Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Характеристика объекта контроля. постановка задач исследования 9
1.1. Виды магистральных газопроводов 9
1.2. Материалы, применяемые при изготовлении магистральных газопроводов 10
1.3. Виды эксплуатационных нагрузок, действующих на магистральные газопроводы 11
1.4. Анализ дефектности магистральных газопроводов 12
1.5. Анализ существующих методов контроля НДС 13
Выводы по главе 1 20
Глава 2. Акустические методы контроля механических напряжений 21
2.1. Основные положения 21
2.2. Алгоритм измерений информативных акустических параметров 24
2.3 Алгоритм определения упругих напряжений 26
2.4 Определение осевых напряжений в трубопроводах в режиме безнулевой тензометрии 38
Выводы по главе 2 44
Глава 3. Используемые аппаратно-программные средства спектрально-акустических измерений 46
3.1. Спектрально - акустическая система «АСТРОН» 46
3.2. Конструктивные особенности используемых преобразователей . 49
3.3. Методика акустических измерений 57
Выводы по главе 3 61
Глава 4. Экспериментальная проверка предложенного алгоритма определения НДС 62
4.1. Проверка определения 1 и 2-х осного НДС на плоских образцах 62
4.2. Проверка определения 1 и 2-х осного НДС на трубных образцах 68
4.3. Результаты применения головных волн 84
Выводы по главе 4 89
Глава 5. Методика определения НДС линейной части газопровода 90
Выводы по главе 5 90
Выводы По Работе 98
Литература
- Виды эксплуатационных нагрузок, действующих на магистральные газопроводы
- Определение осевых напряжений в трубопроводах в режиме безнулевой тензометрии
- Конструктивные особенности используемых преобразователей
- Проверка определения 1 и 2-х осного НДС на трубных образцах
Введение к работе
В настоящее время при производстве сварных конструкций существует определенная вероятность образования различных сварочных дефектов, имеющих металлургический и технологический характер. В основном металле также часто имеются дефекты, образующиеся при производстве металла и последующем изготовлении из него изделий (труб, деталей и т.д.). Приемочный контроль не гарантирует 100% выявляемое дефектов вследствие недостаточного совершенства техники неразрушающего контроля. Поэтому некоторая часть сварных конструкций поступает в эксплуатацию с дефектами. В процессе эксплуатации возможно появление новых дефектов, обусловленных перегрузками при монтаже, превышением нормативных рабочих нагрузок, повреждением в результате контакта с коррозионными средами, ухудшением механических свойств материала с течением времени и т.п. Как правило, пропущенные при выходном контроле и образовавшиеся при эксплуатации дефекты выявляются в процессе плановой диагностики конструкций. По результатам диагностики требуется решить вопрос о надежности и остаточном ресурсе конструкций.
Анализ дефектности трубопроводов показал необходимость оценки остаточного ресурса т.к. возраст 80% магистральных газопроводов (МГ) превышает 15 лет. В условиях резкого нарастания потока отказов (в основном, по причине коррозии) после 10-15 лет эксплуатации практически вся система МГ нуждается в диагностических обследованиях и оценке надежности и остаточного ресурса [1,2].
В соответствии с нормативными документами дефекты могут классифицироваться как допустимые и недопустимые. В последнем случае требуется прекращение эксплуатации конструкций. К сожалению, это решение в отношении действующих объектов (особенно социально-значимых: газопроводов и др.) часто не может быть реализовано незамедлительно.
К тому же нормы допустимости дефектов часто недостаточно научно обоснованы, т.к. не учитывают полностью и точно конкретных условий эксплуатации в части степени нагруженности дефектного узла конструкции, формы и размеров дефектов, свойств материала в зоне дефектов, напряженно-деформированного состояния (НДС) и т.д. Поэтому нормативные значения могут иметь существенные отклонения как в положительную, так и в отрицательную стороны. Таким образом, решение о надёжности и остаточном ресурсе конструкции следует принимать на основе оценки НДС и расчетного анализа поведения дефекта при дальнейшей эксплуатации.
Задача определения физико-механических характеристик для оценки остаточного ресурса обусловила разработку многочисленных методов — механических, оптических, электрических, магнитных, рентгеновских и других. При наличии определенных достоинств каждый из перечисленных методов обладает и рядом недостатков.
Проведенный анализ показал, что акустический метод определения напряжений, основанный на эффекте акустоупругости, в отличие от методов, основанных на других физических принципах (таких как фотоупругость, магнитоупругость и др.) и часто превосходящих метод акустоупругости по чувствительности к изменениям напряжений, результаты применения методов акустоупругости в реальных инженерных ситуациях для материалов со сложной структурой, показывают их меньшую суммарную погрешность. Это связано с повышенной информативностью параметров упругих волн, обеспечивающих идентификацию структуры материала и конкретизацию используемых тарировочных кривых. В силу близости природы и взаимосвязи упругих характеристик металла и ультразвуковых волн акустические методы контроля являются весьма эффективными [1,3].
Эффект акустоупругости заключается в том, что скорость поляризованных волн, распространяющихся в напряженном твердом теле, зависит от величины напряжения. На практике под термином
«акустоупругость» понимают зависимость скорости ультразвука от механических напряжений.
При рассмотрении вопросов, связанных с распространением волн в деформированных твердых телах, представлений линейной теории упругости оказалось недостаточно. Объясняется это, в первую очередь, тем, что деформация представляет собой нелинейное явление, поскольку тензор деформации выражается в общем случае нелинейно через производные соответствующих проекций векторов деформации по координатам. Опираясь на работы Ф. Мурнагана по нелинейной пятиконстантной теории упругости, М. Био сделал вывод о том, что условия распространения упругих волн при отсутствии и наличии начальных напряжений в среде принципиально различаются [4,5].
В 70-х гг. во ВНИИНКе (г. Кишинев) начинаются интенсивные исследования явления акустоупругости, направленные на разработку теоретических представлений, методик контроля, портативной диагностической аппаратуры.
Значительный вклад в развитие теории и практики акустоупругости внесли работы 80-х годов советских учёных А.Н. Гузь, О.И. Гуща, Ф.Г. Махорт и др. [6 - 8].
В.М. Бобренко, А.Н. Куценко, М.С. Вангели и др. внесли значительный вклад в развитие матричного подхода к задачам акустоупругости [8 - 10].
Б.А. Конюхова и Н.Е. Никитина провели работы по использованию нелинейного взаимодействия упругих волн для контроля напряжений в условиях структурной неоднородности материала.
В настоящее время интенсивно ведутся работы по акустодиагностике НДС во Фраунгоферовском институте неразрушающего контроля (IZFP) под руководством Э. Шнайдера. Для расчёта скорости ультразвуковых волн используется методология, основанная на решении уравнений движения, где выводится зависимость скорости ультразвуковых волн от трехосных
напряжений. Зная коэффициенты Мурнагана для конкретных материалов по скоростям ультразвука определяются остаточные напряжения в материалах [12].
В Обнинском государственном техническом университете атомной энергетики под руководством А.И. Трофимова ведутся работы над автоматизированной системой ультразвукового контроля напряженного состояния металла. Для расчёта скорости ультразвуковых волн используется методология основанная на решении уравнений движения [ 13,34].
В Нижнем Новгороде А.Л. Углов занимается вопросами спектрально -акустической оценки физико-механических характеристик конструкционных материалов [14].
Поскольку ультразвуковые методы обеспечивают уникальную возможность получения интегральной оценки по всему объему реальной детали в условиях эксплуатации, понятен постоянно возрастающий интерес к ним во всех промышленно развитых странах, причем существует ряд центров в СНГ, США, Японии, Германии, Франции. Так, например, в США исследования в области акустодиагностики напряженно-деформированного состояния субсидируются такими организациями, как министерствами обороны, энергетики, транспорта, NASA, National Science Foundation.
Однако, остается нерешенным вопрос о практическом применении методов акустоупругости на реальных инженерных объектах таких как магистральные газопроводы. При исследовании полей напряжений в промышленных образцах возникает множество дополнительных проблем связанных со сложностью в общем случае НДС, влиянием внешних факторов, отсутствием надёжной портативной аппаратуры, методик контроля и соответствующего метрологического обеспечения.
К числу наименее исследованных задач акустоупругости, решение которых в настоящий момент является в то же время наиболее востребованным, относятся задачи безнулевой акустической тензометрии.
Решение этих задач хотя бы в ряде частных случаев чрезвычайно важно для ответственных дорогостоящих технических объектов, таких как магистральные трубопроводы, непроектные нагрузки на которые могут вызвать их разрушение.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Анализ существующих методов акустического определения
двухосного напряженного состояния текстурированных материалов с целью
выяснения причины их неудовлетворительной точности и разработка
оптимального алгоритма и методики определения коэффициентов
упругоакустической связи.
2. Создание и экспериментальная проверка способа определения осевых
напряжений в материале газопроводов, основанный на использовании
принципа восстановления начального ненапряженного состояния материала
за счет использования дополнительных акустических измерений.
3. Разработка и экспериментальные исследования конструкции
специальных датчиков, обеспечивающих измерение всех акустических
параметров, необходимых для реализации как режима акустического
мониторинга напряжений, так и режима безнулевой тензометрии.
4. Апробация разработанной методики определения напряженно -
деформированного состояния линейной части газопровода.
Виды эксплуатационных нагрузок, действующих на магистральные газопроводы
При эксплуатации магистральные газопроводы испытывают нагрузки от внутреннего давления, собственного веса, веса грунта и изгиба [17,34,35]. На подземные газопроводы, проложенные в траншеях действуют: 1. внутреннее давление перекачиваемого продукта; 2. температурные нагрузки, обусловленные разностью эксплуатационных температур стенок трубопроводов и температуры трубопровода в период монтажа замыкающих стыков; 3. нагрузки, вызванные искривлением продольной оси трубопровода; 4. весовая нагрузка от грунта засыпки. Для наземных трубопроводов, проложенных на свайном основании к вышеприведенным нагрузкам добавляются: 1. собственный вес; 2. вес транспортируемого продукта; 3. ветровые нагрузки; 4. нагрузки, вызванные обледенением и налипанием снега; 5. нагрузки от размещения на трубопроводе оборудования. В сварных соединениях в результате термического воздействия процесса сварки возникают сварочные напряжения, достигающие предела текучести металла. Нагрузка на сварные соединения формируется в результате сложного взаимодействия сварочных и рабочих напряжений. Нагружение МГ является нерегулярным. Условия работы большинства МГ не являются однородными за период эксплуатации. Меняются объемы перекачиваемого продукта, максимальное рабочее давление, перепады - давления на входе и выходе ГПА, числа отключений ГПА и другие факторы. Режим работы МГ фиксируется в суточных диспетчерских сводках.
Линейная часть трубопроводов испытывает действие низкочастотных переменных напряжений, вызванных изменением давления и температуры транспортируемого продукта. Подземные газопроводы работают при относительно статическом режиме нагружения. За период эксплуатации количество циклов нагружения газопроводов составляет 103 - 104 при амплитудах 20 - 40 МПа. Кроме этого, трубопроводы испытывают некоторое число циклов нагружений с большой амплитудой (от 0 до 0.9...0.95 предела текучести) при испытаниях и переиспытаниях отдельных участков.
В условиях резкого нарастания потока отказов (в основном, по причине коррозии) после 10-15 лет эксплуатации практически вся система МГ нуждается в диагностических обследованиях и оценке надежности и остаточного ресурса [2].
Начиная с 1992 г. интенсивно осуществляется внутритрубная диагностика (ВД). Предварительный анализ данных ВД показывает, что более 70% дефектов, выявляемых магнитными дефектоскопами, составляют коррозионные повреждения. Среди них доля дефектов типа «потери металла» с глубиной до 15% от толщины стенки составляет 45%, глубиной более 30% -около 5%.
Накопленный информационный материал по первичным внутритрубным инспекциям, выполненный магнитными снарядами-дефектоскопами, требует системной обработки и аналитического осмысления. Наиболее представительными являются данные инспекций МГ диаметром 1420 мм. Эти газопроводы имеют возраст не более 20 лет (в среднем 15-17 лет), сходные технологии изготовления и характеристики изоляционных покрытий, на них приходится основной объем транспортировки газа.
На основе комплексного статистического анализа данных ВД для 56 участков МГ диаметром 1420 мм общей протяженностью 6635 км, на которых выявлено 26142 коррозионных дефекта «потери металла», установлено, что плотность распределения трехмерной случайной величины размеров коррозионных дефектов имеет мультимодальный характер, что свидетельствует о реализации нескольких различающихся механизмов образования и развития коррозионных дефектов потери металла.
При глубине дефекта менее 20% от толщины стенки можно выделить 4 типа дефектов со своими характерными размерами: компактные дефекты (коррозионные пятна); дефекты, развитые преимущественно в продольном и поперечном направлениях, обширные дефекты общей коррозии. Более глубокие дефекты в большинстве случаев представляют собой коррозионные пятна (питинговую коррозию).
Анализ статистических данных показал, что дефекты коррозионной потери металла, снижающие прочность труб, в настоящее время составляют около 1.5% от всех выявляемых при инспекции дефектов, а срочному ремонту по наиболее консервативной оценке подлежат 0.37% выявленных дефектов.
Определение напряженно-деформированного состояния может осуществляться аналитическими и расчетно-экспериментальными методами.
Аналитические методы базируются на определенной идеализации объекта исследований. Они не учитывают реальных изменений технического состояния объекта при эксплуатации, обусловленных изменениями физических характеристик металла, перераспределением нагрузок между элементами конструкции, коррозионными процессами, изменениями в режимах и условиях эксплуатации [19].
Все существующие аналитические методы не всегда точно описывают напряженно-деформированное состояние конструкции в реальных условиях эксплуатации. Поэтому расчетно-экспериментальные методы на сегодняшний день являются средством наиболее объективной оценки технического состояния объекта.
Широкое применение в практике изучения напряженно-деформированных состояний нашли методы тензометрирования. Эти методы применяются для оценки физического состояния элементов ответственных металлоконструкций на разных этапах ее создания: при монтаже, при испытании, при вводе в эксплуатацию и в начальный период работы конструкции.
Действие метода основано на изменении электрического сопротивления тензорезистора (проволочного или фольгированного датчика) при его растяжении или сжатии. Эффективность метода тензометрирования зависит от выбора тензорезисторов. Основными критериями при выборе тензорезисторов являются уровень деформации и диапазон рабочих температур. Тензорезисторы прикрепляются к поверхности конструкции приклеиванием или привариванием и ориентируются в направлении измеряемого напряжения. Широкое применение нашли привариваемые высокотемпературные тензорезисторы на металлической подложке типа НМТ. Тензометрирование с применением тензорезисторных преобразователей может применяться только для измерения изменяющихся во времени, так называемых динамических деформаций. Определить остаточные деформации конструкции без каких-либо дополнительных действий этим методом не удается. В последнее время при тензометрировании стал применяться метод сверления отверстий для измерения остаточных деформаций (напряжений). Этот метод основан на измерении меняющихся деформаций, вызванных сверлением отверстий в детали, имеющей остаточные напряжения. Зная величину и направление деформаций при сверлении, размер отверстия и свойства материала, расчетным путем определяют остаточные напряжения. Однако метод сверления отверстий не может быть успешно применен на реальных конструкциях, находящихся в эксплуатации. Экспериментальный метод определения напряженно-деформированного состояния упругих тел с применением лазерно-компьютерной интерферометрической системы [20]. В данной системе реализованы идеи и обобщены методы, основанные на голографической и компьютерной интерферометрии. Система обеспечивает регистрацию деформаций и напряжений в упругих телах с отображением полей распределения малых упругих перемещений и развития процесса деформации по , наблюдаемой системе интерференционных полос и ее изменениям. Это позволяет решать как задачи диагностики остаточных напряжений, так и прикладных задач: определение мест приложения и величины нагрузок, действующих на конструкцию, по интерференционной картине перемещений; установление распределенных и локальных неоднородностей в структуре конструкции; обнаружение микротрещин и внутренних расслоений в металле конструкции и др. В отличие от тензометрирования, где измерения выполняются для отдельных точек, система лазерно-компьютерной интерферометрической системы позволяет наблюдать по интерферометрическим линиям всю картину поля перемещений поверхности тела в окрестности возмущающего воздействия с главными осями деформаций и напряжений.
Определение осевых напряжений в трубопроводах в режиме безнулевой тензометрии
В процессе эксплуатации трубопроводов высокого давления часто возникают ситуации, когда вследствие непроектных нагрузок на трубопровод в его материале возникают значительные осевые напряжения, которые могут привести материал трубопровода к разрушению. Такие случаи неоднократно фиксировались. В отличие от кольцевых компонентов, которые полностью (за исключением случаев локальных вмятин или гофров) определяются давлением в трубопроводе и его геометрией (диаметром и толщиной), значение осевых напряжений содержат составляющие, определить которые теоретическим путем не представляется возможным. Ниже изложен один из подходов, позволяющий с помощью комплекса акустических измерений определить полные значения осевых напряжений в эксплуатирующемся трубопроводе. Напряженное состояние материала трубопровода можно считать плоским. Поэтому уравнения акустоупругости, связывающие главные напряжения с акустическими задержками импульсов упругих объемных волн в соответствии с [3] можно записать в виде следующей системы уравнений. - осевое напряжение, z - кольцевое напряжение, tl,t2 - задержки импульсов упругих поперечных волн, распространяющихся вдоль толщины материала с векторами поляризации, направленными соответственно вдоль и перпендикулярно оси трубы, t3 - задержка импульса продольной волны, измеренная в той же точке, t t t 123 - неизвестные значения соответствующих задержек в материале трубопровода без напряжений, К19К2,К3,К4 - коэффициенты упругоакустической связи, определяемые из результатов тарировочных экспериментов.
Для избавления от влияния на результаты измерений толщины материала в зоне измерений введем безразмерные акустические характеристики: С учетом введенных обозначений система запишется следующим образом: Как уже отмечалось, величины К\, К2, Къ, К4 определяются в ходе тарировочного эксперимента, значение кольцевого напряжения рассчитывается по известной формуле сопротивления материалов: где Р - давление в зоне измерений, D - внутренний диаметр трубопровода, h — толщина стенки. Предположим, что имеется возможность изменить давление в трубопроводе до некоторой известной величины (такая возможность в ответственных случаях может быть реализована). После изменения давления в материале трубопровода создается В терминах теории регрессии исходная теоретическая модель может быть записана следующим образом: Модель (2.74) определяет зависимость неизвестной переменной от измеряемых переменных 1 и 2 (прямая физическая задача). Модель (2.75) используется для нахождения неизвестных параметров d d модели (2.74) 1 и 2 по результатам серии обучающих экспериментов (обратная физическая задача). В общем случае теория оптимального оценивания требует нахождения уравнений (2.74) и (2.75), однако даже теоретически получаемый выигрыш невелик, а на практике, вследствие погрешностей описания процессов теоретическими моделями и неопределенностью закона распределения случайных величин, может быть даже отрицательным. Результаты экспериментов показывают, что неопределенность оценки всех неизвестных: х, 1 и , в результате совместного рассмотрения по модели (2.74) (при всех известных значениях параметров, включая О и 2) около 2 % (совокупная неопределенность теоретической модели и физических измерений параметров модели). Для упрощения расчетов оценок неизвестных величин модели (2.74) и (2.75) можно упростить, перейдя к приближенным линейным зависимостям между переменными: Корректность такого перехода (даже для обратной физической задачи) обусловлена тем, что вносимая при этом погрешность определения 1 и 2,г на порядок меньше 2 %. Модель (2.76 - 2.77) теперь удобно рассматривать в виде линейной зависимости переменной без нулевого члена с неизвестными коэффициентами Стандартный подход к оценке неизвестных модели (2.76 - 2.77) методом наименьших квадратов приводит к системе линейных уравнений, детерминант которой близок к нулю. Вследствие этого точность оценки неизвестных данным методом будет крайне низкой, что обусловлено коллинеарностью независимых переменных и . Типичным приемом в таких случаях является попытка регуляризации задачи путем привлечения дополнительной информации о неизвестных параметрах.
Конструктивные особенности используемых преобразователей
Форма рабочей поверхности пьезопреобразователя и ее размеры выбираются исходя из геометрических особенностей объекта контроля. Активные элементы оригинальных пьезопреобразователей изготавливались из полуфабрикатов пьезокерамики типа ЦТС в форме поляризованных плоских брусков путем их распилки алмазным кругом с охлаждением водной эмульсией во избежанием деполяризации. Схема разрезки полуфабрикатов пьезокерамики приведена на рис.3.2. изготовлении активных элементов пьезопреобразователей: 1 - вожженные электроды полуфабриката, 2 - направление поляризации, 3 направление разрезки, а) - продольно поляризованный элемент, б) - поперечно поляризованный элемент Толщина пластинок определяется из выражения: где V(n) - скорость данного типа упругих волн в пьезокерамике, f(p) - необходимая частота механического резонанса. Полученные пьезопластинки шлифовались, но не полировались, т.к. полировка заметно снижает коэффициент электро - механической связи для сдвиговых преобразователей. На одну из сторон пластинок методом вакуумного напыления наносился контактный слой металла (использовались серебро или никель) толщиной не менее 0.5 мкм. На напыленный слой металла электролитически наносился слой меди толщиной не менее 0.1 мм. Конструкция преобразователя изображена на рис.3.3.
Механический демпфер 3 в форме пирамиды изготавливался из пластифицированной эпоксидной смолы, в которую в объемном соотношении 1:1 вносился наполнитель из мелкодисперсной свинцовой стружки или из вольфрамовых шариков со средним диаметром 0.05 мм. Достаточно высокая плотность материала пирамиды обеспечивала ее высокие демпфирующие свойства, а создававшийся градиент плотности по высоте пирамиды способствовал уменьшению эффекта паразитных переотражений упругих волн от ее боковых граней. Датчик экранировался цельнометаллическим медным или латунным экраном 4, пространство между которым и демпфером заполнено вязким компаудом 5. Электрические сигналы на датчик подаются через высокочастотный кабель 6. Сигнальный вход к контактной поверхности припаивался сплавом Вуда с температурой плавления 60С, что устраняло возможность локальной деполяризации пьезопластинки в месте пайки.
Как уже отмечалось, в отличие от традиционной конструкции пьезопреобразователей, используемых в ультразвуковой дефектоскопии, контактный слой металла наносился лишь на внутреннюю поверхность пьезопластинки. Возможность использования такого варианта преобразователя обусловлена тем, что в работе исследовались лишь проводящие материалы, поэтому было достаточно обеспечить контакт корпуса преобразователя с поверхностью исследуемого объекта. Кроме того, отсутствие нижнего слоя контактного покрытия, который обычно приходится защищать защитным слоем, обеспечивает повышенный коэффициент электромеханической связи преобразователя.
С системой «АСТРОН», для контроля поверхностных напряжений использовались преобразователи головных волн, представляющие собой выполненные в одном корпусе излучатель и приемник. Конструкция преобразователя изображена на рис.3.4.
Датчик состоит из двустороннего клина из оргстекла 1 с углом ввода ультразвука 27.5 (для объектов контроля из стали), излучателя 2 и приемника 3 рэлеевских волн с центральной частотой 5 МГц. Дополнительно датчик содержит излучатель - приемник продольных объемных волн 4,генерирующий последовательность импульсов, распространяющихся перпендикулярно плоскости клина. База L (расстояние между поверхностями излучения и приема) была выбрана таким образом, чтобы для исследуемых образцов могли быть приняты импульсы как головных, так и продольных и сдвиговых волн.
Температурное изменение суммарного акустического пути приводит к значительным погрешностям временных измерений. Для учета этих температурных эффектов используется специальный дополнительный преобразователь 4, формирующий «термоимпульс».
Задержка «термоимпульса» определяется временем его прохождения только в оргстекле и зависит от температуры преобразователя линейным образом.
В процессе проведения тарировочного эксперимента, устанавливаются параметры зависимости задержки продольного импульса от температуры преобразователя. В дальнейшем в процессе определения физико-механических характеристик в расчетный алгоритм вносятся соответствующие корректирующие поправки.
Экспериментально полученные временные задержки, демонстрирующие влияние температуры на временную задержку tr для выше описанного датчика с базой, равной 10 мм представлены в таблице 1.
Проверка определения 1 и 2-х осного НДС на трубных образцах
Экспериментальное определение коэффициентов упругоакустической связи текстурованных трубных сталей при одноосном нагружении. Испытывались несколько групп образцов с различной степенью начальной анизотропии металла, в качестве количественной характеристики которой естественно принять среднее по образцу значение начальной акустической анизотропии AS О В каждой группе было по 2 образца: вырезанный поперек трубы (кольцевой образец); вырезанный вдоль трубы (продольный образец) Для акустических измерений использовались комплексные датчики, которые устанавливались поперек кольцевых образцов и вдоль продольных образцов (рис. 4.3 и рис. 4.4). Индексы при переменных t (задержки) соответствуют обычно принятым: 1 - сдвиговая волна с вектором поляризации, параллельным текстуре, 2 - сдвиговая волна с вектором поляризации, перпендикулярным текстуре, 3 - продольная волны.
В соответствии с линеаризованной теорией акустоупругости, соотношения, связывающие основные акустические параметры с действующим напряжением в случае одноосного напряженного состояния имеют простой вид: максимальную чувствительность по критериям абсолютной величины и коэффициента вариации обнаруживают значения параметров ,о , где величина і соответствует направлению действия напряжения Также достаточно высокую чувствительность обнаруживают параметры В таблицах 7, 8 сведены средние значения акустоупругих коэффициентов с их коэффициентами вариации (в скобках) в зависимости от параметра As Приведены усредненные по всем значениям As и величины акустоупругих коэффициентов, коэффициенты вариации средних значений коэффициентов, а также значения коэффициентов корреляции R величин акустоупругих коэффициентов со значениями As. для продольных образцов прослеживается зависимость параметров Экспериментальная проверка на трубных образцах показала следующее. В случае слаботектурованной стали типа 17Г1С измерение напряжений с использованием соотношений (4.7), (4.8) дает хорошие результаты: как осевые, так и кольцевые напряжения определяются с погрешностью не более Сказанное наглядно иллюстрируется результатами измерений, приведенными в таблице 9 - 12. В случае сильно текстурованных сталей типа Х70 соотношения (4.7)-(4.8) дают значительную погрешность. При этом если кольцевые напряжения определяются с удовлетворительной точностью, то осевые оказываются завышенными почти в 2 раза. Причина его, по - видимому, заключается в том, что положенная в основу расчетного алгоритма соотношения (4.7) - (4.8) получены в предположении слабого влияния исходной анизотропии на величину акустоупругих коэффициентов, что, как видно из вышеприведенных результатов, не так. Неудовлетворительная погрешность определения кольцевых компонентов напряжений связана со значительно более слабой зависимостью соответствующих акустоупругих коэффициентов от величины текстуры по сравнению с коэффициентами, соответствующими осевым компонентам. Как уже отмечалось, более строго исходная система уравнений для получения расчетных соотношений должна быть записана следующим образом:
Ниже в таблице 13 приведены экспериментально определенные значения параметров Л у для трех видов стали с регулируемой прокаткой марки Х70 с различной степенью текстуры. Характеристика текстуры оценивалась величиной параметра акустической анизотропии s , определяемой относительной разностью скоростей поперечных волн с поляризацией вдоль и поперек прокатки. Результаты проверки эффективности использования соотношений (4.15) -(4.16) с полученными упругоакустическими коэффициентами для трубных образцов из стали Х70 приведены в таблицах 15-18.
