Введення
Сучасна діагностика стану конструкційних матеріалів, що розташовує великим арсеналом різних фізичних методів і засобів, вже не обмежується завданнями дефектоскопії, але все більш широко використовується при вирішенні завдань визначення механічних характеристик матеріалів, причому основне місце тут займають методи та засоби вимірювання залишкових і робочих внутрішніх напруг.
У зв'язку з цією обставиною на перший план виходять методи технічної діагностики, поєднують механіку руйнувань, металознавства і неруйнівного контролю. До таких методів належать, в першу чергу, методи контролю напружено-деформованого стану.
Металеві конструкції і деталі машин в процесі експлуатації піддаються дії змінних в часі механічних навантажень, які можуть стати причиною втомних змін структури металу та накопичення мікродефектів, а отже, освіти макродефектів, зародження тріщин і руйнування вироби. Все це може призвести не тільки до матеріальних втрат, а й у певних ситуаціях до негативного впливу на довкілля та загибелі людей.
Одним з представників такого роду конструкцій можна вважати ВЛЕП, а вірніше простягнуті між вишками троси. За річний цикл вони можуть випробувати перепади температур від -50 До +50 градусів, при цьому на них впливають різні види деформацій: розтяг, стиск, крутіння та інші. Це все може призвести до колосальних втрат.
Підйомна техніка використовується в багатьох галузях життєдіяльності людини. У нашому повсякденному побуті ми використовуємо ліфти, при будівництві використовуємо крани, в метро нас спускає ескалатор, де основна частина навантаження припадатиме на дроту і троси.
Ще одним з прикладів, де проводять оцінку напружено-деформованого стану, є трубопровідні обв'язки. Зрушення грунту, а також порушення технології в ході ремонтних робіт можуть привести до значних відхилень положення трубопровідних обв'язок основного обладнання газоперекачувальних компресорних станцій від початкового проектного положення. Таким чином, крім проектних навантажень, таких як внутрішнє розрахунковий тиск, власна вага труб і арматури і тиск грунту на підземну частину, на трубопровідних обв'язуваннях можуть діяти напруги, викликані деформацією внаслідок непроектних зміщень обв'язки. Дані навантаження не враховуються проектом і, як показує практика розрахунків, часом навіть не дуже значні зсуви від проектного положення (на 4-10 мм) можуть призвести до перевищення напруженнями гранично допустимих значень [12]. Це, у свою чергу, веде до збільшення ризику зародження і розвитку в зонах дії підвищених напруг небезпечних тріщиноподібних дефектів.
Існують різні методи вимірювання механічних напружень:
В· рентгенівське визначення напруг - деформацію визначають по зміні міжплощинних відстаней напруженого кристаліта;
В· тензорезистор - Принцип вимірювання полягає в тому, що при деформації змінюється його активну опір;
В· магнітоанізотропний - Визначення механічних напружень за величиною магнітної анізотропії, спричиненої напруженнями в ізотропному феромагнітному матеріалі;
В· оптичний метод визначення внутрішніх напруг - при проходженні світла в оптично прозорих матеріалах виникає подвійне променезаломлення, величина якого характеризує ступінь напруженого стану контрольованого об'єкта;
В· акустична тензометрія - заснована на реєстрації зміни швидкості поширення пружних хвиль під впливом напруг.
Під дією циклічних навантажень мікродефекти переростають у тріщини, і їх концентрація стає небезпечною для подальшої експлуатації. Більшість методів дозволяє виявити тільки наявність досить великих тріщин. Однак набагато важливіше розпізнати більш ранню стадію накопичення дефектності - освіта мікротріщин.
Одним з способів вирішення цього завдання є метод, заснований на реєстрації зміни швидкості поширення пружних хвиль під впливом механічних напруг.
Поширення пружних коливань в обмеженому обсязі в порівнянні з безмежною середовищем накладає на хвильовий процес додаткові умови, які зазвичай зводяться до рівності нулю тиску на вільних поверхнях або до рівності нулю швидкості на абсолютно жорстких поверхнях. При цьому хвильові рівняння коливань тіл обмеженою форми завжди мають загальну структуру: один член рівняння містить другу похідну за часом зміщення, а інший - комбінацію просторових похідних, помножених на Коефіцієнт, що визначається пружними властивостями і щільністю тіла.
Суворе рішення рівнянь, що описують коливання тіл обмеженою форми з урахуванням всіх граничних умов, особливо у випадку твердих тіл, в яких пов'язані три складових зміщень і шість складових напруг, часто наштовхується на непереборні математичні труднощі. Тому зазвичай використовують певні спрощення на основі переважного характеру співвідношень між деформаціями і зміщеннями. Це дозволяє звести будь-який складний хвильовий процес до суперпозиції елементарних нормальних хвиль....
