RU2641511C2 - Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях магнитным методом контроля - Google Patents
Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях магнитным методом контроля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2641511C2 RU2641511C2 RU2016117461A RU2016117461A RU2641511C2 RU 2641511 C2 RU2641511 C2 RU 2641511C2 RU 2016117461 A RU2016117461 A RU 2016117461A RU 2016117461 A RU2016117461 A RU 2016117461A RU 2641511 C2 RU2641511 C2 RU 2641511C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coercive force
- stresses
- values
- anisotropy
- measured
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 4
- 239000004035 construction material Substances 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 42
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Способ определения механических напряжений стальных конструкций основан на определении действительного направления напряжения в точке контроля на основании полученной зависимости анизотропии коэрцитивной силы от величины напряжения. Для этого измеряют значение коэрцитивной силы в точке контроля не менее 8 раз в разных направлениях. По результатам измерений строят круговую диаграмму зависимости значений коэрцитивной силы от угла ориентации, определяют направления экстремальных значений коэрцитивной силы, по ним определяют направление напряжений. По экстремальным значениям коэрцитивной силы определяют значения действующих напряжений в точке контроля. Технический результат: повышение точности определения напряженного состояния стальных конструкций. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области оценки технического состояния металлоконструкций и может быть использовано для определения действующих механических напряжений в конструкциях, где направление действия напряжений заведомо не известны, например в стальных несущих металлоконструкциях наземной космической инфраструктуры.
Известен способ использования коэрцитивной силы в качестве индикаторного параметра при неразрушающем контроле механических напряжений. В данном способе коэрцитиметр КИФМ-1 применяется для измерения механических напряжений в сварных корпусах и торцевых крышках электрических машин (материал - Ст3) (С.А. Мусихин, В.Ф. Новиков, Н.В. Борисенко. Об использовании коэрцитивной силы в качестве индикаторного параметра при неразрушающем контроле механических напряжений. // Дефектоскопия - 1987. - №9. - с. 57-59).
Недостатком способа является отсутствие информации об использовании полученной с помощью образцов зависимости значений коэрцитивной силы от действующих напряжений на реальных объектах, т.е. о месте и направлении контроля на объекте исследования.
Известен способ определения напряженного состояния стальных конструкций, в котором растягивают образец материала, вырезанного из материала, аналогичного материалу конструкции, в процессе растяжения измеряют коэрцитивную силу. Получают зависимость коэрцитивной силы от приложенного напряжения для данного материала. Затем проводят измерения коэрцитивной силы металла конструкции и определяют напряженное состояние с помощью полученной зависимости (В.Ф. Мужицкий, Б.Е. Попов, Г.Я. Безлюдько. Магнитный контроль напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса стальных металлоконструкций подъемных сооружений и сосудов, работающих под давлением. // Дефектоскопия. - 2001. - №1. - с. 38-46).
Недостатком способа является большая погрешность определения напряженного состояния, обусловленная разницей начальной (без нагрузки) коэрцитивной силы металла образца и исследуемой конструкции.
Известен способ определения механических напряжений в стальных конструкциях, в которм изготавливают образцы из материала, аналогичного материалу конструкции, которые подвергают деформационному старению различной степени, определяют анизотропию коэрцитивной силы металла образцов как разность значений коэрцитивной силы, измеренных поперек и вдоль прилагаемой нагрузки, от величины напряжений в образце, растягивают образцы, строят зависимости значений анизотропии коэрцитивной силы от приложенных напряжений для образцов, аппроксимируют полученные зависимости прямыми и строят график зависимости углового коэффициента прямых от коэрцитивной силы образца, измеренной вдоль прикладываемой нагрузки, измеряют коэрцитивную силу металла конструкции вдоль и поперек действия напряжений. По значению коэрцитивной силы, измеренной вдоль действия напряжений, определяют угловой коэффициент прямой, соответствующей текущему состоянию металла конструкции. Вычисляют анизотропию коэрцитивной силы, по величине которой определяют механические напряжения в стальной конструкции (Патент РФ №2281468, МПК G01L 1/12, G01N 27/83. Опубл. 10.08.2006).
Недостатком способа является отсутствие достоверной информации о направлении действующих напряжений на контролируемом участке объекта исследования, которые не всегда совпадают с геометрическими осями металлоконструкции.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения механических напряжений в конструкции, взятый нами в качестве прототипа. В известном способе изготавливают образец из материала, аналогичного материалу конструкции, растягивают образец и в процессе растяжения измеряют анизотропию коэрцитивной силы, определяемую как разность значений коэрцитивной силы, измеренных поперек и вдоль прилагаемой нагрузки, получают зависимость анизотропии коэрцитивной силы от величины напряжений в образце, далее измеряют анизотропию коэрцитивной силы металла конструкции и определяют величину напряжения с помощью полученной зависимости (В.Л. Свирюк, И.В. Грамотник, А.Н. Безруков, О.В. Проровская. Оценка состояния металла кожухов доменных печей и воздухонагревателей методом неразрушающего контроля. // Дефектоскопия. - 2003. - №9. - С. 37-43).
Недостатком данного способа является отсутствие достоверной информации о направлении действующих напряжений на контролируемом участке объекта исследования. На практике нередки случаи, в которых направление напряжений не является очевидным при диагностике металлоконструкций. В данном способе применяют коэрцитивную силу как диагностический признак. И именно значения коэрцитивной силы напрямую зависят от ориентации приставного магнитного устройства относительно линии напряжений во время замера. Необоснованные направления измерений коэрцитивной силы снижают точность полученных результатов о техническом состоянии конструкционного металла.
Задачей изобретения является создание способа определения механических напряжений, при котором техническим результатом будет являться повышение точности определения механических напряжений за счет учета направления действий механических напряжений в металле без применения дополнительного оборудования.
Этот технический результат в способе определения механических напряжений стальных конструкций, заключающийся в том, что изготавливают образец из материала, аналогичного материалу конструкции, растягивают образец, получают зависимости анизотропии коэрцитивной силы, определяемой как разность значений коэрцитивной силы, измеренных поперек и вдоль прилагаемой нагрузки, от величины напряжений в образце, измеряют анизотропию коэрцитивной силы металла конструкции, определяют величину напряжения с помощью полученной зависимости, согласно изобретению, достигается тем, что в первую очередь определяют действительное направление напряжений в точке контроля конструкции, для этого измеряют значение коэрцитивной силы в данной точке контроля не менее 8 раз в разных направлениях, при этом изменяют каждый раз угол ориентации приставного магнитного устройства не более чем на 45° от предыдущего положения, поворачивая его вокруг своей оси, по результатам данных измерений строят круговую диаграмму зависимости значений коэрцитивной силы от угла ориентации приставного магнитного устройства для данной точки, определяют направления экстремальных значений коэрцитивной силы, по ним определяют направление напряжений, при этом направление максимальных значений коэрцитивной силы указывает на направление напряжения сжатия, а минимальных - на растяжения, по экстремальным значениям коэрцитивной силы определяют и значения действующих напряжений в точке контроля конструкции, используя их в ранее полученных для образца зависимостях значений анизотропии коэрцитивной силы от действующих напряжений.
Решение поставленной задачи основано на зависимости коэрцитивной силы от значения параметра кристаллической решетки. Безусловно, на значение коэрцитивной силы,как на комплексную характеристику структуры металла влияют множество факторов, таких как: уровень внутренних микронапряжений, толщина границ зерен, размер зерен, наличие неферромагнитных включений, наличие различных фаз металла и др. Но в рассматриваемом случае при упругих деформациях наиболее значимым фактором является изменение расстояния между узлами (атомами) кристаллической решетки. Так при увеличении этого расстояния влияние магнитного момента одного атома на магнитный момент соседнего уменьшается, что приводит к меньшим затратам энергии на переориентацию магнитного момента системы, а следовательно, и уменьшению значения коэрцитивной силы. При уменьшении параметра кристаллической решетки в процессе перемагничивания необходимо преодолеть и силу обменного взаимодействия между атомами, что потребует больше энергии на данный процесс и неизменно приведет к увеличению значений коэрцитивной силы. В наибольшей степени данные процессы будут проявляться вдоль действительных направлений напряжений в конструкции.
Предлагаемый способ заключается в последовательном выполнении следующих операций:
1. Получение зависимости анизотропии коэрцитивной силы от действующих напряжений, для чего:
- изготавливают образец из материала, аналогичного материалу конструкции;
- растягивают образец и в процессе растяжения измеряют анизотропию коэрцитивной силы, определяемую как разность значений коэрцитивной силы, измеренных поперек и вдоль прилагаемой нагрузки;
- получают зависимость анизотропии коэрцитивной силы от величины напряжений в образце.
2. Определяют действительное направление напряжений в точке контроля конструкции, для чего:
- измеряют значение коэрцитивной силы в точке контроля не менее 8 раз в разных направлениях, при этом изменяют каждый раз угол ориентации приставного магнитного устройства не более чем на 45° от предыдущего положения, поворачивая его вокруг своей оси;
- по полученным значениям строят круговую диаграмму зависимости значений коэрцитивной силы от угла ориентации приставного магнитного устройства для данной точки контроля;
- определяют направления экстремальных значений коэрцитивной силы;
- по направлениям с экстремальными значениями коэрцитивной силы на круговой диаграмме определяют направление напряжений, при этом направление максимальных значений коэрцитивной силы указывает на напряжения сжатия, а минимальных - на растяжения.
3. Определяют значения действующих напряжений, для чего:
- по круговой диаграмме зависимости значений коэрцитивной силы от угла ориентации приставного магнитного устройства определяют максимальное и минимальное значение коэрцитивной силы;
- определяют анизотропию коэрцитивной силы, используя максимальное и минимальное значения коэрцитивной силы;
- определяют значения действующих напряжений в точке контроля используя анизотропию коэрцитивной силы в ранее полученной для образцов зависимости анизотропии коэрцитивной силы от величины напряжений в образце.
Заявленный способ поясняется чертежами:
- на фиг. 1 представлена круговая диаграмма значений коэрцитивной силы в единицах измерения А/м для области растяжения двутавровой балки (профиль №10, сталь 10) при нагрузке на изгиб в упругой зоне деформаций (пунктирной линией объединены точки значений коэрцитивной силы, полученные без нагрузки, сплошной - с нагрузкой);
- на фиг. 2 представлена круговая диаграмма значений коэрцитивной силы в единицах измерения А/м для области сжатия двутавровой балки (профиль №10, сталь 10) при нагрузке на изгиб в упругой зоне деформаций (пунктирной линией объединены точки значений коэрцитивной силы, полученные без нагрузки, сплошной - с нагрузкой).
Использование предлагаемого изобретения позволяет более точно определять значения напряжения стальной конструкции в любой ее точке, учитывая действительное направление напряжений. Определение напряженного состояния, например, объектов наземной космической инфраструктуры, при оценке технического состояния, делает возможным принятие решения о необходимости их реконструкции, усиления или замены, что в целом повышает надежность и безопасность их работы.
Claims (1)
- Способ определения механических напряжений стальных конструкций, заключающийся в том, что изготавливают образец из материала, аналогичного материалу конструкции, растягивают образец и в процессе растяжения измеряют анизотропию коэрцитивной силы, определяемую как разность значений коэрцитивной силы, измеренных поперек и вдоль прилагаемой нагрузки, получают зависимость анизотропии коэрцитивной силы от величины напряжений в образце, далее измеряют анизотропию коэрцитивной силы металла конструкции и определяют величину напряжения с помощью полученной зависимости, отличающийся тем, что измеряют значение коэрцитивной силы в точке контроля не менее 8 раз в разных направлениях, при этом изменяют каждый раз угол ориентации приставного магнитного устройства не более чем на 45° от предыдущего положения, поворачивая его вокруг своей оси, по результатам данных измерений строят круговую диаграмму зависимости значений коэрцитивной силы от угла ориентации приставного магнитного устройства для данной точки, определяют направления экстремальных значений коэрцитивной силы, по ним определяют направление напряжений, при этом направление максимальных значений коэрцитивной силы указывает на направление напряжений сжатия, а минимальных - на растяжения, по экстремальным значениям коэрцитивной силы определяют и значения действующих напряжений в точке контроля, используя их в ранее полученных для образцов зависимостях значений анизотропии коэрцитивной силы от действующих напряжений.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016117461A RU2641511C2 (ru) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях магнитным методом контроля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016117461A RU2641511C2 (ru) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях магнитным методом контроля |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016117461A RU2016117461A (ru) | 2017-11-10 |
| RU2641511C2 true RU2641511C2 (ru) | 2018-01-17 |
Family
ID=60264226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016117461A RU2641511C2 (ru) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях магнитным методом контроля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2641511C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2722333C1 (ru) * | 2019-12-09 | 2020-05-29 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Способ определения механических напряжений в стальном трубопроводе |
| RU2805641C1 (ru) * | 2023-04-14 | 2023-10-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ) | Способ определения остаточного ресурса потенциально опасных конструкций из неферромагнитных материалов по изменению коэрцитивной силы стальных образцов-свидетелей |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0389877A1 (en) * | 1989-03-17 | 1990-10-03 | Nikkoshi Co., Ltd. | Method for stress determination in a steel material utilizing magnetostriction |
| WO1992018839A1 (en) * | 1991-04-12 | 1992-10-29 | Hognestad Haarek | Method for measuring mechanical stresses and fatigue conditions in steel |
| RU2281468C1 (ru) * | 2005-03-14 | 2006-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Уралтрансгаз" (ООО "Уралтрансгаз") | Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях |
-
2016
- 2016-05-04 RU RU2016117461A patent/RU2641511C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0389877A1 (en) * | 1989-03-17 | 1990-10-03 | Nikkoshi Co., Ltd. | Method for stress determination in a steel material utilizing magnetostriction |
| WO1992018839A1 (en) * | 1991-04-12 | 1992-10-29 | Hognestad Haarek | Method for measuring mechanical stresses and fatigue conditions in steel |
| RU2281468C1 (ru) * | 2005-03-14 | 2006-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Уралтрансгаз" (ООО "Уралтрансгаз") | Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Леонов И.С. "Совершенствование коэрцитиметрического метода для анализа напряженного состояния нефтегазопроводов", авто диссертации, 2013, Ухта, УГТУ. * |
| Леонов И.С. "Совершенствование коэрцитиметрического метода для анализа напряженного состояния нефтегазопроводов", автореферат диссертации, 2013, Ухта, УГТУ. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2722333C1 (ru) * | 2019-12-09 | 2020-05-29 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Способ определения механических напряжений в стальном трубопроводе |
| RU2805641C1 (ru) * | 2023-04-14 | 2023-10-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ) | Способ определения остаточного ресурса потенциально опасных конструкций из неферромагнитных материалов по изменению коэрцитивной силы стальных образцов-свидетелей |
| RU2846774C1 (ru) * | 2024-11-18 | 2025-09-15 | Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Способ определения напряжённо-деформированного состояния металлоконструкций с учётом толщины лакокрасочного покрытия |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016117461A (ru) | 2017-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Prediction of fatigue damage in ribbed steel bars under cyclic loading with a magneto-mechanical coupling model | |
| Shlyannikov et al. | Effect of temperature on the growth of fatigue surface cracks in aluminum alloys | |
| Oh et al. | Mean and residual stress effects on fatigue behavior in a pre-strained corner of stainless steel sheet | |
| CN102128879A (zh) | 基于自然磁化现象的奥氏体不锈钢塑性损伤定量检测方法 | |
| RU2641511C2 (ru) | Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях магнитным методом контроля | |
| RU2281468C1 (ru) | Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях | |
| Margetin et al. | Multiaxial fatigue criterion based on parameters from torsion and axial SN curve | |
| RU2207530C1 (ru) | Способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния | |
| JP2014145657A (ja) | 金属部材の寿命評価方法及び寿命評価装置 | |
| RU2439530C1 (ru) | Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях | |
| RU2846774C1 (ru) | Способ определения напряжённо-деформированного состояния металлоконструкций с учётом толщины лакокрасочного покрытия | |
| RU2514072C1 (ru) | Способ определения касательных напряжений в стальных трубопроводах | |
| Arifin et al. | Evaluating the contraction value of ferromagnetic material at early fatigue loading stage using magnetic flux leakage signature | |
| RU2554306C2 (ru) | Способ оценки микромеханических характеристик локальных областей металлов | |
| RU2298772C1 (ru) | Способ определения остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов | |
| JP2019128161A (ja) | 解析方法、解析プログラム、および解析装置 | |
| RU2764001C1 (ru) | Способ контроля механических напряжений в стальных конструкциях магнитоупругим методом | |
| RU2706106C1 (ru) | Способ определения ресурса стальных изделий | |
| RU2553715C1 (ru) | Магнитошумовой способ контроля состояния прочности силовых конструкций из ферромагнитных материалов | |
| RU2582231C1 (ru) | Способ испытания на сульфидное растрескивание металла электросварных и бесшовных труб | |
| RU2716173C1 (ru) | Способ определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций | |
| Ohtani et al. | 2Pb4-5 Nonlinear acoustics induced by plastic strain in stress concentration area | |
| CN105136572A (zh) | 一种蛋壳材料参数无损测试装置及测试方法 | |
| Socha | Fatigue damage indicators based on plastic deformation | |
| RU2740537C1 (ru) | Способ определения механического напряжения в стальной арматуре железобетонной конструкции |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180505 |