Оценка усталостного и напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и оборудования, включая прогноз остаточного ресурса, по измерениям магнитной характеристики – коэрцитивной силы

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Date:	2014
Main Authors:	Соломаха, Р.Н., Безлюдько, Г.Я., Попов, Б.Е.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2014
Subjects:	Хроника и информация
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102011
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Оценка усталостного и напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и оборудования, включая прогноз остаточного ресурса, по измерениям магнитной характеристики – коэрцитивной силы / Г.Я. Безлюдько, Б.Е. Попов, Р.Н. Соломаха // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 1. — С. 55-58. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859711707194064896
author	Соломаха, Р.Н. Безлюдько, Г.Я. Попов, Б.Е.
author_facet	Соломаха, Р.Н. Безлюдько, Г.Я. Попов, Б.Е.
citation_txt	Оценка усталостного и напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и оборудования, включая прогноз остаточного ресурса, по измерениям магнитной характеристики – коэрцитивной силы / Г.Я. Безлюдько, Б.Е. Попов, Р.Н. Соломаха // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 1. — С. 55-58. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
first_indexed	2025-12-01T05:07:08Z
format	Article
fulltext	55ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 ОцЕНКА УсТАлОсТНОгО И НАПРяЖЕННО-ДЕфОРМИРОВАННОгО сОсТОяНИя МЕТАллОКОНсТРУКцИй И ОБОРУДОВАНИя, ВКлЮчАя ПРОгНОЗ ОсТАТОчНОгО РЕсУРсА, ПО ИЗМЕРЕНИяМ МАгНИТНОй хАРАКТЕРИсТИКИ – КОЭРцИТИВНОй сИлы* Магнитометрические измерения, истори- чески составившие суть метода коэрцитивной силы (МКс), изначально выполнялись скорее всего для сугубо исследовательских целей в задачах, которые, по современным представ- лениям, отнесли бы наверное к фундамен- тальной науке. с появлением и развитием промышленности сфера применения метода распространилась на оценку рукотворного (технологического) разнообразия состояний и свойств новой металлопродукции и склады- вавшуюся параллельно с этим область при- кладных задач. В течение последних тридцати лет мы осуществили расширение примене- ния МКс на диагностические задачи оценки уже естественного эксплуатационного раз- нообразия состояний металла, возникающе- го в течение срока службы вследствие уста- лостной деградации. Тем самым инициирован скачок в развитии представлений самого МКс и уровня связанного с ним специфичного маг- нитоизмерительного приборостроения. А также – и это главное – обусловлен пока не очень осознанный специалистами рывок в развитии технической диагностики метал- лов, поскольку применение коэрцитиметрии для оценки состояния металла в течение экс- плуатации позволило реализовать сразу и на практическом уровне недоступный до этого вообще контроль усталости конструкций и оборудования как локально, так и в целост- ном представлении. Причем, все это не только качественно, но и количественно. Не говоря об открывшемся потенциале возможностей уточнения на этой основе особенностей ме- ханики разрушения и процессов становления и развития усталостной деградации как в мо- дельном, так и реальном эксплуатационном представлении. Коэрцитивная сила показала высокую практическую, а особенно информационную эффективность в оценке уровня накопления усталостной микроповрежденности металла в течение эксплуатации. При продвижении металла от исходного состояния до усталост- ного разрушения (в конце срока службы) ве- личина коэрцитивной силы Нс возрастает на сотни процентов (!) от некоторого исходно- го состояния Нс0 до соответствующего пре- дельного состояния Нс В. При этом величины Нс0 и Нс В оказались своеобразными новыми граничными физическими константами для каждой марки металла или ее модификации. Эта замечательная особенность позволяет по текущим значениям коэрцитивной силы металла Нс текущ. довольно точно оценить дей- ствительный отработанный ресурс по степени отдаления Нс текущ. от начального граничного состояния Нс0 и также эффективно выпол- нить прогноз остаточного ресурса по степени и скорости приближения Нс текущ. к граничной предельной величине-константе Нс В, т.е. по реальному текущему физическому состоянию металла. В процессе обобщения практики ди- агностических коэрцитиметрических измере- ний созданы простые в работе автономные, портативные коэрцитиметры-структуроскопы серии КРМ-ц с приставным преобразовате- лем, фактически не требующие зачистки ме- талла, нечувствительные к шероховатостям и кривизне поверхности, работающие через слой защитного покрытия порядка 6 мм и бо- лее. При этом измерения можно выполнять по металлу с температурой от любых природных отрицательных до горячих поверхностей в * статья на правах рекламы 56 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 сотни градусов. А должным образом подго- товленным прибором можно работать в воде. Почти 30-летняя практика коэрцитиметри- ческого усталостного контроля конструкций и оборудования в совокупности с многочис- ленными разнообразными стендовыми ис- пытаниями образцов позволяет сегодня уже структурировать, представлявшуюся до сих пор целостной, величину измеряемой коэр- цитивной силы как совокупность составляю- щих, каждая из которых по-своему меняется в процессе срока службы в зависимости от сочетания эксплуатационных факторов и в за- висимости от интенсивности усугубляющего вли- яния каждого из этих воздействий. Это улучшает понимание текущего состояния диагностируемо- го объекта, конкретизирует главенствующие фак- торы – причины этого состояния. А также делает еще более точным и изящным коэрцитиметриче- ский эксплуатационный прогноз на последующую стадию срока службы. Зная весомость факторов деградации, мы учитываем в прогнозе не только совокупную динамику ухудшения механических свойств металла, но и действенность, и динамику отдельных причин усталостной деградации. Текущее значение величины коэрцитив- ной силы Нс текущ. можно условно представить суммой нескольких основных составляющих. Это исходная величина Нс0, зависящая от хи- мического и фазового состава, а также струк- турного состояния металла. И две компонен- ты, зависящие, соответственно, от величины внутренних напряжений Нс напряж. и от уровня накопленной необратимой микроповрежден- ности металла в процессе его деградации по усталостному типу Нс устал.: Нс0 ≤ Нс текущ. = (Нс0 + Нс напряж. + Нс устал.) ≤ Нс В. (1) Это выражение по сути описывает область определения значений коэрцитивной силы данной марки металла [Нс0, Нс В]. На рисун- ке показано, как изменяются составляющие Нс текущ. в процессе срока службы. Величина Нс0 является физически наимень- шей из тех значений Нс, которые природно могут быть у металла данной марки. В первом приближении можно считать, что в процес- се срока службы составляющая Нс0 остается неизменной. составляющая Нс напряж. зависит от совокупности эксплуатационных нагру- зок, собственных конструкционных нагрузок и монтажных напряжений, а также фазовой нестабильности металла в процессе службы. При устоявшемся режиме работы эта компо- нента у правильно спроектированной в проч- ностном плане конструкции колеблется около некоторого установившегося уровня в преде- лах упругих (обратимых) деформаций. Вели- чина Нс устал. нарастает от нулевого значения в процессе нормативной эксплуатации в тече- ние всего срока службы неуклонно и посто- янно, чаще линейно как результат постоянно Усталостная деградация металла в течение срока службы в коэрцитиметрическом отображении 57ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 накапливающейся усталостной микроповре- жденности металла. Больше, чем Нс В, величи- на коэрцитивной силы Нс текущ. у данной марки металла быть не может. Это физическая пре- дельная константа, соответствующая разру- шению металла. Она своя для каждой марки металла, равно как и минимальное (исходное) значение Нс0 = Нсmin текущ.. Разность Δ Нс потенц. = = Нс В – Нс0 характеризует начальный (потен- циальный) ресурс. В течение жизни конструк- ции Тж величина Нс текущ. в зонах концентрации напряжений увеличивается от минимального своего значения Нс0 до максимального Нс В. Этот рост Нс текущ. происходит за счет появле- ния составляющих Нс напряж. и Нс устал., а также непрерывного эксплуатационного роста по- следней. слагаемое Нс напряж. отображает упру- гие (обратимые) изменения в металле на фоне непрерывно накапливающейся усталостной поврежденности. По мере накопления пластических дефор- маций и микроповрежденности металла со- ставляющая Нс устал. растет до своего возмож- ного гипотетического наибольшего значения Нс устал. max = Δ Нс потенц.= Нс В – Нс0. Такое значение параметр Нс устал. принимает в полностью раз- груженном металле с максимальным уровнем накопленной микроповрежденности во всем его объеме, но при отсутствии напряжений в нем. Такой и совсем не виртуальный металл не спо- собен выдерживать даже незначительные меха- нические нагрузки, и, что важно, при этом он безупречен для любого современного дефекто- скопического метода, так как поврежден на ми- кроуровне, неподконтрольном дефектоскопии. В результате такого коэрцитиметрического отображения усталостных процессов в тече- ние срока службы металла реализуется воз- можность технического диагностирования металла по его реальному текущему состоя- нию, а не по результатам теоретического рас- чета прочности, который всегда есть и будет в разной степени субъективно-абстрактным, поскольку отображает только относительный уровень наших знаний из области теоретиче- ской механики, механики разрушения и со- противления материалов. В величину Нс текущ. вносит свой вклад магнитный момент каждого атома контролируемого металла в зависимо- сти от его состояния, определяемого текущей нагруженностью и накопленной усталостью. Поэтому из всех НК-методов коэрцитиметрия более адекватно отображает механическое состояние металла реальной конструкции. И поправки в текущие прочностные расчеты, сделанные на основе коэрцитиметрической оценки состояния металла, сделают такие расчеты более адекватными его реальным ме- ханическим свойствам. При этом важно понимать, что значения Нс текущ., превышающие величину Нс Т, вовсе не означают, что в конструкции действуют напряжения выше предела текучести. Как следует из выражения (1) и особенно из ри- сунка, в таких зонах могут быть практически нулевые напряжения. Но при высоком уровне накопленной усталостной поврежденности эксперт всегда получит здесь высокие значе- ния Нс текущ. (причем необратимого характера) даже при гипотетически нулевых внутренних напряжениях в металле за счет составляющей Нс устал.. Металл, Нс текущ. которого почти равно Нс В, способен разрушиться при напряжениях в нем много меньших его предела текучести σТ, как это видно из (1) и как это следует из современных представлений механики разру- шения и усталости металлов, потому что его основа − кристаллическая решетка − в значи- тельной мере повреждена или изменена уста- лостными микродефектами. Обобщенное аналитическое представление зарождения, развития, накопления усталост- ных изменений металла в коэрцитиметриче- ском отображении наглядно иллюстрируется его графической аналогией на рисунке. В мо- мент времени начала срока службы Т0 вели- чина коэрцитивной силы минимальна и равна Нс0. В этот момент появляются эксплуатаци- онные нагрузки, дающие прирост, обозначен- ный как Нс напряж.. Одновременно начинаются необратимые усталостные изменения Нс устал.. Измерения текущей величины коэрцитив- ной силы Нс текущ. в некоторой промежуточной точке срока службы Тж представляются выра- жением (1), как Нс текущ(Т).= Нс0 + Нс напряж.(Т) + + Нс устал.(Т), что хорошо видно из рисунка. Если режим нагружения с какого-то проме- жуточного момента Ттекущ. останется прежним, то и дальнейшая деградация по усталостному типу будет продолжаться с имевшейся до это- го интенсивностью по типу I. При более тяже- лом режиме – по типу II, и по типу III – при менее тяжелом режиме нагружения. графи- ческое линейное представление усталостной 58 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1, 2014 диаграммы Нс(Т) на рисунке, включая раз- новидности II и III – достаточно условно, но это эффективнее, чем все, что имеется до сих пор в практическом контроле усталости. Если проводить в течение срока службы системати- ческий периодический мониторинг, то вид ха- рактеристики Нс(Т) будет существенно ближе к реальному в сравнении с принятым на ри- сунке линейным приближением. соответственно уточнится и прогноз оста- точного ресурса. Если же разместить на кон- тролируемом объекте систему датчиков ко- эрцитиметрического мониторинга металла в зонах концентрации напряжений, то погреш- ность прогнозирования остаточного ресурса будет минимально возможная (с позиций веро- ятностного статистического оценивания). Из рисунка хорошо видно, как скорость накопле- ния усталостных изменений в металле влияет на срок службы. И как знание предыдущей скорости деградации в момент времени Ттекущ. позволяет выполнить прогноз остаточного ре- сурса по фактическому состоянию металла на этот момент, а не по абстрактным расчетным соображениям. Металл с величиной коэрци- тивной силы, равной Нс0 всегда можно найти в ненагружаемой части конструкции, а с ве- личиной Нс В – в зонах с признаками усталост- ного разрушения или на образце металла, на- груженном на стенде растяжением до предела прочности. Уточним также, что коэрцитиметриче- ское отображение усталости безоговорочно эффективно для режимов эксплуатации, ха- рактерных для малоцикловой и статической усталости. Многоцикловая усталость сквозь призму МКс оценивается столь же очевидно только на конечной стадии, а все предыдущие ее фазы классифицируются этим методом по несколько иным критериям, что требует от- дельного обсуждения. Простота аналитического (1) и графиче- ского (рисунок) представлений зарождения и развития усталости металла в течение срока службы в коэрцитиметрическом отображе- нии является еще одним практическим до- стоинством для пользователей. В то же вре- мя физическая глубина этих представлений объективно бесконечна, но основные прояв- ления проверены практической диагностикой многих типов объектов в течение нескольких десятилетий. А также большим объемом стен- довых испытаний многих образцов конструк- ционных марок сталей широкого и специаль- ного назначения. Эти две стороны целостной коэрцитиметрической трактовки процесса деградации металла по усталостному типу – только начальный, но эффективный и хорошо проверенный шаг в постановке усталостного контроля на широком практическом уровне как неотъемлемой, а в будущем, и главенству- ющей составляющей технической диагностики. современная техническая диагностика и не- разрушающий контроль вместо декларируемой оценки работоспособности собственно металла, в действительности занимаются оценкой уровня отдельно взятых эксплуатационных факторов. Тогда как текущее состояние металла зависит от совокупности всего множества усугубляющих эксплуатационных воздействий. Из всего набора параметров и методов кон- троля состояния металла коэрцитивная сила сегодня по своей физической сути представ- ляется наиболее обобщающим интегральным параметром оценки именно совокупной по- врежденности металла на микроуровне, т. е. диагностические возможности этого параме- тра существенно шире усталостного контро- ля. Поэтому дальнейшая и растущая востре- бованность коэрцитиметрии объективна и обещает только развитие понимания текущего состояния металла, но никак не его консерва- цию на очередном уровне. Более подробно см. сайт www.snr-ndt.com. Г. Я. Безлюдько, Б. Е. Попов, Р. Н. Соломаха ООО «Специальные Научные Разработки»
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102011
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0235-3474
language	Russian
last_indexed	2025-12-01T05:07:08Z
publishDate	2014
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
record_format	dspace
spelling	Соломаха, Р.Н. Безлюдько, Г.Я. Попов, Б.Е. 2016-06-09T16:00:22Z 2016-06-09T16:00:22Z 2014 Оценка усталостного и напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и оборудования, включая прогноз остаточного ресурса, по измерениям магнитной характеристики – коэрцитивной силы / Г.Я. Безлюдько, Б.Е. Попов, Р.Н. Соломаха // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 1. — С. 55-58. — рос. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102011 ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Техническая диагностика и неразрушающий контроль Хроника и информация Оценка усталостного и напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и оборудования, включая прогноз остаточного ресурса, по измерениям магнитной характеристики – коэрцитивной силы Assessment of fatigue and stress-strain state of metal structures and equipment, including residual life prediction, by measurements of magnetic characteristic – coercive force Article published earlier
spellingShingle	Оценка усталостного и напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и оборудования, включая прогноз остаточного ресурса, по измерениям магнитной характеристики – коэрцитивной силы Соломаха, Р.Н. Безлюдько, Г.Я. Попов, Б.Е. Хроника и информация
title	Оценка усталостного и напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и оборудования, включая прогноз остаточного ресурса, по измерениям магнитной характеристики – коэрцитивной силы
title_alt	Assessment of fatigue and stress-strain state of metal structures and equipment, including residual life prediction, by measurements of magnetic characteristic – coercive force
title_full	Оценка усталостного и напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и оборудования, включая прогноз остаточного ресурса, по измерениям магнитной характеристики – коэрцитивной силы
title_fullStr	Оценка усталостного и напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и оборудования, включая прогноз остаточного ресурса, по измерениям магнитной характеристики – коэрцитивной силы
title_full_unstemmed	Оценка усталостного и напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и оборудования, включая прогноз остаточного ресурса, по измерениям магнитной характеристики – коэрцитивной силы
title_short	Оценка усталостного и напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и оборудования, включая прогноз остаточного ресурса, по измерениям магнитной характеристики – коэрцитивной силы
title_sort	оценка усталостного и напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и оборудования, включая прогноз остаточного ресурса, по измерениям магнитной характеристики – коэрцитивной силы
topic	Хроника и информация
topic_facet	Хроника и информация
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102011
work_keys_str_mv	AT solomaharn ocenkaustalostnogoinaprâžennodeformirovannogosostoâniâmetallokonstrukciiioborudovaniâvklûčaâprognozostatočnogoresursapoizmereniâmmagnitnoiharakteristikikoércitivnoisily AT bezlûdʹkogâ ocenkaustalostnogoinaprâžennodeformirovannogosostoâniâmetallokonstrukciiioborudovaniâvklûčaâprognozostatočnogoresursapoizmereniâmmagnitnoiharakteristikikoércitivnoisily AT popovbe ocenkaustalostnogoinaprâžennodeformirovannogosostoâniâmetallokonstrukciiioborudovaniâvklûčaâprognozostatočnogoresursapoizmereniâmmagnitnoiharakteristikikoércitivnoisily AT solomaharn assessmentoffatigueandstressstrainstateofmetalstructuresandequipmentincludingresiduallifepredictionbymeasurementsofmagneticcharacteristiccoerciveforce AT bezlûdʹkogâ assessmentoffatigueandstressstrainstateofmetalstructuresandequipmentincludingresiduallifepredictionbymeasurementsofmagneticcharacteristiccoerciveforce AT popovbe assessmentoffatigueandstressstrainstateofmetalstructuresandequipmentincludingresiduallifepredictionbymeasurementsofmagneticcharacteristiccoerciveforce

Institution

Similar Items