Исследования напряжений
Марка стали ГОСТ или ТУ на отливки Температура стенки, °С Давление р, кгс/см2 Временное сопротивление разрыву о в, кгс /мм2 Предел текучести с/р, кгс /мм2 Относительное удлинение 6, % Относительное сужение 11>, % Ударная вязкость ан, кгс • м/см2 Металлографичес исследования микроструктуры
Металлографические исследования стыковых сварных соединений производят на образцах, вырезанных из контрольных сварных соединений или непосредственно из сварного элемента изделия в соответствии с указаниями технических условий. Образцы для макроисследования из элементов с толщиной стенки менее 25 мм вырезают поперек сварного шва; они должны включать все сечение шва, зоны термического влияния и прилегающие к ним участки основного металла, а также подкладное кольцо, если последнее применялось при сварке и не подлежит удалению. Образцы для исследования микроструктуры сварных соединений элементов с толщиной стенки 25 мм и более могут включать лишь часть сечения соединения. Йри этом расстояние от линии сплавления до краев образца должно быть не менее 12 мм, а площадь контролируемого сечения не менее 25 X 25 мм.
Для исследования микроструктуры от каждого отрезка трубы контрольного участка изготавливают по два микрошлифа в поперечном и продольном направлениях. С наиболее типичных участков структуры делают два фотоснимка при 100-кратном увеличении:, один снимок — для определения общего характера структуры, второй — для определения степени обезуглероживания внутренней поверхности трубы. Кроме того, делают снимок при 500 или 1000-кратном увеличении для определения строения структурных составляющих. Выявленную структуру сравнивают со шкалой рекомендованных для данной марки стали структур и определяет балльность по неметаллическим включениям. Результаты измерений и
Для исследования микроструктуры от каждого отрезка трубы изготовляют по два микрошлифа в поперечном и в продольном направлении. С наиболее типичных участков структуры делают следующие фотоснимки (по 2—3 шт.):
б) 'исследования 'Микроструктуры шва и прилегающей зоны в 2—3 продольных сечениях и при увеличении Х500—1 000;
н Металлографические исследования микроструктуры
Металлографические исследования проводятся с целью выявления возможных внутренних дефектов (трещин, непроваров, пор, шлаковых и неметаллических включений и т. п.), а также участков со структурой металла, отрицательно влияющей на свойства сварных соединений и изделий. Исследования микроструктуры являются обязательными при контроле сварных соединений, выполненных газовой сваркой, и при аттестации технологии сварки, а также в случаях, предусмотренных НТД, согласованной с Госгортехнадзором России.
Институт машиноведения в начале 1960-х годов одним из первых начал исследования в области механики и технологии волокнистых композитов. Работы проводились под общим руководством академика Ю.Н. Работнова и профессора В.Г. Лютпау и охватывали широкий круг вопросов от исследования микроструктуры углеродных и борных волокон на растровом электронном микроскопе до создания основ расчетов на прочность и ползучесть элементов конструкций. Вначале задача состояла в отработке технологии получения высококачественных композитов типа стекло-, угле-, боро-, органопластиков для авиации и авиакосмической техники. В дальнейшем были поставлены задачи, связанные с созданием основ эффективного применения композитов в массовых отраслях гражданского машиностроения, таких как автомобилестроение, робототехника, сельхозмашиностроение. Идея состояла в том, чтобы передать опыт работы с композитами, накопленный в оборонных отраслях, в народное хозяйство, выпустить справочную литературу, организовать создание в отраслях научно-технологических комплексов по опытному проектированию, изготовлению и натурному испытанию композитных деталей гражданского назначения. Ввиду дороговизны новых материалов эффективность их применения могла быть достигнута только тогда, когда они не просто заменяли металлы, а позволяли решить принципиальную техническую задачу (например, заменить пять стальных листов рессоры, на один профилированный стеклопластиковый с 10-кратным снижением веса). Поиск
Исследования микроструктуры образцов железа после ударного нагружения не обнаружили наличия новых фаз, т.е. фазовый переход является обратимым. В то же время в структуре деформированного монокристаллического железа после воздействия ударной волны с фронтальным давлением 13 ... 23 ГПа, наряду с двойникованием, образуется ленточный рельеф, напоминающий мартенситную структуру, а прочность и твердость железа становятся существенно выше исходных значений. Дальнейшее увеличение фронтального давления не ведет к значительному изменению микроструктуры и увеличению твердости. Следовательно, обратимое превращение а —>• е —>• а приводит к образованию сильно измельченной и интенсивно двойникованной тонкой структуры высокой твердости внутри оставшихся неизменными по размерам зерен. Однако вопрос о полном описании природы фазового перехода в железе останется открытым до тех пор,
Массовые исследования микроструктуры паропроводных труб, выполненных из стали 12Х1МФ, после длительной эксплуатации позволили установить, что эксплуатация при 500—510 °С в течение всего расчетного срока службы (100 тыс. ч) практически не вызывает структурных изменений. При 540—545 °С интенсивная коагуляция карбидов отмечается после 50—60 тыс. ч, а при 560—570 °С — уже после 15—20 тыс. ч. Сама по себе коагуляция карбидов не может служить браковочным критерием, хотя и сопровождается ухудшени-нием прочностных показателей стали.
Металл, вырезанный из труб, подвергают испытаниям в объемах, предусмотренных ТУ на их поставку. Целесообразны исследования микроструктуры поврежденных труб, измерения твердости и размеров на кольцевых шлифах. Коррозионное поражение оценивается в соответствии с требованиями [41, 45].
Численные исследования напряжений и деформаций при анализе дефектов в элементах оборудования НХП методом конечных элементов [2], как правило, связаны с решением линейных однородных уравнений,
Численные исследования напряжений и деформаций при анализе дефектов в элементах оборудования НХП методом конечных элементов [2], как правило, связаны с решением линейных однородных уравнений,
которая справедлива в диапазоне приведенных расстояний 0,26 < г < 1. Эта зависимость не претендует на большую точность и может рассматриваться как качественная, указывающая на более слабую степень затухания напряжений о™ по сравнению со средами с пористостью т = 25 % и т — 18 %., Рассмотрение скорости распространения максимума фрон-, та волны показывает, что до г =0,6 м/кг1/3 он движется с дозвуковой скоростью. Исследования напряжений во взрывной волне и поля
формаций при изменении температуры необходимо подбирать покрытия с коэффициентом теплового расширения, близким к коэффициенту теплового расширения материала детали. Разработаны несколько типов стеклоэмалевых покрытий с коэффициентами теплового расширения в пределах от 8 до 16 х 10~6 1/°С для измерения на деталях из титановых, циркониевых, железоникелевых сплавов, жаростойких сталей и др. С применением стеклоэмалевых покрытий проведены исследования напряжений в крыльчатках турбонасос-ных агрегатов реактивных двигателей космической системы "Энергия-Буран" при разгонных, гидравлических и криогенных испытаниях (рис. 1.6).
Разработаны основные фотоупругие материалы для замораживаемых моделей: МИХМ-ИМАШ, ЭД16-МА, ЭД20-МТГФА и др., применяемые до сих пор, и методы изготовления сложных крупногабаритных моделей (до 500 мм и более) с применением точного литья, механической обработки склейки, технология замораживания крупных моделей, методы проведения измерений и обработки результатов. С помощью замораживаемых моделей разработаны методики и проведены исследования напряжений в большом количестве сложных конструкций: атомной и тепловой энергетике, металлургических машинах, авиационной и ракетной технике, сельскохозяйственных и транспортных машинах и др.
Эффективен метод определения напряжений в быстроходных роторах машин с использованием "замороженных" моделей. Разработаны методика моделирования напряженного состояния от действия центробежных сил и давления рабочей среды, оборудование, необходимое для замораживания моделей в процессе их вращения. С применением этого метода проведены исследования напряжений в ряде конструкций крыльчаток криогенных насосов ракетных двигателей и роторов сепараторов.
Для определения температурных напряжений на фотоупругих моделях применяется эффективный метод механического моделирования температурных напряжений. По известному температурному полю в элементах модели механическим путем создаются и замораживаются свободные температурные деформации. Затем элементы склеивают и модель размораживают, т.е. второй раз нагревают до температуры высокоэластичного состояния и охлаждают. При этом в модели создаются напряжения, подобные температурным напряжениям в натурной конструкции. Метод удобен также для исследования температурных напряжений в конструкциях, составленных из материалов с разными коэффициентами теплового расширения (зоны сварных швов, наплавки из другого материала и др.). С применением метода механического моделирования температурных напряжений выполнены исследования напряжений в различных элементах конструкций: корпусах атомных реакторов, парогенераторах, теплообменниках, роторах и др.
Выполнены работы по развитию интерференционно-оптических методов: муаровых полос и голографической интерферометрии. Впервые в нашей стране и за рубежом проведены исследования метода муаровых полос и проанализированы различные возможности этого метода с применением различных сеток: нанесенных на деталь, отраженных, преломленных, сеток, образованных различными интерференционными полосами. Развит метод муаровых полос с использованием отраженной сетки, разработаны отечественные установки и осуществлены исследования напряжений и деформаций в пластинчатых конструкциях типа крыльев и оперения летательных аппаратов. Позднее работы по развитию метода муаровых полос продолжились в направлении исследования циклических упруго-пластических деформаций в зонах концентрации напряжений металлических деталей и напряжений при повышенных температурах. Исследования в области голографической интерферометрии были направлены на получение информации, дополняющей данные фотоупругости. С помощью фотоупругости определяют напряжения в различных точках конструкций, однако деформации и перемещения определить по данным фотоупругости очень трудно, для этого требуются трудоемкие вычисления, включающие операции интегрирования экспериментальных данных. Разработаны методики использования голографической интерферометрии для определения перемещений на моделях из органического стекла и из эпоксидного фотоупругого материала.
Натурные исследования уникальных объектов. Натурные исследования напряжений, деформаций, вибраций, усилий, перемещений, температур в эксплуатационных условиях (пуски, остановы, эксплуатационные режимы, аварийные ситуации) являются исключительно важными для уточненных оценок прочности, ресурса и безопасности объектов повышенного риска. Исследования в данном направлении включали разработку новых тензометрических методов исследования НДС атомных реакторов, термоядерных установок, паровых турбин и др. оборудования, работающего в экстремальных условиях при воздействии высоких переменных температур, радиации, с проведением уникальных исследований этих объектов при их создании, пускрналадочных испытаниях и эксплуатации [19, 21-23, 33-35].
Результаты исследований обобщены в [26]. Определены задачи натурных исследований напряжений в оборудовании атомных реакторов типа БН в период пуска, освоения мощности и эксплуатации. Впервые в отечественной и мировой практике выполнены исследования напряжений на внутренних и наружных поверхностях оборудования действующего атомного реактора на быстрых нейтронах при пусконаладочных работах и эксплуатации; получены экспериментальные данные о напряженном состоянии теплообменника реактора БН-600 при основных режимах эксплуатации. Разработана методика расчетно-экспериментального анализа напряженно-деформированного состояния элементов реактора БН по данным натурной тензометрии, полученным в началйный период эксплуатации реактора, и данным расчетных исследований. Разработаны методы и средства натурных исследований термонапряженного состояния внутренних поверхностей оборудования реакторов БН, подвергающихся воздействию агрессивного жидкометаллического теплоносителя при температурах до 500-520 °С. Предложена методика расчетно-экспериментального определения погрешностей измерения деформаций с учетом реализованных условий температурного нагружения конструкции в зонах установки первичных преобразователей.
При моделировании напряженного состояния при различных способах нагружения и выборе оптимальных форм деталей ротора значительно увеличивается трудоемкость работы из-за необходимости исследования нескольких вариантов модели. Сочетание численного расчета и измерений напряжений на одной модели позволяет, например, получить необходимые результаты по напряженно-деформированному состоянию резьбового соединения ротора при различных способах нагружения. За критерий оптимизации соединения принимается необходимый ресурс (допустимое число циклов [N] нагружения более опасной зоны при номинальных напряжениях аном и минимальной высоте головки резьбового соединения Н). Результаты исследования напряжений вариантов головки резьбового соединения представлены на рис. 6.11 в виде зависимости наибольших узловых упругих напряжений а*тах и теоретического коэффициента концентрации аст от высоты головки винта Я. Здесь а^ах принимается как произведение упругой деформации е на модуль упругости Е материала натурного ротора. Ресурсные возможности наиболее нагруженной зоны для различных вариантов головки винта могут быть определены по значениям а^ах, аа с учетом нормативных циклических характеристик материала соединения. Оптимальная высота головки винта Н = 45 мм для необходимого ресурса [JV] = 6 • 103 принимаются по графику рис. 6.11.
 Читайте далее:
 Источника открытого
Источника постоянного
Источника воздействия
Источники финансирования
Источники излучения
Источники открытого
Источники возгорания
Источником информации
Измерения показывают
Информации поступающей
Источников электропитания
Источников инициирования
Измерения проводятся
Источников нейтронов
Источников постоянного
|
