Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой

Обобщены результаты испытания различных материалов с целью получения аналитической зависимости для расчета остаточного ресурса металла трубопроводов с различной эксплуатационной наработкой. Найденная зависимость получена при помощи обобщенного критерия ΔWп, основанного на отношении структурно-чувс...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Недосека, С.А., Недосека, А.Я.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2010
Назва видання:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Теми:	Техническая диагностика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103457
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой / С.А. Недосека, А.Я. Недосека // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2010. — № 1. — С. 9-16. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-103457
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1034572016-06-17T03:02:42Z Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой Недосека, С.А. Недосека, А.Я. Техническая диагностика Обобщены результаты испытания различных материалов с целью получения аналитической зависимости для расчета остаточного ресурса металла трубопроводов с различной эксплуатационной наработкой. Найденная зависимость получена при помощи обобщенного критерия ΔWп, основанного на отношении структурно-чувствительных параметров, характеризующих изменение работоспособности материала конструкции вследствие накопления эксплуатационных повреждений. Results of testing various materials to derive an analytical dependence for calculation of residual life of pipeline metal with different operating lives are generalized. The derived dependence was obtained using generalized ΔWp criterion, based on the relationship of structurally-sensitive parameters characterizing the change of structure material performance as a result of operating damage accumulation. 2010 Article Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой / С.А. Недосека, А.Я. Недосека // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2010. — № 1. — С. 9-16. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103457 621.19.44 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Техническая диагностика Техническая диагностика
spellingShingle	Техническая диагностика Техническая диагностика Недосека, С.А. Недосека, А.Я. Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Обобщены результаты испытания различных материалов с целью получения аналитической зависимости для расчета остаточного ресурса металла трубопроводов с различной эксплуатационной наработкой. Найденная зависимость получена при помощи обобщенного критерия ΔWп, основанного на отношении структурно-чувствительных параметров, характеризующих изменение работоспособности материала конструкции вследствие накопления эксплуатационных повреждений.
format	Article
author	Недосека, С.А. Недосека, А.Я.
author_facet	Недосека, С.А. Недосека, А.Я.
author_sort	Недосека, С.А.
title	Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой
title_short	Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой
title_full	Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой
title_fullStr	Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой
title_full_unstemmed	Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой
title_sort	комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Техническая диагностика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103457
citation_txt	Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой / С.А. Недосека, А.Я. Недосека // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2010. — № 1. — С. 9-16. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT nedosekasa kompleksnaâocenkapovreždennostiiostatočnogoresursametallovsékspluatacionnojnarabotkoj AT nedosekaaâ kompleksnaâocenkapovreždennostiiostatočnogoresursametallovsékspluatacionnojnarabotkoj
first_indexed	2025-07-07T13:53:27Z
last_indexed	2025-07-07T13:53:27Z
_version_	1836996528082780160
fulltext	УДК 621.19.44 КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ПОВРЕЖДЕННОСТИ И ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА МЕТАЛЛОВ С ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАРАБОТКОЙ С. А. НЕДОСЕКА, А. Я. НЕДОСЕКА Обобщены результаты испытания различных материалов с целью получения аналитической зависимости для расчета остаточного ресурса металла трубопроводов с различной эксплуатационной наработкой. Найденная зависимость получена при помощи обобщенного критерия ΔWп, основанного на отношении структурно-чувствительных пара- метров, характеризующих изменение работоспособности материала конструкции вследствие накопления эксплу- атационных повреждений. Results of testing various materials to derive an analytical dependence for calculation of residual life of pipeline metal with different operating lives are generalized. The derived dependence was obtained using generalized ΔWp criterion, based on the relationship of structurally-sensitive parameters characterizing the change of structure material performance as a result of operating damage accumulation. В процессе длительной эксплуатации материалы, как правило, претерпевают изменение ряда физи- ческих и механических свойств. Если речь идет о промышленных конструкциях, то характерным яв- ляется влияние в процессе эксплуатации на эти свойства множества различных факторов, природа которых, а тем более количественные показатели, чаще всего не полностью известны. К указанным факторам можно отнести режимы и историю наг- ружения, сезонные изменения свойств материала, коррозию, внештатные перегрузки и ряд других. Ре- зультатом действия упомянутых факторов является некоторое, отличное от первоначального, состояние материала, которое далее будем называть повреж- денным. В качестве примеров изменения материала вследствие накопленных в процессе эксплуатации повреждений на рис. 1 показан элемент трубы разрушенного участка газопровода, проработав- шего более 35 лет под землей, на рис. 2 предс- тавлены образцы материалов труб газопроводов, прошедшие испытания на ударную вязкость. Ис- следуя изменение состояния материала при помо- щи различных инструментальных методов, полу- чают некоторые числовые характеристики, кото- рым следует дать определенное объяснение. Од- ним из возможных подходов для такого объяс- нения может быть трактовка указанных числовых характеристик как формального показателя интег- ральной поврежденности материала. Исследова- ния кинетики накопления повреждений в условиях равновесного деформирования, выполненные А. А. Лебедевым и Н. Г. Чаусовым [13], показывают, что процесс разрушения начинается с образования пор, появившихся при слиянии дислокаций на гра- ницах зерен.* На рис. 3 постадийно представлен Рис. 1. Элемент трубы после длительной эксплуатации (а) и поверхность разрушения (б)© С. А. Недосека, А. Я. Недосека, 2010 * Данные результаты подтверждаются работами J. R. Rice, D. M. Tracey [10], А. Герсоном [11] и др. [17–25]. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2010 9 процесс накопления повреждений и разрушения стали 12Х2МФА при статическом растяжении [13]. Показано, что с увеличением деформации ко- личество пор растет. В конечном счете, в резуль- тате их слияния образуется магистральная трещи- на, приводящая к разрушению. Проведенный анализ состояния материала раз- рушившихся изделий, комплексное исследование кинетики накопления повреждений при разру- шении образцов из исходного материала и мате- риала, находившегося длительное время в эксплу- атации, позволили предложить методику прогно- зирования разрушающих нагрузок и остаточного ресурса этих материалов на основе оценки пос- тепенного накопления повреждений в процессе их работы под нагрузкой. В случае использования единого способа оценки поврежденности при об- работке результатов, полученных различными ме- тодами, появляется возможность выразить пов- режденность в одинаковых безразмерных величи- нах и сопоставить их. Вопрос оценки остаточного ресурса для мате- риалов с эксплуатационной наработкой является весьма актуальным. Для материалов, подвергаю- щихся циклическому нагружению с известными па- раметрами цикла, расчет остаточного ресурса не представляет сложности и широко представлен в литературе [2]. Для прочих материалов, особенно подвергнувшихся действию множества трудно учи- тываемых факторов в процессе эксплуатации, тре- буется определение параметров, которые имеют ус- тойчивую закономерность изменения во времени и могут служить для определения их остаточного ре- сурса. Одним из таких параметров может служить интегральный показатель поврежденности матери- ала, определенный по результатам испытаний об- разцов с известной эксплуатационной наработкой. В ранее опубликованных работах [3, 4] был предложен критерий оценки поврежденности ма- териалов по результатам АЭ сканирования. АЭ сканирование представляет собой интегральный метод оценки состояния материала, во многом по- добный УЗК, отличающийся тем, что для скани- рования используют АЭ аппаратуру с широкопо- лосными датчиками, а анализ сигналов на выходе проводят аналогично анализу АЭ при стандартных АЭ испытаниях. Исходные данные были получены на образцах из сталей 17ГС, 17Г1С, стали 20, 09Г2С и ее чешского аналога с длительной наработкой, Рис. 2. Образцы после испытаний на ударную вязкость в за- висимости от времени наработки (стрелка — деградация ма- териала с течением времени) Рис. 3. Накопление повреждений в стали 15Х2МФА ( 20) на различных стадиях деформирования образца при растяжении: а – д — стадии деформирования на ниспадающем участке кривой σ–ε (е)[13] 10 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2010 представляющих трубопроводы из различных ре- гионов Украины, и на образцах из этих же ма- териалов в исходном состоянии — из аварийного запаса. Критерий оценки опасности накопленных в металле конструкций повреждений представлен в виде ΔWср = 1 – vповр/vисх, где в качестве акус- тического параметра, позволяющего оценить сте- пень поврежденности материала, служит характе- ристика, имеющая смысл скорости нарастания сиг- нала до максимума v = A/R, где A — амплитуда выходного сигнала; R — время его нарастания до максимума для исходного («исх») и поврежденного («повр») материала. Показано, что если скорость v для наработанного материала меньше, чем для ис- ходного, то в материале возникли необратимые пов- реждения, связанные с остаточным изменением объема. Причем, если подобные соотношения наб- людаются по трем направлениям сканирования, то это служит индикатором наиболее опасного состо- яния материала, поскольку в нем интенсивно раз- вивается объемная поврежденность. Данные, характеризующие механические свойс- тва металла исследованных труб в исходном сос- тоянии, свидетельствуют об их сравнительно не- большом различии, что объясняется прежде всего единой природой и близким химическим составом сталей. Это дало основание формально рассматри- вать экспериментальные данные, полученные на разных трубопроводах после различной длитель- ности их эксплуатации, как результаты исследова- ния состояния металла трубы из низколегированной стали в составе некоего виртуального газопровода на разных стадиях эксплуатации. Предложенный подход требует наличия от- носительно одинаковых свойств металла труб в исходном состоянии, относительно одинаковых условий механического нагружения труб и от- носительно одинаковых параметров температур- но-химических воздействий. Такие условия для реальных трубопроводов, в отличие от рассмат- риваемого виртуального, в определенной степе- ни могут не соблюдаться, что вполне объясняет отклонения экспериментальных результатов от их среднестатистических значений. Несмотря на пе- речисленные ограничения, такой подход позволя- ет количественно описать процесс накопления повреждений в металле труб. Сопоставление результатов определения пов- режденности методами АЭ сканирования и рас- сеяния твердости [4, 5] показало их хорошую корреляцию. Так, для наружных слоев матери- ала труб коэффициент корреляции кривых пов- режденности составил 89,86 %, а для внутрен- них — 90,72 %. Полученные результаты позволили предпо- ложить, что и данные других инструментальных методов могут быть успешно использованы при определении поврежденности исследованных материалов. Учитывая, что для этих материалов были проведены также АЭ испытания при ста- тическом нагружении, определение остаточного объема пустот взвешиванием в жидкости и из- мерение ударной вязкости, в данной работе предпринята попытка обобщить полученные данные путем использования обобщенного фор- мального критерия поврежденности. Формальный критерий поврежденности сформу- лируем как ΔWп = 1– ∏повр/∏исх, где ∏ — параметр, отражающий изменение некоторого свойства мате- риала в процессе накопления повреждений. Для результатов АЭ испытаний (рис. 4) харак- терным было отличие АЭ картины как для ис- пытаний образцов из различных материалов, так и для испытаний образцов, вырезанных из сосед- них участков, в связи с чем при расчете ΔWАЭ для каждой группы испытанных материалов (три образца в исходном состоянии и три после экс- плуатационной наработки) использовали наи- более структурно-чувствительный параметр ∏АЭ, представляющий собой одну из трех линейных комбинаций: ΣA∇(lnK); ΣA∇(K); K∇(K). Здесь ΣA — сумма амплитуд АЭ событий; K — коэф- Рис. 4. Изменение параметров АЭ вследствие наработки: а — число событий АЭ (N) в материалах с множественными рассеян- ными повреждениями; б — отношения суммы амплитуд АЭ к числу событий (Aсум/N) в охрупчивающихся материалах ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2010 11 фициент коррекции результатов расчета по числу событий N (K = aNm).* Величины а и m предс- тавляют собой константы материала, определяе- мые экспериментально при испытании образцов. Расчет поврежденности ΔWАЭ выполняли для трех перечисленных параметров по приведенным фор- мулам, затем выбирали наибольшее значение. При оценке ΔWув поврежденности по изменению ударной вязкости (рис. 5) в качестве исходного зна- чения принимали ее величину для материала в сос- тоянии поставки, в качестве поврежденного — зна- чение после эксплуатационной наработки. Для результатов взвешивания малых проб в жидкости (рис. 6) [3, 4] критерий ΔWр был сфор- мулирован как ΔWр = 1 – (Vост.макс – Vост)/Vост.макс, где Vост — текущий объем вновь образовавшихся пустот; Vост.макс — объем пустот в максимально поврежденном материале (определен эксперимен- тально на пробах материала из разрушенного тру- бопровода после аварии). К сожалению, измере- ния ударной вязкости и взвешива- ние проб в жидкости выполнено не для всех испытанных матери- алов, поэтому наиболее полно далее представлены результаты оценки поврежденности по дан- ным АЭ испытаний и АЭ скани- рования. Сведем результаты оценки поврежденности по данным раз- личных методов в таблицу, куда для полноты поместим также данные, полученные в Институте проблем прочности НАН Украи- ны по расчету поврежденности ΔWLM, методом LM-твердости. Дублирующиеся данные по го- дам в табл. 1 относятся к различ- ным трубопроводам с одинаковой наработкой. Очевидно, что приведенные в табл. 1 данные имеют достаточно большой статистический раз- брос. Тем не менее, если зависимость повреж- денности от наработки, полученную каждым ме- тодом, аппроксимировать экспоненциальной за- висимостью и построить соответствующую ли- нию тренда, то полученные в результате кривые не только имеют общую тенденцию изменения, но и расположены достаточно близко (рис. 7). Следует отметить, что наихудшее совпадение кривой ΔWр с остальными может быть объяснено ма- лым набором имеющихся статистических данных. Однако сравнение параметра ΔWр с данными других методов представляется оправданным по той причи- не, что он напрямую отражает объем накопленных в материале повреждений и связан с деформацией Рис. 5. Изменение ударной вязкости исследованных материалов вследствие нара- ботки Рис. 6. Изменение остаточного объема вследствие наработки * В прямоугольных декартовых координатах линейный оператор ∇ определяется формулой ∇ = ∂ ∂x i + ∂ ∂y j + ∂ ∂z k. Т а б л и ц а 1. Поврежденность исследованных материалов, оп- ределенная различными методами Наработка, лет ΔWАЭ ΔWСКАН ΔWLM ΔWУВ ΔWР 15 0,11 0,24 0,23 0,16 – 27 0,11 0,41 0,35 – 0,05 32 0,12 0,05 0,41 – – 32 0,48 0,51 0,41 – – 32 0,56 0,6 0,41 – – 32 0,71 0,73 0,41 – – 33 0,48 0,21 0,43 – – 35 0,59 0,41 0,46 0,26 0,17 35 0,82 0,89 0,46 0,53 0,46 40 0,71 0,68 0,54 0,28 – 41 0,91 0,73 0,55 0,32 – 48 0,31 0,52 0,75 0,56 0,3 48 0,72 0,64 0,75 0,79 – 55 0,60 0,31 0,96 – 0,69 12 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2010 разрыхления [4]. Хотя при дальнейшей обработке и обобщении полученных результатов поврежден- ность, определенную путем взвешивания проб в жидкости, не использовали, следует отметить, что коэффициент корреляции ΔWр со среднеарифмети- ческим значением поврежденности ΔWср, определен- ной остальными методами, составляет 0,98. Ранее было показано [3, 4, 7–9], что изменения акустических сигналов при прохождении через ма- териал с накопленными повреждениями коррели- руют с объемом и расположением в нем мелких пор. Учитывая корреляцию между значением пов- режденности по данным различных методов, а так- же то, что для исследованных сталей характерен вязкий механизм разрушения, можно предполо- жить, что изменения всех рассмотренных в работе структурно-чувствительных параметров исследо- ванных материалов связаны именно с процессом разрыхления, что соответствует также известным теоретическим разработкам [10, 11]. Среднеарифметическое значение поврежден- ности ΔWср для четырех остальных методов может быть описано уравнением ΔWср = aebt, где t — срок эксплуатационной наработки; a = 0,1352; b = 0,0333 (рис. 8). Параметром поврежденности ΔWср можно воспользоваться для определения остаточного ресурса испытанных материалов, причем по данным любого из четырех инструментальных методов. Для этого построим номограмму в ко- ординатах «поврежденность—остаточный ре- сурс», воспользовавшись уравнением кривой ΔWср и учитывая, что в точке ΔWср = 1 оста- точный ресурс должен принимать значение 0. Расположив данные на номограмме и экстра- полировав ее до значения поврежденности ΔWср = 0, опишем их логарифмической зависи- мостью. Уравнение соответствующей линии тренда примет вид tост = nln(ΔWср) + m, где tост — остаточный ресурс; n = –30,03; m = –0,115 (рис. 9). Полученное уравнение может быть использовано для определения остаточного ресурса исследованных материалов по извес- тной поврежденности. Естественно, полученная номограмма пост- роена на основе обработки и осреднения боль- шого массива данных, имеющих статистический разброс. В связи с этим остаточный ресурс также Рис. 7. Кривые зависимости поврежденности от эксплуатационной наработки, полученные различными методами (в обозна- чениях критерия ΔW: АЭ — по данным акустической эмиссии; УВ — ударной вязкости; СКАН — сканирования; P — взвешивания малых проб; LM — специального критерия твердости) Рис. 8. Осредненная кривая поврежденности ΔWср по данным четырех методов ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2010 13 будет определен с некоторой погрешностью. Тем не менее, предложенная методика позволяет обоб- щать результаты экспериментальных данных, по- лученных различными методами. Для того, чтобы убедиться в ее работоспособности, сравним ос- таточный ресурс, полученный таким образом для результатов АЭ испытаний, АЭ сканирования, из- мерения ударной вязкости и рассеяния твердости. Построим диаграммы, представляющие срав- нительный анализ остаточного ресурса для неко- торых пар наборов экспериментальных данных. К каждому набору данных добавим дополни- тельный элемент, соответствующий нулевой пов- режденности и «бесконечному» остаточному ре- сурсу. Учитывая, что номограмма описывается логарифмической зависимостью, для которой подстановка нулевого аргумента недопустима, вместо него использовали очень малое значение ΔWср = 0,0001. При этом максимальный остаточ- ный ресурс, соответствующий нулевой повреж- денности, составляет 276,4 года. Реальные экспе- риментальные данные, на основе которых рассчи- тывали остаточный ресурс, имеют ненулевую пов- режденность, в связи с чем на представленных ди- аграммах ограничились интервалом времени от 0 до 100 лет. С учетом изложенного выше, на диаграммы были нанесены также линии тренда, имеющие вид прямых, описываемых уравнениями вида t1 = kt2, где t1, t2 — сравниваемые значения ос- таточного ресурса, полученные методами 1 и 2 соответственно. Для наиболее показательных сравниваемых наборов данных — остаточного ре- сурса, определенного по результатам АЭ испы- таний, АЭ сканирования и измерений ударной вязкости, уравнения тренда имеют следующий вид: tскан = 0,97tАЭ; tув = 0,99tАЭ; tув = 1,016tскан. Приведенные данные иллюстрируются диаг- раммами на рис. 10–12. Видно, что, несмотря на имеющийся разброс результатов конкрет- ных отдельных испытаний, общие количест- венные и качественные закономерности при- сутствуют во всех рассмотренных случаях. В то же время следует отметить, что наилучшие результаты показали данные, полученные с по- мощью АЭ и АЭ сканирования. С помощью предложенной методики можно уточнить результаты ранее проведенной оцен- ки остаточного ресурса исследуемых матери- алов. Упомянутая оценка также базировалась на изменении некоторых характеристик пов- режденного материала по сравнению с исход- ными. Однако поскольку имелись результаты испытаний каждого из мате- риалов только в двух состояни- ях — неповрежденного и с оп- ределенным сроком наработки — для определения времени ис- черпания несущей способности и соответствующего остаточно- го ресурса строили прямую ли- нию, точка пересечения кото- рой с осью времени опреде- ляла момент предельного повреждения материала. Надо полагать, что такая зависи- мость должна быть более сложной и, как показали про- веденные исследования и рас- четы, наиболее правдоподобно ее описывает экспоненциаль- ная кривая. В частности, в работе [7] величина остаточного ресурса материала с наработкой 48 лет, определенного авторами по та- Рис. 10. Сопоставление остаточного ресурса, определенного по номограмме на осно- ве данных АЭ и АЭ сканирования Рис. 9. Номограмма для определения остаточного ресурса по известной поврежденности 14 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2010 кой методике, составила по данным АЭ два года. В качестве структурно-чувствительной АЭ харак- теристики в данном исследовании было исполь- зовано число событий АЭ. Проведем сравнитель- ный анализ полученных данных, рассчитав оста- точный ресурс при помощи уравнения, представ- ленного номограммой на рис. 9. Поврежденность материала: ΔWАЭ = 1 – Nповр/Nисх = 1 – 64/139 = 0,94. Остаточный ресурс, определенный при по- мощи предложенной номограммы, составляет tост = – 30,03ln(0,94) – 0,115 = 1,74 года. Высокая поврежденность материала подтвер- ждается и АЭ сканированием. При первоначаль- ных значениях амплитуды сканирующего сигнала 499 мВ и длительности 150 мкс в поврежденном материале эти параметры изменились до 135 мВ и 420 мкс соответственно. Поврежденность ма- териала ΔWскан составляет при этом 0,77, ос- таточный ресурс tост = –30,03ln(0,77) – 0,115 = = 7,7 года. Близки результаты и при определении пов- режденности методом ударной вязкости. Для основного металла ударная вязкость составляет 37,5 Дж/см2. Поврежденность ΔWскан = 0,86, ос- таточный ресурс, определенный при помощи предложенной номограммы, tост = 4,4 года. Учитывая, что исследованные образцы из ста- ли 09Г2С были вырезаны из участка трубопро- Рис. 11. Сопоставление остаточного ресурса, определенного по номограмме на основе данных АЭ и ударной вязкости Рис. 12. Сопоставление остаточного ресурса, определенного по номограмме на основе данных АЭ сканирования и ударной вязкости ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2010 15 вода, на котором возникла трещина и произошла авария, рассчитанный ресурс материала вполне соответствует действительности. Следует отме- тить, что погрешность измерений, проведенных различными методами, может отличаться, и для ее устранения необходим больший объем экспе- риментальных данных. Тем не менее, использо- вание номограммы для оценки остаточного ресурса по известной поврежденности дает ши- рокие возможности, например, при сравнительной оценке остаточного ресурса различных материа- лов. Естественно, полученная логарифмическая зависимость справедлива только для проведенной серии экспериментов, и дополнительные иссле- дования могут внести в нее определенные кор- рективы. Тем не менее, в настоящей работе предложен и формализован обобщенный подход к оценке состояния материала на основании оди- наковой трактовки изменений состояния матери- ала в процессе эксплуатации, независимо от того, каким методом эти изменения были зарегистри- рованы. Выводы 1. Количественная оценка поврежденности иссле- дованных материалов труб, проведенная по дан- ным пяти различных методов, показывает, что кривая накопления повреждений может быть опи- сана функциональной зависимостью (рис. 8). 2. Используя полученное уравнение для опре- деления ΔWср, построена номограмма для опре- деления остаточного ресурса (рис. 9). 3. Представленный в работе формальный кри- терий поврежденности позволяет сопоставить по- лученные разными методами результаты оценки накопленных при эксплуатации повреждений. 4. Полученные функциональные зависимости справедливы для исследованных материалов в оп- ределенных условиях эксплуатации. Для опреде- ления их пригодности к оценке других материалов или при других условиях требуются дополнитель- ные исследования. 1. About experience of Ukraine in the solution of problems of safety control exploitation of welded structures and preser- vation of an environment / B. Е. Paton, А. J. Nedoseka, L. M. Lobanov, S. A. Nedoseka // The Report № IIW DOC XI- 735–00 on commission XI «Intern. Inst. of Welding», July 9–14, 2000, Florence, Italy. 2. Сопротивление материалов деформированию и разру- шению. Справ. пос. / В. Т. Трощенко, А. Я. Красовский, В. В. Покровский и др. — Киев: Наук. думка, 1993. 3. Оценка поврежденности металла действующих газопро- водов методом АЭ-сканирования / А. А. Лебедев, А. Я. Недосека, Н. Г. Чаусов, С. А. Недосека // Техн. диагнос- тика и неразруш. контроль. — 2001. — № 1. — С. 8–12. 4. Модель накопления повреждений в металлических мате- риалах при статическом растяжении / А. А. Лебедев, Н. Г. Чаусов, С. А. Недосека, И. О. Богинич // Пробл. проч- ности. — 1995. — № 7. — С. 31–40. 5. Контроль текущего состояния металла труб действую- щих газопроводов. Метод исследования и результаты / А. А. Лебедев, Н. Р. Музыка, Н. Л. Волчек, С. А. Недосе- ка // Там же. — 2003. — № 2. — С. 29–36. 6. Оценка состояния металла труб после длительной экс- плуатации в системе магистральных газопроводов / А. А. Лебедев, С. А. Недосека, Н. Р. Музыка, Н. Л. Волчек // Техн. диагностика и неразруш. контроль. — 2003. — № 2. — С. 3–8. 7. Недосека С. А. Причины возникновения повреждений и остаточный ресурс материала аварийного участка тру- бопровода Дашава–Киев // Там же. — 1998. — № 1. — С. 38–50. 8. Комплексная оценка поврежденности материала при пластическом деформировании / А. А.Лебедев, Н. Г.Чау- сов, И. О. Богинич, С. А.Недосека // Пробл. прочности. — 1996. — № 5. — С. 23–30. 9. Недосека А. Я., Недосека С. А. Акустическая эмиссия и ресурс конструкций // Техн. диагностика и неразруш. контроль. — 2008. — № 2. — С. 3–11. 10. Rice J. R., Tracey D. M. On the ductile enlargement of voids in triaxial stress fields // J. Mech. and Phys. Solids. — 1969. — 17, № 3. — P. 201–207. 11. Гэрсон А. Континуальная теория вязкого разрушения, обусловленного образованием и ростом пор. — Ч.1. Критерий текучести и законы течения для пористой пластической среды // Теор. основы инж. расчетов. — 1977. — № 1. — С. 1–17. 12. Скальський В. Р. Оцінка накопичення об’ємної пошкод- женості твердих тіл за сигналами акустичної емісії // Техн. диагностика и неразруш. контроль. — 2003. — № 4. — С. 29–36. 13. Лебедев А. А., Чаусов Н. Г. Экспресс-метод оценки тре- щиностойкости пластичных материалов. — Киев: АН УССР, препринт, 1988. — 43 с. 14. Панасюк В. В., Андрейкив А. Е., Партон В. З. Основы механики разрушения материалов / Механика разруше- ния и прочность материалов. Справ. пос. в 4-х т. // Под общ. ред. акад. НАН Украины В.В. Панасюка. — Т.1. — Киев: Наук. думка, 1988. — 488 с. 15. Работнов Ю. Н. Влияние концентрации напряжений на длительную прочность // Изв. АН СССР. Сер.: Мех. твердого тела. — 1967. — № 3. — С. 36–41. 16. Rabotnov Y. N. Creep Rapture // Proc. 12th Int. Congress of Appl. Mech., Stanford Univ. — 1968. — Berlin: Springer, 1969. — P. 342–349. 17. Волков С. Д. К теории макротрещин. Сообщ. 2. Мо- дели класса Мт. // Пробл. прочности. — 1981. — № 3.— С. 38–42. 18. Волков С. Д., Дубровина Г. И., Соковнин Ю. П. О краевой задаче механики разрушения // Там же. — 1978. — № 1. — С. 3–7. 19. Волков С. Д. Проблема прочности и механика разруше- ния // Там же. — 1978. — № 7. — С. 3–10. 20. Волков С. Д., Дубровина Г. И., Соковнин Ю. П. Устойчи- вость сопротивления материала в механике разрушения // Там же. — 1978. — № 6. — С. 65–69. 21. Мак-Клинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. — М.: Мир, 1970. — 443 с. 22. Hom C. L., Mc. Meeking R. M. Three-dimensional Void Growth before Blunting Crack Tip // J. Mech. Phys. Sol. — 1989. — 37, № 3. — P. 395–416. 23. Murakami S. Damage Mechanics. Continuum Mechanic Ap- proach to Damage and Fracture of Materials // J. Soc. Mat. Sci. Japan. — 1982. — 31, № 340. — P. 1–13. 24. Tvergard V. Influence of Voids on Shear Band Instability Under Plane Strain Conditions // Int. J. Fract. — 1981. — 17, № 4. — P. 389–407. 25. Broek D. Some Contributions of Electron Fractography to the Theory of Fracture // Intern. Metallurgical Review. — 1974. — 19. — P. 135–182. Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев Поступила в редакцию 01.02.2010 16 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2010

Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой

Репозитарії

Схожі ресурси