Ultrasonic monitoring of plastic deformation
Abstract
Accident impact assessment, safety analysis, and risk reduction are among the core research topics in the field of shipping. Analysis of emergency situations shows that all of them in most cases are characterized by a combination of some causes, one of which is the occurrence of inadmissible stress-strain state in ship elements. Determining the nature of fracture is one of the ship’s reliability improving measures. The presence of plastic deformation is a sign of the limiting condition when monitoring the structure. This leads to a visible change in the geometry of the structural components, but not to a violation of continuity, which, according to the rules of the Register, is controlled during the technical inspection of the ship. Having only regulated standard controls at its disposal, it is not possible to identify plastic deformation. The article discusses the issues of plastic deformations’ control in 10ХСНД shipbuilding steel by a method that is based on the analysis of the ultrasonic wave propagation characteristics in a controlled product. The complex of mechanical tensile tests and metallographic studies is described. The uniaxial stress-strain state of the material was created by tensile testing of a flat proportional sample. Changes in the metal structure were investigated when the required level of deformation was reached. The analysis of ultrasonic data with pulsed ultrasonic sensing and the level of second harmonic generation with continuous monochromatic ultrasonic emission is presented. Experimental data demonstrate the ability of the ultrasonic method to detect the pre-existing defects in metal under static loading, and allow for a more accurate assessment of the stress and strain state of ship's components, which can fundamentally change the picture of destruction. The use of ultrasonic plastic deformation monitoring in the framework of ship maintenance will help reduce accidents in the fleet.
References
Молоков К. А., Новиков В. В., Антоненко С. В. Повреждаемость судовых конструкций и основы построения математической модели оценки трещиностойкости конструкционных сталей // Труды Крыловского государственного научного центра. – 2022. – №. S1. – С. 46-54.
Руководство по оценке напряженно-деформированного состояния судовых корпусных конструкций на основе метода конечных элементов.РМРС.НД № 2-030101-045. Санкт-Петербург. 2021.
García Márquez F.P., Peco Chacón A.M. A review of non-destructive testing on wind turbines blades // Renew. Energy. 2020. V. 161. P. 998—1010.
Jamadar N.I., Kivade S.B., Dhande K.K., Pedada S. Vibration based damage inspection in composite structures - A critical review // Int. J. Eng. Sci. Innov. Technol. 2014. V. 3. P. 201—208.
Kernicky T., Whelan M., Al-Shaer E. Vibration-based damage detection with uncertainty quantification by structural identification using nonlinear constraint satisfaction with interval arithmetic // Struct. Heal. Monit. 2019. V. 18. P. 1569—1589.
Соловьев В.В., Родюшкин В.М., Иляхинский А.В., Сова А.Н. Мониторинг предельного состояния, обусловленного пластическими деформациями в стали 10ХСНД / «Двойные технологии» №2 (99) – 2022 C.38-43
Talai S.M., Desai D.A., Heyns P.S. Infrared thermography applied to the prediction of structural vibration behaviour // Alexandria Eng. J. 2019. V. 58. P. 603—610.
Hwang S., An Y.K., Sohn H. Continuous-wave line laser thermography for monitoring of rotating wind turbine blades // Struct. Heal. Monit. 2019. V. 18. P. 1010—1021.
Zhou J., Mathews V.J., Adams D.O. Acoustic emissionbased impact location estimation on composite structures // Struct. Heal. Monit. 2019. V. 18. P. 1652—1668.
Zhao W., Zhou W. Cluster analysis of acoustic emission signals and tensile properties of carbon/glass fiber reinforced hybrid composites // Struct. Heal. Monit. 2019. V. 18. P. 1686—1697.
Kwon H., Park Y., Kim J. H., Kim C. G. Embedded fiber Bragg grating sensor based wing load monitoring system for composite aircraft // Struct. Heal. Monit. 2019. V. 18. P. 1337—1351.
Weiland J., Hesser D.F., Xiong W., Schiebahn A., Markert B., Reisgen U. Structural health monitoring of an adhesively bonded CFRP aircraft fuselage by ultrasonic Lamb Waves // Proc. Inst. Mech. Eng. Part G. J. Aerosp. Eng. 2020. V. 234. I. 13. P. 2000—2010.
Соловьев В.В., Родюшкин В.М., Иляхинский А.В., Неретина А.С. Метод и результаты моделирования акустических волн для оценки напряженно-деформированного состояния при пластическом деформировании/ Двойные технологии. 2023. №1 (102). С.45-53
Taleb S., Rittmeier L., Sinapius M., Boubenider F., Schmidt D. Experimental Study of Lamb Waves Propagation inside an Impact Damage in the Size of the Used Wavelength // Russ. J. Nondestruct. Test. 2020. V. 56. I. 2. P. 141—150.
Ерофеев В.И., Иляхинский А.В., Никитина Е.А., Пахомов П.А., Родюшкин B.М. Метод ультразвукового зондирования при оценке предельного состояния металлоконструкций, связанного с появлением пластических деформаций. Мезомеханика. 2019, 22(3), с. 65–70.
Углов А.Л., Ерофеев В.И. Смирнов А.Н. Акустический контроль оборудования при изготовлении и эксплуатации / отв. ред. Ф.М. Митенков. М.: Наука.2009.-279с.
Бритенков А.К., Родюшкин В.М., Иляхинский А.В. Исследование методом акустического зондирования физико-механических свойств титанового сплава TI-6AL-4V, полученного методом послойного лазерного сплавления/Физика и механика материалов. 2021. Т. 47. № 1. С. 139-158.
Gonchar A.V., Mishakin V.V., Klyushnikov V.A. The effect of phase transformations induced by cyclic loading on the elastic properties and plastic hysteresis of austenitic stainless steel // International Journal of Fatigue. – 2018. – Vol. 106. – рр. 153-158.
Матвеев Ю.И., Хлыбов А.А., Глебов В.В. Исследования и разработка методики технической диагностики гребных валов//Вестник АГТУ. серия: морская техника и технология. / 2021. №4. с.52-61
Никитина Н.Е. Акустоупругость. Опыт практического применения. Н. Новгород:ТАЛАМ, 2005. 208 с
Caiulo A., Kachanov M. On absence of quantitative correlations between strength and stiffness in microcracking materials. International Journal of Fracture. 2010. Vol. 164. P. 155–158.
Hughes D.S., Kelly J.L. Second_order elastic deformation of solids // Phys. Rev. 1953. V. 92. №. 5.P. 1145–1149
Hirao M., Pao Y.H. Dependence of acoustoelastic birefringence on plastic strains in a beam //J. Acoustical Society America. 1985. V. 77. № 5. P. 1659–1664.
Беляев А.К., Лобачев А.М., Модестов В.С. и др. Оценка величины пластических деформаций с использованием акустической анизотропии//МТТ.2016. №5. сс.124-131
Pao Y.H., Wu T.T., Gamer U. Acoustoelastic Birefringences in Plastically Deformed Solids: Part I–Theory // J. Appl. Mech. 1991. V. 58. № 1. P. 11–17.
Зуев Л.Б., Лунев А.Г., Стаскевич О.С. Энтропийная интерпритация упругопластического инварианта деформации/ ПМТФ. 2018. Т. 59, N 6 (352). с.135-142
Курашкин К.В. Оценка напряжений в сварных соединениях с помощью акустического метода. Контроль. Диагностика. 2016, № 10, с. 52–56.
Правила РРР
Кретов Е.Ф. Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении — Изд. 4-е, перераб. / Е.Ф. Кретов. - Санкт-Петербург: СВЕН, 2014. – с.312
Зарембо Л.К., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику. М.: Наука, 1966. 309 с
Наугольных К.А., Островский Л. А. Нелинейные волновые процессы в акустике / Отв. ред. А. В. Гапонов-Грехов; АН СССР, Науч. совет по пробл. "Акустика", Акуст. ин-т им. Н. Н. Андреева, Ин-т прикл. физики. Москва: Наука, 1990. 236с.
Руденко О.В. Гигантские нелинейности структурно-неоднородных сред и основы методов акустической диагностики //УФН.2006. Т.176. №1. С.77-95
Зайцев В.Ю., Назаров В.Е, Таланов В.И. Неклассические проявления микроструктурно-обусловленной нелинейности: новые возможности для акустической диагностики // УФН. 2006. Т176. №1. С.97–102.
Deputat J. Application of the acoustoelastic effect in measurements of residual stresses // Archives of acouatics. 1990. 15.1-2. C.69-92
Ванягин А.В., Родюшкин В.М. Измерение акустической нелинейности поврежденного металла// Измерительная техника. 2017.№10. С.42-44.
Copyright (c) 2024 Russian Journal of Water Transport
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
