Ультразвуковой мониторинг пластической деформации
Аннотация
Оценка последствий аварий, анализ безопасности, снижение рисков являются одними из ключевых тем исследований в области судоходства. Анализ аварийных ситуаций показывает, что все они в большинстве случаев характеризуются комбинацией каких-то причин, одна из которых возникновение в элементах судов недопустимого напряженно-деформированного состояния. Определение характера разрушения является одним из мероприятий, позволяющих повысить надежность судов. Наличие пластической деформации, являющиеся признаком предельного состояния при мониторинге конструкции, приводит к видимому изменению геометрии структурных составляющих, но не к нарушению сплошности, которое согласно правилам Регистра контролируется при техническом освидетельствовании судна. Имея в распоряжение только регламентированные стандартные средства контроля, выявить пластическую деформацию не удается. В статье рассматриваются вопросы контроля пластических деформаций в судостроительной стали 10ХСНД методом, основанном на анализе распространения упругих волн в ультразвуковом диапазоне в контролируемом изделии. Описан комплекс проведенных механических испытаний на растяжение и металлографических исследований. Путем растяжения плоского пропорционального образца в материале создавалось одноосное напряженно-деформированное состояние. При достижении требуемого уровня деформации исследовались изменения в структуре металла. Приведен анализ ультразвуковых данных при импульсном ультразвуковом зондировании и уровня генерации второй гармоники при непрерывном монохроматическом излучении ультразвука. Экспериментальные данные демонстрируют чувствительность ультразвукового метода к накоплению пластической деформации в металле при статическом нагружении. Изложенная в работе методика позволяет исключить неоднозначность в оценке напряженно-деформированного состояния элементов судна. Применение ультразвукового мониторинга пластической деформации в рамках технического обслуживания судов будет способствовать уменьшению аварийности на флоте.
Литература
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 Научные проблемы водного транспорта
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
