Константин Владимирович Курашкин
г. Нижний Новгород
Konstantin V. Kurashkin
Nizhny Novgorod
Рассмотрен способ ультразвукового контроля механических напряжений, учитывающий неоднородность структуры материала и не требующий разгрузки конструкции или использования образцов эталонов. Способ основан на измерении эхо-методом времен распространения объемных упругих волн и определении относительных величин ν31 и ν32, связанных со структурой материала и механическими напряжениями. Установлено, что в катаном материале между параметрами ν31 и ν32 в отсутствие механических напряжений существует линейная связь, которая нарушается в присутствии напряжений. На базе данного эффекта построен способ определения разности главных напряжений. Показаны основные отличия разработанного способа от известных методов ультразвукового контроля напряжений, теоретически обоснован эффект, позволяющий учитывать неоднородность структуры материала, приведен пример апробации. На основе выражений для скоростей распространения объемных упругих волн в ортотропном материале, состоящем из кубических кристаллитов, и допущении о наличии сформировавшейся при прокатке металла простой пропорциональной связи между коэффициентами функции распределения ориентировок получено аналитическое выражение, которое описывает связь между параметрами ν31 и ν32 в отсутствие механических напряжений. Приведены результаты математического моделирования, которые подтверждают экспериментально наблюдаемую линейную связь между параметрами ν31 и ν32 в отсутствие механических напряжений. Приведен пример использования способа для определения остаточных напряжений в стальной сварной пластине. Проведено сравнение результатов ультразвуковых и электротензометрических измерений. Отмечены особенности описанного способа определения напряжений и обозначены границы применимости.
A method of ultrasonic control of the mechanical stresses which takes into account the heterogeneity of the material structure and does not require unloading of the structure or using reference samples is considered. The procedure is based on echo-method of measuring time of the bulk elastic wave propagation and determination of the relative values ν31 and ν32 related to the material structure and mechanical stresses. It is shown that stresses violate the linearity of the relationship observed between the parameters in the absence of the mechanical stresses in the rolled material. This effect formed a basis for developing a method of the deviator stress determination. The purpose of the study is to demonstrate the main advantages of the developed method against the known ultrasonic techniques used for evaluation of the mechanical stresses, give theoretical grounds to the effect which allows taking into account the heterogeneity of the material structure, and also to exemplify the procedure. An analytical expression is derived using bulk elastic wave velocity in an orthotropic material composed of cubic crystallites and an assumption on the existence of simple proportional relationship between the coefficients of the orientation distribution function in rolled metal. Presented results of the mathematical modeling confirm the experimentally observed linear dependence between the parameters ν31 and ν32 in the absence of mechanical stresses. The results of evaluating residual stresses in a welded steel plate are presented as an example of the applicability of the developed procedure. Data of ultrasonic technique and data of strain gage measurements are compared. The features of the described method of stress determination are marked and the applicability limits are specified.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.