Содержание к диссертации
Введение
Глава I Распространение продольных и поперечных волн в телах с начальными напряжениями 14
К Теоретическое исследование продольных и поперечных волн в телах с начальными напряжениями 16
2, Экспериментальное определение констант упругости 24
3, Экспериментальное исследование распространения объемных волн в телах с начальными напряжениями 28
Глава II Влияние начальных напряжений на скорость распространения поверхностной волны рэлея 36
1, Теоретическое исследование скорости поверхностных волн Рэлея в изотропных телах с начальными напряжениями 38
2. Экспериментальное определение зависимости скорости распространения волны Рэлея от начальных напряжений 46
Глава III Описание разработанной аппаратуры для определения напряжений 52
1, Алгоритмы определения значений одно- и двухосных напряжений 52
Описание работы программно-аппаратных средств ... 60
Устройство акустических датчиков измерителя механических напряжений 64
Результаты испытаний ультразвукового измерителя напряжений 72
Измерение одноосных напряжений 72
Измерение двухосных напряжений гидравлического стенда КС "Лысково" 76
Измерение двухосных напряжений гидравлического стенда ИТЦ «Оргтехдиагностика» 84
Заключение 96
Литература
- Экспериментальное исследование распространения объемных волн в телах с начальными напряжениями
- Экспериментальное определение зависимости скорости распространения волны Рэлея от начальных напряжений
- Описание работы программно-аппаратных средств
- Измерение одноосных напряжений
Введение к работе
Диссертационная работа посвящена исследованию точности и достоверности определения напряжений методом акустоупругости применительно к трубопроводным конструкциям.
Актуальность проблемы.
Происходящий в настоящее время переход многих предприятий топливно-энергетического комплекса от планового ремонта ответственных объектов к ремонту «по состоянию» определяет развитие неразрушающих методов и аппаратуры инструментального контроля механических характеристик металлоконструкций для определения их надежности и оценки остаточного ресурса. Достигаемый эффект от перехода - снижение затрат на обслуживание и ремонт на 40% и продление ресурса на 30% возможен только при внедрении систем диагностики.
По оценкам экспертов среднегодовой совокупный материальный ущерб с затратами на ликвидацию чрезвычайных ситуаций техногенного характера в России в ближайшие годы может составить до 5 % внутреннего валового продукта страны. Россия в настоящее время эксплуатирует свыше 150 тыс. км магистральных газопроводов. По сроку эксплуатации действующие газопроводы распределяются следующим образом: 15 % -более 30 лет, 55 % - от 10 до 30 лет, 30 % - до 10 лет; 15 % мощностей газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях магистральных газопроводов эксплуатируются более 20 лет. Предотвращение катастроф при эксплуатации опасных объектов (типа атомных электростанций, трубопроводного транспорта и др.) с продляемым ресурсом требует квазинепрерывного мониторинга напряженно-деформированного состояния (НДС) металлоконструкций и принятия решений о дальнейшей эксплуатации без участия человека.
Концепция оценки остаточного ресурса применительно к трубопроводному транспорту газа [41, 64] включает в себя следующие основные этапы [63]:
Анализ исходной информации, ее обработка, накопление, выбор потенциально опасных участков.
Инструментальный этап — обследование дефектного участка методами неразрушающего контроля: ультразвуковой контроль трещин, измерение утонения стенки, оценка уровня напряженно-деформированного состояния.
Расчетный этап - оценка опасности дефекта и работоспособности потенциально опасного участка,
Выполнение экспресс-оценки остаточного ресурса трубопровода или его работоспособности до назначения следующей инспекции,
Составление экспертного заключения для эксплуатирующей организации.
Определение напряженно-деформированного состояния входит в этап инструментального обследования при оценке остаточного ресурса газопроводов. В связи с этим, в настоящее время разрабатываются и внедряются методы и аппаратура инструментального неразрушающего контроля НДС, работающие на различных физических принципах: вихретоковые, рентгеновские, тензометрические, капиллярные, магнитные, оптические, акустико-эмиссионньге, вибрационные, тепловые, с использованием струнных датчиков и т.д. Среди этих методов наибольшее развитие получили акустические методы контроля. К основным достоинствам ультразвукового контроля, благодаря которым он нашел широкое распространение, можно отнести высокую чувствительность, большую проникающую способность, возможность контроля при одностороннем доступе к конструкции, практическую безопасность для обслуживающего персонала, экономичность [17,18, 31, 32],
Известно много акустических методов неразрушающего контроля, некоторые из которых применяются в нескольких вариантах. Их делят на две большие группы [31, 32] - активные методы и пассивные методы. Активные методы основаны на излучении и приеме упругих волн, пассивные — только на приеме волн, источником которых служит сам контролируемый объект. Активные методы делят на методы прохождения, отражения, комбинированные (использующие как прохождение, так и отражение), импедансные и методы собственных частот. Метод прохождения включает в себя амплитудный, теневой, временной теневой, велосиметрический. Методы отражения включают эхо-метод, эхо-зеркальный метод, дельта метод, дифракционно-временной, ревербирационный- Метод собственных частот разделяется на метод вынужденных колебаний и свободных колебаний.
Пассивный метод разделяется на акустико-эмиссионный, вибрационно-диагностаческий, шумодиагностический.
Ультразвуковые методы, используемые для неразрушающего контроля материалов, можно классифицировать с учетом целей, которые эти методы преследуют [6]. В этом смысле все ультразвуковые методы можно разделить на две группы:
для определения локальных дефектов;
для определения структурных особенностей контролируемого металла.
В качестве информативных параметров в первой группе методов главным образом используют амплитуду эхо сигналов, отраженных от дефектов или ослабление амплитуды пришедшего сигнала, изменение времени распространения упругих волн вследствие огибания волной дефекта и т.д.
Во второй группе информативными параметрами могут быть скорость распространения упругих волн, дисперсия скорости упругих волн, амплитуды отражений от неоднородностеи структуры, ослабление донного эхо-сигнала и другие параметры.
Одним из наиболее используемых параметров для оценки состояния деформируемых конструкционных материалов и сплавов является скорость распространения упругих волн- Кроме продольных и поперечных упругих волн в практике неразрушающего контроля часто используются поверхностные волны Рэлея и волны Лэмба [7], [8].
Акустотензометрия, которая позволяет по результатам изменения скоростей упругих волн при воздействии начальных напряжений судить о напряженном состоянии, является одним из перспективных методов контроля НДС металлоконструкций. Исходя из того, что эффективность экспресс-контроля определяется прежде всего быстродействием, низкой стоимостью оборудования и готовностью его к применению, простотой обслуживания, представляется перспективным применение ультразвуковых волн для мониторинга и экспресс-контроля напряженно-деформированного состояния трубопроводов и конструкций- Использование различных типов акустических волн позволяет проводить мониторинг напряженного состояния, вызванного различными воздействиями. Практический интерес к исследованиям в области акустоупругости также вызван возможностью определения констант упругости третьего порядка.
Ранее проводимые НИИИС совместно с ВНИИГАЗ экспериментальные исследования в области акустической тензометрии [34, 36] подтверждают возможность, определения механических напряжений при двухосном напряженном состоянии в упругой и упруго - пластической области с достаточной для инженерных целей точностью [36].
Работа выполнялась по теме «Разработка измерительно-аналитического комплекса мониторинга напряженно-деформированного состояния трубопроводов и конструкций», шифр «Диагностика», направления 1, 2 (руководитель Д.Ф--М.Н. Киселев BJC.) (договор НИИИС с ОАО ГАЗПРОМ № 3405-02-80 от 14.05.2002 г.); комплексной программе РАН, раздел П «Машиностроение» по теме «Разработка методов диагностики напряженно-
деформированного состояния, структуры и свойств материалов и элементов конструкций, основанных на применении эффектов нелинейной акустики» (2001-2003 г.г.); по гранту РФФИ 03-02-16924 «Нелинейные акустические волны в неоднородных, поврежденных и структурированных материалах. Теория, Эксперимент, Приложения,» (руководитель д.ф.-м.н., профессор Ерофеев В.И.).
Целью работы является теоретическое и экспериментальное исследование эффекта акустоупругости, точности акустического метода определения одно-и двухосных напряжений элементов трубопроводных металлоконструкций, А также расширение круга задач, решаемых при помощи акустоупругого эффекта,
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:.
Провести численный анализ изменения скоростей продольных и поперечных упругих волн в твердых телах с начальными напряжениями при применении различных вариантов линеаризированной теории упругости, провести сравнение полученных результатов с экспериментальными данными.
Для нескольких марок конструкционных сталей экспериментально получить константы упругости третьего порядка.
Провести сравнительный анализ применения различных вариантов линеаризированной теории упругости для расчета скорости поверхностной волны Рэлея в предварительно напряженных твердых телах. Провести сравнение расчетных данных с экспериментом.
Экспериментально подтвердить влияние растягивающих и изгибных напряжений на скорость распространения поверхностных волн Рэлея.
Провести испытания разработанного опытного образца прибора для измерения механических напряжений на стендах НИИИС,
ООО «Волготрансгаз», ИТЦ «Орггехдиагностика», в лабораторных и в
полевых условиях.
Научная новизна,
В диссертационной работе:
получены соотношения для нахождения скоростей объемных волн и поверхностных волн Рэлея учитывающие физическую нелинейность, содержащую константы упругости четвертого порядка;
для расчета скоростей продольных, поперечных акустических волн и поверхностных волн Рэлея в телах с начальными напряжениями численно проанализированы различные варианты задач линеаризированной теории упругости;
по результатам измерения скоростей продольных и поперечных волн в преднапряженных телах получены константы упругости третьего порядка для стали 15ХСНД и стали 3 по уточненным формулам;
предложена и экспериментально подтверждена возможность измерения изгибных напряжений с использованием поверхностных волн Рэлея. Практическая значимость работы. Создаваемая аппаратура, работающая на эффекте акустоупругости с использованием продольных и поперечных акустических волн, позволяет проводить мониторинг напряженного состояния металлоконструкций, в том числе трубопроводных конструкций, без изменения режима их эксплуатации. Использование поверхностных акустических волн Рэлея позволяет расширить диапазон прикладных задач, решаемых при помощи акустоупругого эффекта - возможность определения механических напряжений в приповерхностных слоях. Использование результатов инструментального определения напряженного состояния возможно для определения надежности и оценки остаточного ресурса ответственных объектов топливно-энергетического комплекса.
На защиту выносятся следующие положения:
соотношения для нахождения скоростей объемных волн и поверхностных волн Рэлея учитывающие физическую нелинейность, содержащую константы упругости четвертого порядка;
численный анализ различных вариантов задач линеаризированной теории упругости для расчета скоростей продольных, поперечных акустических волн и поверхностных волн Рэлея в телах с начальными напряжениями;
экспериментально полученные значения констант упругости третьего порядка для стали 15ХСНД и стали 3 по уточненным формулам;
возможность измерения изгибных напряжений с использованием поверхностных волн Рэлея;.
испытания разработанного опытного образца прибора для измерения одно- и двухосных напряжений на стендах НИИИС, ООО «Волготрансгаз», ИТЦ «Оргтехдиагностика», в лабораторных и в полевых условиях. Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
2-ой международной научно-технической конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», Москва, ВНИИАЭС, 22-23 марта 2001 г.
3-м научно-техническом совещании - семинаре «Аналитика, диагностика и средства автоматизации для нефтегазового комплекса», ВНИИТФА, Москва - ГЦИПК г. Обнинск 23-25 апреля 2001 г.
4-м научно-техническом совещании - семинаре «Аналитика, диагностика и средства автоматизации для нефтегазового комплекса», ВНИИТФА, Москва - ГЦИПК г. Обнинск 9-11 апреля 2002 г,
региональном молодежном научно-техническом форуме «Будущее технической науки нижегородского региона», HI ТУ, Нижний Новгород, 14 мая 2002 г.
8-ой Нижегородской сессии молодых ученых (технические науки), Нижний Новгород, 10-14 февраля 2003 г.
10-м международном симпозиуме «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред», Москва - Ярополец, МАИ, 9-13 февраля 2004 г.
Всероссийской научной конференции, посвященной памяти профессора А.И, Весницкого «Волновая динамика машин и конструкций», Нижний Новгород, 1-5 июня 2004 г.
Публикации. Основные результаты проведенных исследований отражены в 11 публикациях [16,20-23, 25-28, 34, 36].
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем работы - 107 стр., в том числе, 39 иллюстраций, 12 таблиц* Список использованной литературы включает 87 наименований. Во введении рассмотрена концепция остаточного ресурса применительно к трубопроводному транспорту. Проведен обзор акустических методов, используемых в задачах неразрушающего контроля,
Экспериментальное исследование распространения объемных волн в телах с начальными напряжениями
Одной из актуальных проблем нелинейной теории упругости является теория распространения упругих волн в телах с начальными напряжениями [10, 12-15, 20-23, 25, 26, 30, 53, 55, 56, 61, 65, 71, 72 75-77, 80, 85]. В 70-х годах сформировалась новая отрасль науки - акустоупругость, которая исследует закономерности распространения упругих волн в предварительно напряженных телах. Практический интерес к исследованиям в области акустоупругости вызван несколькими причинами: необходимостью неразрушающего контроля технологических напряжений и напряжений в элементах конструкций и возможностью определения констант упругости третьего порядка.
Развитию теории акустоупругости предшествовали теоретические работы [75, 76, 77], в которых на основе теории наложения малых деформаций на конечные деформации получены уравнения с начальными напряжениями, В работах [76, 77] рассмотрено распространение плоских волн в материале, находящемся в состоянии. однородной деформации, и исследованы условия существования единственности решения данной задачи.
В экспериментальной работе [42] изложены результаты определения влияния статических напряжений на звукопроводность и скорость звука в металлах При этом исследовалось затухание и изменение скорости продольной волны в стальной, медной и алюминиевой проволоках под действием статического напряжения.
В работе [9] предложен способ оценки величины деформации с помощью времени распространения упругих волн при его изменении в процессе деформирования. Недостатком способа является отсутствие учета влияния величины упругих напряжений на измеряемый параметр.
В работе [ 13] дано систематическое изложение основ теории распространения упругих волн в сжимаемых и несжимаемых телах с начальными напряжениями, построенной на основе линеаризованной теории упругости, рассмотрены различные варианты нелинейной теории упругости без учета температурных эффектов, В монографии [15] изложены основные положения теории акустоупругости и описан ультразвуковой неразрушающий метод определения напряжений.
Исследование значений коэффициентов упругости третьего порядка, для геометрически линейной и нелинейной теорий приведены в работе [53], для нескольких материалов экспериментально получены значения этих коэффициентов для двух вариантов линеаризированной теории упругости.
В работах [45-49] исследованы возможности импульсного ультразвукового метода измерения механических напряжений, основанного на эффекте акустоупругости. Разработаны простые алгоритмы определения двухосного напряженного состояния, исключающие громоздкие расчеты зависимостей скоростей упругих волн от начальных напряжений. Приведены примеры определения остаточных сварочных напряжений акустическим методом Изменение скорости распространения ультразвуковых волн при растяжении поликристаллических материалов в пластической зоне исследовалось в работах [29, 43]. Показано, что зависимости скорости звука от начальных деформаций и напряжений универсальны для разных металлов и сплавов. Предложена методика определения временного сопротивления материалов.
В работах [16, 27, 28, 34, 36, 54] приведены экспериментальные исследования напряженного состояния различных стендов с применением разработанного в НИИ измерительных систем опытного образца акустотензоизмерителя НПИН-01,
Поведение акустических волн в предварительно напряженных твердых телах описывается с помощью линеаризированной теории упругости. Целью данной главы является сравнение результатов расчета фазовой скорости поперечных и продольных акустических волн в телах с начальными напряжениями для разных вариантов теории упругости с экспериментальными данными.
Экспериментальное определение зависимости скорости распространения волны Рэлея от начальных напряжений
Экспериментальная и теоретическая зависимости относительного изменения скорости распространения волны Рэлея от внешней растягивающей нагрузки, приведены на рис. 2.2-2. Теоретически, скорость волны Рэлея рассчитывалась из выражений (2.1.18), (2.1.20), (2.1.23). В ходе расчетов при применении геометрически линейной теории выбирались константы упругости, рассчитанные с использованием геометрически линейных соотношений (таблица 1-
Crfj - скорость волны Рэлея в отсутствии начальных напряжений-На рис. 2,2.1 прямая 1 проведена по методу наименьших квадратов через экспериментальные точки; прямая 2 — теоретическая зависимость рассчитанная с учетом геометрической и физической нелинейности, содержащей константы упругости третьего порядка; зависимость 3 -геометрически линейная теория, учитывающая физическую нелинейность, содержащую константы упругости третьего порядка; зависимость 4 -учитывает геометрическую и физическую нелинейность, содержащую константы упругости четвертого порядка- Численные экспериментальные и теоретические значения относительного изменения скорости поверхностной волны при воздействии начальных напряжений приведены в таблице 2.2Л. Таблица 2.2.1. Теоретические и экспериментальные значения относительного изменения скорости волн Рэлея.
Таким образом, получено, что удовлетворительное совпадение результатов расчета с экспериментальными данными дает учет геометрической нелинейности и квадратичной физической нелинейности. Учет третьего порядка физической нелинейности существенных поправок не дает. Использование геометрически линейной.теории для расчета скорости поверхностной волны Рэлея в преднапряженных твердых телах возможно при использовании констант упругости третьего порядка, которые получены с помощью геометрически линейной теории.
Удовлетворительное совпадение экспериментальной и теоретической зависимостей Сг от растягивающих напряжений тп (рис. 2.2Л) позволяет судить о возможности измерения изгибных нагрузок при помощи поверхностных волн Рэлея, полагая, что влияние растягивающих нагрузок и изгиба на скорость распространения рэлеевских волн одинаково, поскольку на частоте 5 МГц поверхностная волна распространяется в металл на глубину около 0,6 мм.
Экспериментально исследовалась зависимость изменения скорости волны Рэлея от изгибных напряжений в образце из стали 15ХСНД толщиной 11 мм. Для этого образец одним концом жестко закреплялся, а к свободному концу подвешивался груз. Датчик рэлеевских волн стационарно устанавливался вплотную к месту закрепления консоли. Измерялись времена распространения волны, значения изгибающей нагрузки изменялись ступенчато, проводилось несколько циклов нагружения.
Изменение скорости распространения волны происходит в данном случае под влиянием некоторых усредненных напряжений по толщине «0,6 мм и усредненных по пути распространения волны (база датчика равна 30 мм). Таким образом, появляется некоторая систематическая поправка для начальных изгибных напряжений, которые влияют на скорость распространения волны Рэлея, Значение этой поправки составляет приблизительно 10%,
Описание работы программно-аппаратных средств
Аппаратурная реализация и программное обеспечение НПИН-01 (рис, ЗЛ.1) позволяют производить:
1. измерение одноосных механических напряжений в диапазоне от нуля до предела текучести. Погрешность измерения не превышает +/-20 МПа;
2. измерение двухосных напряжений, например, осевых и кольцевых напряжений в трубопроводе в режиме мониторинга. Диапазон измерений от нуля до предела текучести, погрешность измерений не более +/- 30 МПа. Подтверждено для ТП д/у 1420/18,7; д/у 720/16, д/у 114/7,0;
3- измерение температуры объекта контроля в диапазоне от -40 С до +60 С с погрешностью +/- ОД С;
4- прецизионное измерение толщины плоских металлических деталей толщиной до 100 мм с полированными плоскопараллельными плоскостями с погрешностью порядка +/- 5 мкм. Измеряемая при контроле толщина металла составляет от 4 до 100 мм с принципиальной возможностью расширения диапазона от 1-2 мм до 500 мм.
Датчики НПИН-01 имеют магнитное крепление для установки без дополнительного крепления на сталях, обладающих магнитными свойствами. Максимальное расстояние от датчиков до ЭБ НПИН-01 -20м. Максимальное расстояние от ЭБ до ПЭВМ НПИН-01 - 100 м. Интерфейс связи электронного блока с ПЭВМ -RS 232С. Ориентировочные габариты датчиков 50x50 мм, габариты ЭБ (с установленной в нем ПЭВМ)- 300x300x100 мм. Вес НПИН-01 не более 6 кг.
Прибор определения механических напряжений НПИН-01 состоит из трех основных частей: электронного блока, ПЭВМ типа Notebook и набора акустических датчиков- Электронный блок по сигналу из ПЭВМ передает на датчики зондирующий импульс, оцифровывает принятый сигнал и по интерфейсу связи RS-232 передает данные в ПЭВМ которая обрабатывает информацию. Укрупненная блок-схема электронного блока системы приведена нарис. 3.2.2 Система работает следующим образом. По сигналу с ПЭВМ интерфейсный блок 1 через RS-триггер 2 включает тактовый генератор 3, который на каждом тактовом импульсе запускает генератор пилообразного напряжения 4, зондирующий генератор 9, и подает импульсы на счетчик 7, управляющий работой цифро-аналогового преобразователя 8.
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) подает напряжение, пропорциональное номеру цикла, на один вход компаратора 5. При достижении напряжения на. другом входе компаратора, переданного с генератора пилообразного напряжения 4, напряжения ЦАПа, компаратор запускает генератор строба 6.
Датчик 10 возбуждается зондирующим генератором 9» Отраженный от обратной, стенки контролируемого объекта 11, сигнал с датчика 10, через усилитель 12 записывается в устройство выборки-хранения 13.
Аналого-цифровой преобразователь 14 преобразует аналоговый сигнал в цифровой код, после передачи которого в ПЭВМ, интерфейс 1 организует следующий цикл. После передачи заданного количества стробов интерфейс 1 останавливает работу системы-Данные об акустических импульсах в виде цифрового кода по последовательному интерфейсу связи RS-232 (СОМ-порт) поступают в ПЭВМ,
где определяются времена задержек первого и второго пришедших акустических импульсов, коэффициенты акустической анизотропии и значение механического напряжения.
После каждого цикла приема отраженных акустических импульсов ПЭВМ рассчитывает задержки синфазных нулевых точек выбранных импульсов, а также разности задержек при анализе двух импульсов. При корректировке количества отсчетных нулевых точек отображаются усредненные значения времен прохождения акустических волн различных типов.
Система акустических датчиков, входящая в состав прибора (рис, 3.2.1) состоит из датчиков сдвиговых, продольных и рэлеевских волн. Датчик волн Рэлея представляет из себя отдельную конструкцию. Датчики сдвиговых и продольных волн объединены в комплексный акустический датчик (КАД) (рис» З.ЗЛ, 3.3.2), в него входят два пьезокерамических элемента (ГЖЭ), генерирующие и принимающие поперечные волны взаимно перпендикулярных поляризаций, и пьезоэлемент продольных волн.
КАД обеспечивает стабильный и надежный акустический контакт пьезокерамических элементов продольной и сдвиговых волн с исследуемым металлом- Это достигается благодаря оригинальной конструкции КАД (рис. 3-3.2, 33.3). ПКЭ выполнены в виде прямоугольных пластинок 5x5 мм и толщиной ОД - 0,5 мм из пьезокерамики типа ЦТС-19 (цирконат - титанат свинца) и для установки в КАД подготавливаются, как показано на рис. 33.3.
Измерение одноосных напряжений
На рис. 4.3.4-4,3.9 обозначено о - измеренные значения напряжений при нулевом давлении, - измеренные значения напряжений при давлении 40 Атм, О - измеренные значения напряжений при давлении 80 Атм.
Из рисунков 4.3.4-4.3.9 по полученным экспериментальным данным можно судить о возникающих в контрольных точках сечения № 1 осевых и кольцевых напряжениях при воздействии на гидравлический стенд комбинированных нагрузок. Учитывая полученные данные, максимальное отклонение измеренных напряжений от расчетных, приведенное к пределу текучести контролируемой стали, не превышает 10%.
Проведенные испытания разработанного опытного образца акустического измерителя напряжений НПИН-01 при одноосном растяжении стандартных образцов сталей Х70, 15ХСНД, ст.З на разрывных машинах РМ-50 и ZD10/90 свидетельтствуют о том, что приведенная погрешность определения одноосных напряжений не превысила 6% от предела текучести контролируемой стали»
Испытания прибора НПИН-01 на гидравлических стендах, выполненных из сталей 15ХСНД, Х70 и 17Г1С, компрессорной станции «Лысково» и ИТЦ «Оргтехдиагностика», после предварительно калибровки указывают на то, что приведенная погрешность определения напряжений при двухосном напряженном состоянии составляет не более 10% 96
Заключение
В результате теоретических и экспериментальных исследований, составляющих предмет диссертации, проведен анализ скоростей распространения продольных, поперечных упругих волн и поверхностных волн Рэлея в телах с начальными напряжениями. Для определения точности акустического измерителя механических напряжений проведены его испытания на различных стендах. Основные результаты и выводы работы сводятся к следующему.
1, Получено, что для нахождения скоростей упругих волн в телах с начальными напряжениями, одновременный учет геометрической и физической нелинейности, содержащей константы упругости. третьего порядка, дает удовлетворительное совпадение результатов расчета с экспериментом для сталей. Учет физической нелинейности, содержащей константы упругости четвертого порядка, существенных поправок не дает.
2, Получено, что геометрически линейная теория позволяет рассчитывать скорости продольных, поперечных волн и поверхностных волн Рэлея в телах с начальными напряжениями, если при расчетах использовать константы упругости третьего порядка, полученные с помощью геометрически линейной теории,
3. Предложена и экспериментально подтверждена возможность измерения изгибных напряжений при использовании поверхностных волн Рэлея.
4. Разработан (в соавторстве) опытный образец прибора для измерения напряжений НПИН-01, состоящий из электронного блока, портативного компьютера и комплексного датчика, работающий на основе алгоритмов определения одно- и двухосных механических напряжений, по результатам измерения времен распространения ультразвуковых продольных и поперечных волн. 5. Проведены лабораторные и полевые испытания опытного образца акустического измерителя механических напряжений НПИН-01 и экспериментально определена приведенная погрешность измерения одно-и двухосных напряжений. Результаты испытаний указывают на то, что приведенная к пределу текучести материала погрешность измерения одноосных напряжений не превышает 6 %, двухосных напряжений - не более 10%,
