Научная статья на тему 'Теория применения методов оптической рефлектометрии для контроля повреждений несущих металлоконструкций'

Теория применения методов оптической рефлектометрии для контроля повреждений несущих металлоконструкций Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
227
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДЕФОРМАЦИЯ / НАГРУЖЕНИЕ / НАПРЯЖЕНИЯ / ГРУЗОПОДЪЕМНАЯ МАШИНА

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Селиверстов Г. В., Сорокин П. А., Кузнецова Н. С.

Рассмотрена возможность применения оптических методов для контроля усталостной и коррозионной поврежденности элементов несущих метало-конструкций крана

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Селиверстов Г. В., Сорокин П. А., Кузнецова Н. С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Теория применения методов оптической рефлектометрии для контроля повреждений несущих металлоконструкций»

1. Гофман В.Э., Хомоненко АД. Работа с базами данных в Delphi. СПб. : БХВ-Петербург, 2001. 656 с.

2. РД 10112-96. Методические указания по обследованию грузоподъёмных машин с истекшим сроком службы. Ч. 1. Общие положения, утверждённые постановлением Гостехнадзора России от 28.03.96 №12.

V. Seroshtan, R. Ispiryan, G. Seliserstov

The automated system of registration the results of diagnostic the handling machines, storage and search the necessary information

Software product allowing to automated the diagnostic of handling machines and to defined their developed resource is reviewed.

Получено 07.04.09

УДК 621.81:539.4; 621.01:539.4

Г.В. Селиверстов, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-22-88, s456789@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

П.А. Сорокин, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-22-88, pavalsor@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Н.С. Кузнецова, асп., (8926) 108-00-62, pavalsor@rambler.ru (Россия, Москва, МИИТ)

ТЕОРИЯ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ

ОПТИЧЕСКОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ

Рассмотрена возможность применения оптических методов для контроля усталостной я коррозионной поврежденностя элементов несущих метало-конструкций крана.

Ключевые слова: деформация, нагружение, напряжения, грузоподъемная машина.

Современные средства диагностирования несущих метало-конструкций кранов, как правило, основываются на инструментальном подходе. При этом могут применяться методы, основанные на различных подходах. Основ на часть этих методов фиксирует натие или отсутствие усталостных трещин. В то же время значимым является аспект прогноза возникновения этих трещин. На стадии рассеянной поврежденности (до возникновения трещин) применение известных методов и средств не дает адекватной информации о накопленной поврежденности в элементе металлоконструкции. Известный метод, основанный на измерении коэрцитивной силы, обладает довольно низким показателем сигнал - шум, из-за чего объ-

175

екгивность оценки невысока. Хотя нельзя не отметить, что на сегодняшний день этот метод достаточно дешев в применении, за счет чего широко распространен. Как альтернативу известным методам можно предложить использование оптических средств рефлектометрии.

Рассматрива работу металлоконструкции крана можно выделить ряд потенциальных мест наиболее интенсивного накопления поврежденности [1]. Как показал конечно-элементный анализ, усталостная повреж-денность накапливается в условиях переменных асимметрии и амплитуд напряжений. Таким образом, можно выделить места, где элемент конструкции работает в условия упругого и упругопластического деформирования материала. Для контроля поврежденности, накапливаемой в таких условиях, можно рекомендовать рад оптических рефлектометрических методов [2]. Упругое деформирование материала приводит к изменению микрорельефа поверхности на стадии рассеянной поврежденности. Это выражается в возникновении и развитии устойчивых полос скольжения, экструзий и интрузий. Все это влияет на изменение оптических свойств поверхности, которые фиксируются инструменальным методом с минимальным влиянием человеческого фактора. На основании этих изменений можно прогнозировать ресурс элемента до возникновения трещины. Возникновение и развитие макротрещины также влияют на измене не оптических свойств и четко отслеживаются оптическим датчиком.

Более простым методом контроля является определение параметров микрорельефа поверхности. В качестве критерия накопленной поврежденности можно предложить регистрацию и количественную оцежу изменения среднего арифметического из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длиті. Для этого можно применить и контактный портативный профилометр. Однако использование данного метода ограничено лишь стадией рассеянной поврежденности.

При преобладании упругопластической составляющей в качестве критерия поврежденности можно отслеживать изменение размеров зоны упругопластического деформирования. Развитие этой зоны под действием нагрузки проявляется в распространении волн пластичности вблизи концентрации напряжений. Оценива расстояние между крайними волнами, можно судить о накопленной поврежденности. Применимость этого метода также ограничена стадией до возникновения макротрещины.

Более универсальным является метод, основанный на контроле размеров зоны пластических деформаций. Он заключается в том, что для определения деформации элемента металлоконструкции на контрольные площадки нанося сетку с помощью алмазного наконечника. Линии сетки будут являться базой для последующих замеров. В зависимости от вида концентрации напряжений, которые могут быть протяженными (валик сварного шва) или локальными (резкое изменение геометрии элемента металлоконструкции), различными будут и базы. Для протяженного концен-

тратора предлагается использовать в качестве базы две параллельные реперные линии, проведенные вдоль сварного шва. Одна из линий должна проходить на минимально возможном расстоянии от валика сварного шва. Расстояние между самими линиями должно выбираться в зависимости от применяемого материала, уровня и вида действующих нагрузок. Изменение расстояния между ними будет характеризовать необратимую пластическую деформацию элемента металлоконструкции.

Для второго случая с локальным концентратором можно предложить нанесение реперных линий вблизи концентратора напряжений параллельно предполагаемому направлению развития трещины на одинаковом расстоянии друг от друга. С помощью оптических датчиков проводят измерение расстояний между реперными линиями. Измерения проводят перпендикулярно реперным линиям. Для дальнейшей оценки выбирается расстояние между двумя линиями, расположенными в зоне наибольшего пластического деформирования.

Регистрация и количественная оценка изменения расстояния между двумя линиями, расположенными в зоне наибольшего пластического деформирования на поверхности конрольных площадок, служат мерой степени поврежденности узла исследуемой металлоконструкции. Применимость данного метода распространется и на стадию рассеянной поврежденности, и на стадию развития макротрещины.

Варьируя алгоритмы обработки выходного сигнала с оптического рефлектометрического преобразователя и не меня сам прибор, можно реализовать контроль по перечисленным выше параметрам. Это позволяет оптимизировать процесс контроля с точки зрения применения наиболее объективного критерия для конкретных условий и стадии поврежденности.

На основе проведенных экспериментальных исследований на лабораторных образцах по перечисленным выше критериям поврежденности были получены регрессионные модели для определения выработанного ресурса. Был также проведен сравнительный анализ погрешностей рассчитанных моделей на различных этапах накопления поврежденности. Для простоты сравнения оценка проводилась до завершения стадии рассеянной поврежденности. На этапе выработанного ресурса до возникновения макротрещины от 0 до 70 % наименьшей погрешностью обладает способ, реализующий алгоритм оценки изменения размеров зоны пластического деформирования, на оставшейся части (от 70 до 100%) наименьшей погрешностью обладает способ, отслеживающий изменение оптических свойств поверхности.

Помимо накопления усталостной поврежден ости, ряд элеменов конструкции испытывает воздействие коррозионных процессов. Для диагностики коррозии в основном применют ультразвуковую толщиномет-рию. Однако при возникновении оксидной пленки на поверхности мате-

риала при практически неизменной его толщине начинают меняться его механические характеристики. Снижение прочностных свойств приводит к уменьшению циклической стойкости элемента металлоконструкции и изменению напряженно-деформированного состояния всей конструкции в целом. Для оценки степени коррозионной поврежденности можно предложить метод, основанный на взаимосвязи изменения цветности продуктов коррозии и степени накопления поврежденности. Полученные математические модели позволяют определять степень снижения прочностных свойств материма.

Для автоматизации процессов хранения и обработки информации по обследованию грузоподъемных машин совместно с коллегами Калужского филиала МГТУ им. Баумана была проведена модернизация программного пакета HAMA XP. Данный пакет позволяет автоматизированно определять по перечисленным параметрам выработанный ресурс элемента металлоконструкции.

Список литературы

1. Селиверстов Г.В. Анализ развития деформаций в элементах металлоконструкций грузоподъемных машин // Техническая диагностика и оценка остаточного ресурса грузоподъемных кранов. Екатеринбург : ЗАО «УЭЦ», 2007. С. 143-150.

2. Сорокин П.А., Селиверстов Г.В., Толоконников А.С. Перспективы применения методов оптической рефлектометрии для диагностики металлоконструкций // Подъемно-транспортное дело. №2(46). 2008. С.5-6.

G. Seliverstov, P. Sorokin, N. Kuznetsova

The theory of application of methods of an optical reflectometry for the control of damages of metallic structures

The feasibility of optical methods for the control fatigue and corrosion damages of units of metallic structures of a hoisting machine is considered.

Получено 07.04.09

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.