(χ) как разность Nисх и Nобн, остаточную дефектность разделяют на достоверную часть χ≤χд и вероятностную часть χ>χд, где χ - характеристический размер дефекта, χд - размер дефектов на границе между достоверной и вероятностной частями, определяемый из
χ в χ м а к с ϕ ( χ ) d χ = 1 ,
где χмакс - максимально возможные размеры дефектов в данном изделии;
полученная вероятностная часть остаточной дефектности принимается за начальную кривую остаточной дефектности, которая сдвигается вправо на графике в координатах (lgPр; χ), где Pр - вероятность разрушения, за счет развития дефектов в эксплуатации, при этом величину развития определяют расчетным путем в зависимости от механизма и условий эксплуатации; полученную новую кривую принимают за конечную кривую остаточной дефектности и по ней определяют значения гамма-процентного ресурса по критериям либо появления недопустимого в эксплуатации дефекта, либо по критерию разрушения, при этом в первом случае используют уравнение
γt([χ]д.э.)=[1-Pрд.э.)]×100%,
а во втором случае уравнение
γtкр)=[1-Pркр)]×100%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве характеристического размера χ дефекта выбирается линейный размер дефекта, или комбинация линейных размеров дефекта, или площадь дефекта, или объем дефекта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к методам испытаний, в частности к методам неразрушающего контроля. Определяют дефектность изделия методом неразрушающего контроля (критические размеры χкp дефектов в режиме эксплуатации и допустимые в эксплуатации размеры [χ]d.э.

Изобретение относится к наземным имитационным испытаниям космических аппаратов (КА), а именно многозвенных маложестких механических систем изделий космической техники.

Изобретение относится к электрическим испытаниям электрооборудования на восприимчивость к электромагнитному воздействию. Способ испытаний микропроцессорной системы управления двигателем автотранспортного средства на восприимчивость к электромагнитному воздействию, в котором испытуемую систему управления в составе транспортного средства подвергают импульсному воздействию электромагнитного излучения с помощью генератора грозового разряда.

Изобретение относится к области транспортных средств (ТС), более конкретно к способам определения акустических характеристик салонов ТС, и может быть использовано при акустической доводке проектируемых образцов ТС.

Изобретение относится к испытанию и техническому диагностированию машин, в частности к устройствам для измерения силы тяги на крюке транспортной машины. Динамометр для тяговых испытаний машин содержит опорный и прижимной диски с проушинами, цилиндр с размещенной в нем камерой сжатия, заполненной маслом, поршень со штоком, манометр и датчик давления.

Изобретения относятся к измерительным системам. При движении летательного аппарата (ЛА) по аэродрому до момента взлета и от момента посадки до остановки ЛА измеряют температуру и давление в каждой шине шасси, сравнивают текущие величины давления и температуры в каждой шине с заданной величиной, сравнивают текущие величины давления и температуры в m сдвоенных шинах стоек шасси между собой, записывают информацию о давлении и температуре в каждой шине в бортовой накопитель информации.

Изобретение относится к электрическим испытаниям на восприимчивость к электромагнитному полю промышленной частоты (ЭМППЧ) изделий электрооборудования автотранспортных средств (АТС).

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к конструкциям испытательных стендов, связанных с доводкой и определением ресурса автомобилей, строительно-дорожных машин, колесных тракторов.

Стенд содержит опорную раму (1), на которой закреплен своими концами отрезок ленты (2), имитирующей ленту промежуточного линейного привода, опирающийся на две желобчатые опоры (3, 4).

Изобретение предназначено для исследования системы колесо-рельс. Катковый стенд содержит раму (1), установленную в бетонном фундаменте, на основании рамы (4), на разрыве рельсового пути (3), закреплен имитатор рельсового пути (5), содержащий два катка (6), установленные в опорах, выполненных на подшипниках качения (8).

Изобретение относится к методам испытаний, в частности к методам неразрушающего контроля. Гамма-процентный ресурс изделия определяют по результатам ультразвукового, вихретокового, радиографического и прочих методов неразрушающего контроля дефектов материала изделия или группы изделий. Способ основан на оценке остаточной дефектности. Достигается возможность оценки реальной дефектности изделия после контроля и ремонта выявленных дефектов и определение фактического уровня гамма-процентного ресурса изделия до того, как оно разрушится или повредится в эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области обеспечения надежности и безопасности сосудов и трубопроводов давления во время их эксплуатации. Определяют критические размеры трещин в режиме нормальной эксплуатации. Затем методами механики разрушения и сопротивления материалов находят такое давление и температуру испытаний, при которых полученные значения размеров критических трещин не дорастают за увеличенный интервал периодичности испытаний до размеров критических трещин в режиме нормальной эксплуатации. Достигается обеспечение увеличенного интервала времени между испытаниями без снижения надежности изделия. 5 ил.

Изобретение относится к способу определения крутильной податливости гидромеханической трансмиссии. Способ включает нагружение слоя грунта траками гусеничного трактора с гидромеханической трансмиссией, неподвижно зафиксированного посредством силоизмерительного устройства, плавное увеличение нагрузки, регистрацию значения касательного усилия грунтозацепа трака на грунт, измерение деформации грунта, построение графика зависимости деформации грунта от касательного усилия грунтозацепа трака на грунт, определение по точке излома прямой графика предельного касательного усилия грунтозацепа трака на грунт, регистрацию угла поворота ведущей звездочки трактора, построение графика зависимости угла поворота ведущей звездочки трактора от касательного усилия грунтозацепа трака на грунт. По точке излома прямой графика определяют полный угол поворота ведущей звездочки. Рассчитывают угол поворота ведущей звездочки, соответствующий величине предельной упругой деформации сдвига грунта. Определяют суммарный угол закручивания трансмиссии φTP как разность полного угла поворота ведущей звездочки трактора и угла поворота ведущей звездочки. Суммарную крутильную податливость гидромеханической трансмиссии определяют из соотношения l K = ϕ T P P K O ⋅ r K , где rK - радиус ведущей звездочки трактора, P K O - касательное усилие грунтозацепа трака на грунт, соответствующее суммарному углу закручивания трансмиссии φTP. Технический результат заключается в возможности определения динамических характеристик трансмиссии. 2 ил.

Изобретение относится к области испытания автомобиля. Проводят серию измерений уровня шума автомобиля, движущегося по мерному участку в режиме разгона, производят запись полученных значений, получают диаграмму значений записанного уровня шума автомобиля и определяют значение его скорости при пересечении микрофонной линии. Проводят серию измерений уровня шума автомобиля, движущегося по мерному участку накатом со скоростью, равной наперед заданному значению, таким образом, чтобы скорости, полученные при пересечении автотранспортным средством микрофонной линии, в обеих сериях измерений совпадали. Получают диаграмму записанных значений уровня шума автотранспортного средства, движущегося накатом. Проводят идентификацию шума, производимого шинами в общем уровне шума движущегося АТС, путем сравнения значений общего уровня шума АТС, полученных в режиме разгона со значениями уровня шума АТС, полученных в режиме наката с применением поправки на расстояние, определяющей зависимость изменения уровня шума от расстояния между источником шума и шумомером. Достигается определение вклада шума шин в общем шуме, производимом транспортным средством во время движения. 3 ил.

Изобретение относится к средствам испытания устройств на ударные нагрузки и может быть использовано для проведения испытаний защитных устройств, в том числе бамперов, транспортного средства. Данный стенд имеет платформу, которая образует рабочую плоскость для установки на ней транспортного средства, выставленную на контрольную высоту от ударной части. Одна из торцевых частей платформы расположена под ударной частью между вертикальными опорными стойками. Концы вертикальных и наклонных опорных стоек, которые находятся с противоположной стороны от упомянутой горизонтальной рамы, снабжены средствами регулирования их по высоте. Шарнирные соединения маятника с несущим каркасом и несущей плитой, соединения несущего каркаса и платформы выполнены сборно-разборными. Несущий каркас, платформа, маятник с устройством его отвода и груз переменной массы выполнены с возможностью их транспортирования в кузове грузового транспортного средства. Обеспечивается сокращение времени на монтаж и демонтаж, возможность быстрой транспортировки элементов конструкции и снижение требований к месту проведения испытаний, для которого нет необходимости в подведении электросети и подготовке основания. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Стенд содержит раму (1) с установленным на ней с помощью плоских наклонных рессор (4, 5) желобом (2) с закрепленными на его нижней поверхности ребрами жесткости (3). Желоб связан с установленным на раме кривошипно-шатунным приводом с регулируемой частотой вращения его двигателя. Высота передних сменных рессор (5) равна или меньше высоты задних рессор (4). Желоб выполнен с постоянно закрепленной на нем ограничительной задней стенкой (8) и шарнирно закрепленной на его нижней части передней стенкой (10) с возможностью ее фиксации в исходном вертикальном положении фиксатором (11). Под передней стенкой на раме размещен приемный короб (12) для разгрузки в него пробы транспортируемого груза (7). Стенд снабжен прибором для измерения времени разгрузки пробы транспортируемого груза из желоба в приемный короб. Обеспечивается оптимизация параметров проектируемого виброконвейера. 1 ил.

Изобретение относится к методам испытаний, в частности к методам неразрушающего контроля. Способ состоит в том, что выполняют контроль изделия (или группы однотипных изделий) имеющимися (штатными) средствами неразрушающего контроля. Определяют по выявленным несплошностям фактический гамма-процентный ресурс изделия на конец эксплуатации. Сравнивают фактический ресурс с требуемыми значениями гамма-процентного ресурса. Определяют требования к достоверности метода неразрушающего контроля для достижения требуемого значения гамма-процентного ресурса. Подбирают метод неразрушающего контроля с требуемыми характеристиками достоверности. Выполняют контроль изделия новыми подобранными средствами неразрушающего контроля. Выполняют ремонт всех выявленных дефектов (трещин, непроваров, неоднородностей и других дефектов) материала изделия по результатам двух контролей. Достигается гарантированное обеспечение требуемого уровня надежности. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области контроля транспортных средств. Устройство обнаружения ускорения содержит блок (20) устранения компонента вибрации для устранения компонента вибрации кузова транспортного средства, содержащегося в сигнале (Gsen-f) датчика ускорения (G), прошедшем через фильтр (13), при переходе из остановленного состояния в состояние движения, и блок (21) коррекции нулевой точки для коррекции положения нулевой точки сигнала (Gsen-f) G-датчика, прошедшего через фильтр (13), с использованием значения коррекции (Gd) на основе сигнала (Gsen-r) G-датчика, в котором устранен компонент вибрации транспортного средства. Достигается точность коррекции ошибки дрейфа. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к испытанию машин, в частности к устройствам для экспериментального исследования процесса слива масла из картерных полостей машин. На одной из боковых граней корпуса канистры выполнено окно в виде прямоугольника. Канистра противоположной гранью корпуса установлена на основании под сливной пробкой таким образом, что струя масла при его истечении из сливного отверстия после отвинчивания пробки не выходит за пределы окна. Корпус канистры дополнительно оснащен экраном и измерительной линейкой. Экран выполнен в виде полосы, один конец которой опущен в полость корпуса канистры, а другой ее конец находится вне полости корпуса канистры и возвышается над ним настолько, что экран в продольной плоскости образует некоторый угол с линией горизонта. Измерительная линейка жестко присоединена к поверхности экрана. Техническим результатом изобретения является моделирование вылета струи масла из картерных полостей машин. 1 ил.

Изобретение относится к области диагностики дефектов технических систем. Устройство содержит, по меньшей мере, один датчик шума. Датчик шума соединен с блоком временной дискретизации и с выходом блока коммутации каналов. Блок коммутации каналов соединен с фиксатором состояний. Фиксатор состояний обрабатывает гармоники. Фиксатор состояний соединен с определителем образа состояния. Выход определителя образа состояния соединен с блоком фиксации динамики состояния. Блок фиксации динамики состояния соединен с монитором, на котором отображаются данные о текущем и предшествующих состояниях объекта. Массив амплитуд гармоник сигнала с фиксатора поступает в определитель образа состояния. В блоке определителе образа состояния осуществляется сравнение полученного массива с аналогичными массивами из базы образов состояний, причем с учетом доверительных интервалов и требований надежности оценки. Если полученный массив не имеет аналогов в базе данных, он заносится в базу данных под условным именем с необходимым доверительным интервалом. Достигается повышение точности оценки технического состояния механизмов транспортных и стационарных систем. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх