WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Данное уравнение описывает взаимодействие входного и выходного сигналов ЭМП и металла с допущением, что система линейная. Наиболее удобным способом решения данного уравнения является использование методов операционного исчисления, основанного на функциональном преобразовании Лапласа. Тогда уравнение (1) в операторной форме при нулевых начальных условиях за­писывается в виде

. (2)

При оценке динамических свойств исследуемой системы выясняют ее устойчивость. Для оценки устойчивости должна быть исследована свободная составляющая решения уравнения (2), т.е. решение однородного уравнения

. (3)

Общее решение уравнения определяется значениями корней s характеристического уравнения. Следует отметить, что коэффициенты уравнения (3) и, следовательно, значения его корней зависят только от свойств и параметров системы. Корни s алгебраического уравнения, как и всякие комплексные числа, удобно представлять в виде точек на комплексной плоскости.

В работе металл описывается как линейная система в пределах выполнения закона пропорциональности, т.е. до момента возникновения необратимых пластических деформаций. Переход из упругой области деформации в упругопластическую и пластическую будет рассматриваться как потеря устойчивости системы, или переход металла в предельное состояние. Определение параметров передаточных функций исследуемой системы и корней характеристического уравнения производилось с помощью программ TAУ для DOS (Simou_df и Lapnew), разработанных на кафедре «Автоматизация химико-технологических процессов» УГНТУ.

Для изучения структуры материала с целью подбора режимов термообработки для получения заданных размеров зерна проводились металлографические исследования. Подготовка поверхности к исследованию микроструктуры осуществлялось на шлифовальном станке Metkon gripo 2v grinder-polisher. Для выявления микроструктуры применялось неглубокое травление, в качестве реагента использовался слабый раствор азотной кислоты. Микроструктура была исследована на металлографическом микроскопе Метам РВ-21. Определение величины зерна металла образцов осуществлялась с помощью промышленной системы обработки и анализа изображений Siams 600.

Образцы на статическое растяжение испытывались на разрывной машине ИР5113-100 со скоростью нагружения 1 мм/мин, переходные характеристики металла измерялись через каждые 1-2 кН приложенной нагрузки до разрушения. Исследования на малоцикловую усталость проводились на установке усталостных испытаний, разработанной на кафедре МАХП и позволяющей осуществлять нагружение по схеме поперечного изгиба путем вращения при консольном нагружении в упругопластической области. Для проведения исследований был разработан узел нагружения образцов. Измерения электрофизических параметров производилось через каждые 500 циклов до разрушения образцов. Схема образца для проведения исследований представлена в [5, 9]. Испытания на малоцикловую усталость проводились согласно ГОСТ 25.502, испытания на статическое растяжение – по ГОСТ 1497. Статистическая обработка результатов измерений электромагнитных параметров осуществлялась методами математической статистики и теории вероятности.

В третьей главе диссертационной работы приведены результаты исследований электромагнитных параметров металла в условиях накопления усталостных повреждений и при статическом растяжении образцов, а также исследования по изучению влияния частоты сигнала на разработку карты динамики разрушения для определения предельного состояния металла оборудования.

Для решения задачи по определению влияния частоты входного воздействия и внешней среды на разработку карты динамики разрушения сталей были проведены следующие исследования. Образцы, изготовленные из низколегированной стали 09Г2С, испытывались на статическое растяжение на открытом воздухе при комнатной температуре. Переходные характеристики были получены через каждые 1-2 кН нагрузки, для которых находились корни характеристических уравнений. На рисунке 3 показаны области, соответствующие вязкому виду разрушения и полученные для частот 400 Гц и 750 Гц по результатам решения уравнения (1).

Для сравнения эти области представлены на карте динамики разрушения сталей, полученной в работе Башировой Э.М. для стали 09Г2С, где показана область упругих деформаций, соответствующая вязкому разрушению. Необходимо отметить, что данные эксперименты проводились в жидкой среде с хладагентом при температуре 200С. Из рисунка 3 видно, что области распределения корней, полученных в результате испытаний на открытом воздухе, увеличиваются по оси мнимой части Im и уменьшаются по оси действительной части Re. Это объясняется влиянием внешней среды на прием информации датчиком с металла. Также из рисунка видно, что области значений при частотах 400 и 750 Гц отличаются.

*область упругих деформаций,

получена Башировой Э.М.

Рисунок 3 – Области упругих

деформаций и значений,

полученных при разных частотах

При генерировании частоты менее 400 Гц, мнимая часть корней характеристического уравнения систе­мы «ЭМП - металл» (3) принимает нулевые значения, что не является информативным, а при частоте свыше 750 Гц переходные процессы для корней характеристических уравнений передаточной функции не соответствуют экспериментальным кривым. Таким образом, интервал значений генерируемой частоты входного воздействия для материала 09Г2С на открытом воздухе при комнатной температуре составляет 400-750 Гц.

Поэтому при разработке карты динамики разрушения необходимо оговаривать условия проведения исследований, в частности, задаваться одной генерируемой частотой. Кроме того, при рассмотрении реального объекта контроля для оценки его предельного состояния по карте динамики разрушения необходимо задаваться аналогичной частотой.

В диссертационной работе представлен подбор оптимальных генерируемых частот для сталей 10, 20, 45 и 65Г, которые составляют 500-800 Гц, 500-800 Гц, 400-700 Гц, 400-700 Гц соответственно. Последующие эксперименты в работе проводились в пределах полученных интервалов частот для каждой стали на открытом воздухе при комнатной температуре.

На рисунке 4 показаны переходные характеристики, полученные для различных сталей без термообработки. Видно, что с увеличением содержания углерода амплитуда сигнала уменьшается.

Рисунок 4 – Переходные характеристики для различных сталей

В ходе экспериментов, проведенных на образцах из сталей с различным содержанием углерода, были получены переходные характеристики при одноосном статическом растяжении. Сложность оценки влияния статического растяжения на результаты изменения корней характеристического уравнения, полученных по результатам решения дифференциального уравнения системы «ЭМП-металл» (1), требует введения параметра относительной разности [Rei-Reo; Imi-Imo]. Параметр представляет собой разность корней характеристического уравнения i-й приложенной нагрузки [Rei; Imi] и корней характеристического уравнения, полученных для исходного образца без нагрузки [Re0; Im0]. Любое комплексное число на комплексной плоскости представляется вектором, проведенным из начала координат в эту точку, и геометрически параметр [Rei-Reo; Imi-Imo] представляет собой разность векторов в данный момент нагрузки i и без нагрузки. На рисунке 5 показано полученное распределение параметра относительной разности [Rei-Reo; Imi-Imo] для материалов с разным содержанием углерода. Отрезками на рисунке 5 соединены значения, полученные для выходных сигналов, снятых до предела текучести материала.

I – область упругого деформирования для стали 10;

II – область упругого деформирования для стали 20;

III – область упругого деформирования для стали 45;

IV – область упругого деформирования для 65Г

Рисунок 5 – Распределение параметра относительной разности

[Rei-Reo; Imi-Imo] для сталей 10, 20, 45 и 65Г (без термообработки)

Соединение отрезками корней характеристических уравнений, полученных для выходных сигналов с металла до достижения предела текучести металла при статическом растяжении образцов, образует карту динамики разрушения сталей. Области, обозначенные римскими цифрами I, II, III, IV, соответствуют упругому деформированию; отрезки соответствуют границе перехода металла в упругопластическую область, или переход материала в предельное состояние.

Материалы технологических трубопроводов могут подвергаться термической обработке как при изготовлении, так и при сварке отдельных элементов. При этом меняется внутренняя структура материала, и следовательно, результаты электромагнитного контроля для одной и той же стали тоже будут меняться. Данный факт необходимо учитывать при обработке информации, полученной при электромагнитных измерениях. Поэтому в работе были проведены исследования по выявлению характерных особенностей распределения корней характеристических уравнений переходных процессов для одного материала с разными размерами зерна.

Для выбора режимов термообработки для сталей 10 и 20 с целью получения заданных размеров зерна были вырезаны образцы из пруткового проката. Образцы были исследованы в следующих режимах: горячекатаная сталь в состоянии поставки и после отжига. Полученные данные о среднем размере в металле представлены в таблице 1, где видно, что в материалах с увеличением температуры выдержки произошло увеличение размера зерна по сравнению с образцом в состоянии поставки. В связи с этим зернам были присвоены номера: №1, 2, 3.

Таблица 1 – Размер зерна для сталей с разными режимами термообработки

Материал

Режимы термообработки

Без

термообработки

Выдержка при 9000С

в течение 33 мин,

охлаждение в печи

Выдержка при 10000С

в течение 20 мин,

охлаждение в печи

Зерно № 1

Зерно № 2

Зерно № 3

Сталь 10

19 мкм

28 мкм

32 мкм

Сталь 20

15 мкм

25 мкм

35 мкм

На рисунке 6 показано распределение параметра относительной разности [Rei-Reo; Imi-Imo] для стали 10 с термообработкой (размер зерна №2).

переход в упругопластическую зону,

переход в пластическую зону,

зона перед разрушением, локализация деформаций

Рисунок 6 – Карта динамики разрушения стали 10

с термообработкой (зерно №2), полученная при статическом растяжении

Значения 0-305 МПа соответствуют упругому деформированию; 305-340МПа – упруго-пластическое деформирование (на диаграмме растяжения наблюдается площадка текучести); 340-433 МПа – по всему объему образца распространяются пластические деформации (433 МПа соответствует в); 437-390 МПа* – зона перед разрушением, когда начинается локализация деформаций и происходит местное сужение поперечного сечения образца (* - замеры, снятые после в). Такая картина наблюдается для всех термообработанных образцов (с размерами зерна №2 и 3). При рассмотрении термообработанных образцов за предельное состояние принимается граница перехода металла в область пластических деформаций, поскольку большое количество оборудования нефтегазовой отрасли эксплуатируется в зоне упругопластических деформаций и появлений пластических деформаций недопустимо.

Таким образом, исследование электромагнитных параметров сталей при статическом нагружении позволило выявить следующие критерии предельного состояния металла: для сталей без термообработки критерием предельного состояния принят переход в упругопластическую зону, для сталей с термообработкой критерием является переход в пластическую зону. Это связано с тем, что стали без термообработки (размер зерна №1) не имеют выраженной площадки текучести в отличие от термообработанных сталей (размер зерна №2 и 3).

При экспериментальных исследованиях, проведенных на образцах из стали 20 на малоцикловую усталость, были получены переходные характеристики для материалов с размерами зерна №1, 2 и 3. Критерий предельного состояния определялся следующим образом. В качестве примера рассмотрим корни характеристических уравнений, полученных для образца с размером зерна №3 при разных уровнях накопленных повреждений. Корни характеристических уравнений были соединены отрезками по мере увеличения уровня поврежденности Ni/Np, на рисунке 7 представлен полученный фрагмент. Отдельно можно выделить области комплексных корней, полученные для уровня накопленных повреждений Ni/Np =0-0,29 (1 зона); Ni/Np =0,29-0,71 (2 зона) и Ni/Np > 0,71 (3 зона). Данный факт был принят за критерий предельного состояния.

Рисунок 7 – Фрагмент корней характеристических уравнений, полученных при различных уровнях накопления повреждений, соединенных отрезками

Оценить предельное состояние металла оборудования по малоцикловой усталости можно по карте динамики разрушения. Она была получена путем нанесения комплексных корней, полученных при испытаниях на малоцикловую усталость для стали 20 с размерами зерна №1, 2, 3 на одну комплексную плоскость (рисунок 8).

На карте выделены три области:

область A – область, соответствующая безопасной эксплуатации оборудования, выполненного из материала сталь 20, со средним размером зерна №1;

область В – область, соответствующая безопасной эксплуатации оборудования, выполненного из материала сталь 20, со средним размером зерна №2;

область С – область, соответствующая безопасной эксплуатации оборудования, выполненного из материала сталь 20, со средним размером зерна №3.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»