СПОСОБ ОЦЕНКИ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2012 года по МПК G01N27/80 

Описание патента на изобретение RU2455634C1

Изобретение относится к области исследований, в ходе которых, непосредственно в процессе эксплуатации, оценивается работоспособность подвергающихся воздействию рабочей нагрузки изделий, изготовленных из ферромагнитного материала, путем определения и сравнения их прочностных характеристик.

Известен традиционный в инженерной практике способ определения прочностных характеристик, предлагаемый классическим курсом «Сопротивления материалов», согласно которому свойство изделия сохранять длительную работоспособность определяется величиной коэффициента запаса прочности, рассчитываемого отношением величин допускаемого и рабочих напряжений для стандартизированных по форме и материалу изделий. База рекомендаций курса «Сопротивления материалов» представлена огромным объемом результатов лабораторных исследований, сложившейся и оправдавшей себя на практике методикой проведения этих исследований. Однако при общепризнанной эффективности известный способ ограничен необходимостью проведения исследований в условиях стационара, не всегда дающих возможность смоделировать одновременное сочетание в лабораторных условиях всего многообразия физических факторов, оказывающих влияние на работоспособность изделия в процессе эксплуатации. Яркую иллюстрацию этому соображению представляет пример сложного динамического состояния рельсов железнодорожной транспортной системы, чаще всего являющегося причиной аварий на железнодорожном транспорте в результате разрушения рельсов, выбросов бесстыкового пути и т.д. [1, 2].

Предлагаемый способ решает задачу определения прочностных характеристик изделий, изготовленных из ферромагнитного материала, непосредственно в процессе эксплуатации, с обеспечением перемещения исследовательско-измерительной аппаратуры вдоль объекта исследования, в том числе в процессе выполнения им рабочих функций.

К решению поставленной задачи привлечена информация о проявлении магнитных аномалий, т.н. эффект Виллари [3], выраженных изменением величины магнитной индукции в локальных зонах объектов исследования, в зависимости от напряженного состояния изделий, изготовленных из ферромагнитного материала, намагниченность которых определяется условиями эксплуатации или осуществляется принудительно, с возможностью формирования и обнаружения местных магнитных аномалий.

В ходе лабораторного моделирования, осуществленного в соответствии с методикой курса «Сопротивление материалов», с использованием рельса в качестве объекта исследования, обнаружено, что в случае положительного эффекта Виллари, величина индукции магнитного поля в точке на границе поперечного сечения образца на участке растяжения образца будет больше, а в симметричной ей точке этого же сечения образца относительно оси симметрии на участке сжатия образца будет меньше, чем ранее, до возникновения напряжения в образце в обеих точках, т.е. величина индукции магнитного поля в точке поперечного сечения образца при растяжении Вр будет больше величины магнитной индукции в симметричной ей точке того же сечения образца при сжатии Всрс). Измерением величины индукции магнитного поля вдоль длины изделия в характерных (указанных выше) точках, выбираемых в зависимости от профиля сечения изделия, по разности индукций в симметричных точках, определяются локальные зоны появления и возрастания напряжений в материале изделия при изгибе, в соответствии с направлением изгиба, и оценивается величина этих напряжений.

При сложных профилях поперечного сечения изделия, например у рельсов, потребуется измерение магнитной индукции в двух парах характерных точек при намагничивании по вертикальной оси симметрии профиля рельсов для создания симметричного магнитного поля с осью симметрии, совпадающей с осью симметрии профиля рельсов. На рисунке 1 указаны две пары характерных точек, лежащих на границе поперечного сечения рельсов, симметричных друг другу относительно оси симметрии сечения, являющейся осью намагничивания; введены следующие обозначения: величина индукции магнитного поля для симметричной пары точек головки рельса Bг1 и Вг2, для симметричной пары точек подошвы рельса Bп1 и Вп2, где индекс «1» относится к левой части от оси симметрии, индекс «2» - к правой части от оси симметрии.

По результатам этих измерений обнаружены и оценены следующие основные варианты напряжений, возникающих при изгибе рельса:

1) изгиб рельса в горизонтальной плоскости, слева от оси симметрии сечения рельса материал растянут, справа - сжат: Bг1г2, Bп1п2 или

δгг1г2>0, δпп1п2>0;

2) изгиб рельса в горизонтальной плоскости, слева от оси симметрии сечения рельса материал сжат, справа - растянут: Bг1г2, Bп1п2 или

δг=Bг1г2<0, δп=Bп1п2<0;

3) изгиб рельса в вертикальной плоскости, материал головки рельса растянут, материал подошвы рельса сжат: Bг1г2, Bп1п2, Bг1>Bп1, Вг2п2 или

δ1=Bг1-Bп1>0, δ2г2п2>0, δ12;

4) изгиб в вертикальной плоскости, материал головки рельса сжат, материал подошвы рельса растянут: Bг1г2, Bп1п2, Bг1<Bп1, Вг2п2 или

δ1=Bг1-Bп1<0, δ2г2п2<0, δ12.

Комбинированные продольные изгибы рельсов идентифицируются по приведенным выше соотношениям.

Результаты лабораторного моделирования свидетельствуют, что накопление информации о точном соответствии характеристик напряженного состояния изделия и характера проявления в нем при этом местных магнитных аномалий является чисто технической задачей с предсказуемым результатом исследований в виде таблиц строгого соответствия исследуемых параметров физического состояния объектов исследования. Т.е. прочностная характеристика - коэффициент запаса прочности, рассчитываемая отношением допускаемого и рабочего напряжений, становится взаимозаменяемой с характеристикой, рассчитанной как отношение между нормируемой (эталонной для данного объекта) величиной изменения магнитной индукции в характерных точках профиля сечения исследуемого объекта и рабочим значением этой величины для данной формы напряженного состояния изделия.

Назовем эту характеристику коэффициент изменения магнитной индукции. Согласно эффекту Виллари, этот коэффициент несет ту же самую смысловую нагрузку, что и коэффициент запаса прочности в сопромате.

С учетом изложенного, предлагаемый способ оценки запаса прочности изделий, изготовленных из ферромагнитного материала, подвергающихся воздействию рабочей нагрузки, заключается в том, что показания исследовательско-измерительной аппаратуры, представленной комплектом магнитометров, перемещающихся вдоль объекта наблюдения, получают в виде величин изменения магнитной индукции для характерных точек сечения исследуемого изделия, которые сравнивают с нормируемыми (эталонными), сосредоточенными в компьютерной базе данных. По величине отношения между нормируемой (эталонной для данного объекта) величиной изменения магнитной индукции и рабочим значением этой величины для данной формы напряженного состояния объекта исследования судят о располагаемом коэффициенте запаса прочности.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом:

- предшествующий этап работ формирует базу данных, в которой сосредоточена информация о соответствии значений напряженности магнитного поля и механических напряжений для эталонных образцов изделий при различных формах нагружения;

- объект исследования подвергают намагничиванию (с помощью постоянных магнитов или путем пропускания тока по изделию) или определяют характеристику его магнитного поля, в случае его естественной намагниченности, обусловленной условиями эксплуатации (например, рельс);

- выделяют характерные точки профиля сечения исследуемого изделия, для которых будут определяться величины изменения магнитной индукции (в нашем примере выбран рельс как объект со сложной формой профиля);

- вдоль объекта наблюдения перемещают комплект магнитометров, показания которых, с помощью микропроцессорной техники, регистрируются, сравниваются, обрабатываются до получения параметра, по величине которого судят о располагаемом коэффициенте запаса прочности изделия.

Технический результат реализации предлагаемого способа заключается в возможности получения и накопления информации о динамическом состоянии изделия в каждый рабочий момент, на участке любого отрезка времени эксплуатации, за весь исследуемый период эксплуатации.

Источники информации

1. Почему разбиваются поезда. Евразия Вести IX 2003. www.eav.ru.

2. Вериго М.Ф. К вопросу об устойчивости бесстыкового пути под проходящими поездами. Железные дороги мира. 2002. №4, www.css-rzd.ru.

3. Физическая энциклопедия. http://allphysics.ru.

Похожие патенты RU2455634C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ИЗГИБНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 2010
  • Степанов Александр Петрович
  • Степанов Максим Александрович
  • Милованов Алексей Игоревич
  • Саломатов Владимир Николаевич
RU2452943C1
СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ И МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПРОТЯЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ 2013
  • Степанов Максим Александрович
  • Степанов Александр Петрович
  • Пыхалов Анатолий Александрович
RU2521753C1
СПОСОБ МАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ИЗДЕЛИЙ В НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ 2010
  • Степанов Александр Петрович
  • Милованов Алексей Игоревич
  • Степанов Максим Александрович
RU2441227C1
СПОСОБ ОЦЕНКИ ИЗГИБНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ КОНСТРУКЦИЙ 2015
  • Степанов Александр Петрович
  • Степанов Максим Александрович
RU2590224C1
СПОСОБ МАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ 2008
  • Степанов Александр Петрович
  • Степанов Максим Александрович
  • Милованов Алексей Игоревич
  • Саломатов Владимир Николаевич
  • Лопатин Михаил Васильевич
RU2387983C1
Способ магнитного контроля протяженных изделий с симметричным поперечным сечением 2018
  • Степанов Александр Петрович
  • Степанов Максим Александрович
  • Степанов Егор Максимович
RU2680669C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩЕГО ПРОЦЕССА, СФОРМИРОВАННЫХ С ПОМОЩЬЮ ПРОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 2016
  • Орешков Олег Васильевич
RU2642134C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ БЕССТЫКОВОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ 2012
  • Клюзко Владимир Анатольевич
  • Фадеев Валерий Сергеевич
  • Штанов Олег Викторович
  • Ободовский Юрий Васильевич
  • Паладин Николай Михайлович
  • Тригубов Алексей Геннадьевич
RU2521114C1
Способ определение наличия и координат напряжений в околошовных зонах трубопроводов методом измерения скорости прохождения ультразвуковой волны 2017
  • Буклешев Дмитрий Олегович
RU2653955C1
СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЗАЩИТНОЙ ГЕРМЕТИЧНОЙ ОБОЛОЧКИ РЕАКТОРНОГО ОТДЕЛЕНИЯ АЭС 2014
  • Пимшин Юрий Иванович
  • Клюшин Евгений Борисович
  • Губеладзе Олег Автандилович
  • Забазнов Юрий Сергеевич
  • Пимшин Петр Юрьевич
RU2577555C9

Реферат патента 2012 года СПОСОБ ОЦЕНКИ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Изобретение относится к области исследований, в ходе которых, непосредственно в процессе эксплуатации, оценивается работоспособность подвергающихся воздействию рабочей нагрузки изделий, изготовленных из ферромагнитного материала, путем определения и сравнения их прочностных характеристик. Сущность: используют свойство ферромагнитного материала изделия, находящегося в намагниченном состоянии, изменять местные значения магнитной индукции в зависимости от изменения формы нагружения. О располагаемом коэффициенте запаса прочности изделия судят по отношению между нормируемой (эталонной для данного объекта) величиной изменения магнитной индукции для характерных точек сечения исследуемого изделия и рабочим значением этой величины для данной формы напряженного состояния объекта исследования. Технический результат: возможность получения и накопления информации о динамическом состоянии изделия в каждый рабочий момент, на участке любого отрезка времени эксплуатации, за весь исследуемый период эксплуатации. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 455 634 C1

Способ оценки запаса прочности изделий, изготовленных из ферромагнитного материала, подвергающихся воздействию рабочей нагрузки, использующий свойство материала изделия, находящегося в намагниченном состоянии, изменять местные значения магнитной индукции в зависимости от изменения формы нагружения, отличающийся тем, что о располагаемом коэффициенте запаса прочности изделия судят по отношению между нормируемой (эталонной для данного объекта) величиной изменения магнитной индукции для характерных точек сечения исследуемого изделия и рабочим значением этой величины для данной формы напряженного состояния объекта исследования.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2455634C1

Способ определения прочности ферромагнитного материала 1982
  • Качанов Николай Николаевич
  • Артемьев Юрий Георгиевич
  • Конжуков Феликс Измайлович
  • Качанов Евгений Николаевич
  • Вахитов Ринат Карамович
  • Косовский Давид Израйлевич
  • Дегтерев Александр Петрович
SU1080064A1
СПОСОБ МАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ 2008
  • Степанов Александр Петрович
  • Степанов Максим Александрович
  • Милованов Алексей Игоревич
  • Саломатов Владимир Николаевич
  • Лопатин Михаил Васильевич
RU2387983C1
Способ контроля физических свойств ферромагнитных изделий 1983
  • Чернова Галина Степановна
  • Федорищева Эмилия Эдуардовна
  • Табачник Вера Павловна
  • Фридман Лев Хацкелевич
SU1140032A1
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ УПРУГИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРРИТОВЫХ ИЗДЕЛИЯХ 2000
  • Суржиков А.П.
  • Притулов А.М.
  • Никифоренко И.В.
  • Гынгазов С.А.
RU2184371C2
US 4659991 А, 21.04.1987.

RU 2 455 634 C1

Авторы

Степанов Александр Петрович

Степанов Максим Александрович

Милованов Алексей Игоревич

Милованова Евгения Алексеевна

Саломатов Владимир Николаевич

Даты

2012-07-10Публикация

2010-11-10Подача