CC BY
3Е
'Тракторное, сельскохозяйственное, лесопромышленное, строительно-дорожное и коммунальное машиностроение
УДК 621.01.539.4
АДЕКВАТНОСТЬ ДИАГНОСТИКИ КРАНОВЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ КАК ИНСТРУМЕНТ КАЧЕСТВА
ADEQUACY OF DIAGNOSTICS OF CRANE METAL STRUCTURES AS A QUALITY TOOL
DOI: 10.24412/CL-35807-2024-1-36-38
Кардаманова А. А., ассистент, аспирант, ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет», e-mail: [email protected] Лебедева А. А., магистрант ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет», e-mail: [email protected]
Kardamanova A. A., assistant, graduate student of Tula State University, e-mail: [email protected] Lebedeva A. A., master's student of Tula State University, e-mail: [email protected]
Аннотация. Выявлена необходимость проявления диагностических мероприятий во избежание преждевременного трещинообразования, в связи с чем рассмотрен ряд методов, позволяющих определить накопленную поврежденность. Приведено сравнение метода тепловизионного контроля и метода тензометрирования.
Annotation. The need for diagnostic measures has been identified in order to avoid premature cracking, and therefore a number of methods have been considered to determine the accumulated damage. A comparison of the thermal imaging control method and the strain gauge method is presented.
Ключевые слова: метод муаровых полос, нанесение делительных сеток, тензометрирова-ние, нагружение, деформация, тензодатчик.
Keywords: moire stripe method, application of dividing grids, strain gauging, loading, deformation, strain gauge.
На стадии проектирования заданный уровень надежности можно обеспечить применением современных расчетных методов и конструкционных м атериалов с высокими механическими характеристиками. Наблюдаются случаи преждевременного трещинообразования, связанного с накоплением усталостной поврежденности. Для этого необходимо проведение диагностических мероприятий, которые должны решить три задачи: выбор оптимального метода диагностирования, определения наличия или отсутствия усталостных трещин, прогноз о дальнейшем накоплении поврежденности [1].
Одной из главных задач является выбор оптимального метода диагностирования. Существует ряд методов, который позволяет выявить накопленную поврежденность. К ним относится метод муаровых полос, нанесение делительных сеток, тензометрирование.
Метод муаровых полос является экспериментально-теоретическим методом выявления д еформаций и перемещений по чередующимся светлым и темным полосам, которые возникают впоследствии механической интерференции. Возникает он при наложении двух или более систем линий, сеток, растров или точек. Пример данного метода показан на рис. 1. Данный метод предусматривает изготовление контрольного растра, нанесение растра на место до его деформации и наложение его после деформации на контрольный. Наблюдаемые при наложении муаровые полосы являются геометрическим местом точек, получающих одинаковое перемещение в направлении, перпендикулярном к линиям контрольного растра. Муаровый эффект есть оптическое явление, возникающее при наложении мелких сеток. Длина волны света в этом эффекте не имеет значения, поэтому муаровый эффект иног-
да называют механической интерференцией, по аналогии с обычной интерференцией света [2].
Исследования деформаций при разрушении материалов методом делительных сеток показывают влияние концентрации напряжений на прочность деталей. Метод делительных сеток является старейшим и наиболее часто применяемым экспериментальным методом исследования больших упругих и пластических деформаций. Метод основан на нанесении на исследуемый объект делительной сетки, представляющей из себя систему меток, форма и положение которых сравнительно просто описываются в какой-либо системе координат (обычно декартовой, реже цилиндрической). Перед нанесением сетки исследуемая поверхность тщательно очищается и обезжиривается. Выбираемые для обезжиривания реактивы не д олжны быть коррозионно-активными для исследуемой поверхности. Нанесение малобазных координатных сеток выполняют фотоспособом, травлением, накаткой, напылением, царапанием, электрохимическим способом. Наиболее просты в использовании накатанные сетки [3].
Чаще всего применяется метод тензометриро-вания, способ определения напряженного состояния какой-либо конструкции при возникновении локальных деформаций. Заключается он в том, что определяется место измерения напряжений, далее происходит его очистка от загрязнений, следом устанавливается калиброванный измерительный датчик (тензометры), воспринимающий деформацию. Тензометры — приборы и устройства, предназначенные для измерения малых деформаций. Для определения малых деформаций применяются тензометры различных конструкций: зеркальные, рычажные, электрические и др.
Осуществляется несколько последовательных нагружений и снимаются показания. Деформация вызывает в измерительном датчике определенные изменения сопротивления, эффект которого преобразуется, увеличивается и регистрируется, пос-
ле чего полученные данные анализируются. По ним и определяют действующие механические напряжения [4].
Так как данные методы являются весьма трудоемкими и не всегда точны, были проведены опыты, описанные в работах [5, 6], в основе которых лежал тепловизионный метод контроля. Если обратиться к теории д еформации, то можно увидеть, что часть энергии расходуется на диссипацию, что в конечном итоге приводит к выделению тепла. Теоретический расчет выделения тепла возможен по известным методикам, однако для практического применения предлагается оценивать изменение температурных полей в зонах максимальной деформации.
Но необходимо учитывать то, что часть тепла будет передаваться в окружающую среду. При этом можно отметить, что современные модели тепловизоров имеют достаточно высокую разрешающую способность, что позволяет сделать вывод об их применении для оценки температурных полей.
Целью тепловизионного метода контроля является установление взаимосвязей между деформациями лабораторных образцов в упругой и пластических зонах при статическом растяжении в интервале нагрузок от 0 до предела прочности с заданным шагом. При непрерывном нагружении лабораторного образца в точках, соответствующих шагам нагружения, проводились замеры амплитуд температур в области максимального деформирования материала. Испытания проводились в условиях комнатной температуры и с помощью тепловизора, представленного на рис. 2, оценивались максимальные значения температур.
После чего необходимо исследовать наличие взаимосвязей между изменением напряженно -деформированного состояния материала и амплитудами температурных полей, а также оценить адекватность полученных моделей.
Если сравнить тензометрирование и теплови-зионный метод контроля, то для первого, время,
Рис. 2. Тепловизор testo 885
затраченное на диагностирование, будет 18 часов (подготовка контрольных площадок для д атчиков, наклейка тензодатчика, сушка клея, подключение тензо датчика к АЦП, калибровка датчика, оценка напряженного состояния по пяти нагру-жениям, обработка полученных данных, снятие тензодатчика, проводки, восстановление лакокрасочного покрытия); а для второго — 3 часа (подготовка контрольной площадки, уборка загрязнения, оценка напряженного состояния по пяти нагружениям, обработка полученных данных).
Хочется отметить, что технический анализ применения тепловизионного метода контроля по сравнению с тензометрированием показывает, что временные затраты существенно снижаются.
Список литературы
1. Хеллан К. Введение в механику разрушения: Пер. с англ. — Мир, 1988. — 364 с.
2. Кучерюк В. И., Лобанок И. В., Чурилов В. А. Метод муаровых полос в исследовании прочности и устойчивости конструкций: Учебное пособие. Тюмень: Тюм. ун-т, 1978. 63 с.
3. Дель Г. Д., Новиков Н. А. Метод делительных сеток. М.: Машиностроение, 1979. 144 с.
4. Макаров Р. А. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1975. 288 с.
5. Селиверстов Г. В., Кардаманова А. А., Лебедева А. А. Оценка диссипации малоуглеродистых сталей в условиях малоциклового нагружения // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 10. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2022. С. 455—458.
6. Селиверстов Г. В., Кардаманова А. А., Лебедева А. А. Определение напряженно-деформированного состояния по величинам диссипаций в условиях упругих деформаций при малоцикловом нагружении // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 7. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2023. С. 444—447.
