Разработка методики и аппаратуры акустической тензометрии трубопроводов

• Автор: Щипаков, Никита Андреевич
• Шифр специальности: 05.02.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Глава 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕ Анализ объекта контроля
1.2. Методы определения механических напряжений
1.3. Акустический метод определения напряжений
1.4. Проблемы современной акустической тензометрии
1.5. Электромагнитно-акустическое преобразование
1.6. Постановка задач исследования
Выводы главы
Глава 2 .ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АКУСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ 3 О
ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
2.1. Выявление наиболее чувствительных типов волн к механическим 31 напряжениям
2.2. Определение поверхностных напряжений
2.3. Определение интегрального значения напряжений по толщине
Выводы главы
Глава 3. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ
ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
3.1. Аппаратное средство бесконтактной акустической тензометрии 46 (АСБАТ)
3.2. Электромагнитно-акустические преобразователи для АСБАТ
3.3. Спектрально-акустическая система контроля «АСТРОН»
3.4. Комплексный пьезоэлектрический преобразователь для системы 53 «АСТРОН»
3.5. Преобразователь головной волны для системы «АСТРОН»
3.6. Сравнение пьезоэлектрических и электромагнитно-акустических 56 преобразователей.
3.7. Описание дополнительного оборудования, используемого при 57 подготовке и проведении экспериментов.
3.8. Методика проведения акустических измерений
Выводы главы

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ОБОРУДОВАНИЯ 61 И АЛГОРИТМОВ
4.1. Определение механических характеристик образцов
4.2. Сравнение чувствительности к механическим напряжениям 61 головной волны, распространяющейся вдоль действия напряжений, и поперечной волны с линейной поляризацией вдоль действия напряжений
4.3. Определение чувствительности акустических параметров 64 головной волны к действующим механическим напряжениям при одноосном НДС
4.4. Определение растягивающих поверхностных напряжений при 66 испытаниях на изгиб
4.5. Определение напряжений при помощи головных волн в случае 68 двухосного НДС
4.6. Сравнение погрешности определения интегральных значений 72 напряжений по толщине при использовании контактного и бесконтактного методов возбуждения ультразвука
4.7. Определение интегрального значения напряжений ЭМА- 76 преобразователем поперечной волны, а также комплексным ЭМА-преобразователем
Выводы главы
Глава 5. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ЛИНЕЙНОЙ
ЧАСТИ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА
5.1. Методика определения значений напряжений в точке
5.2. Методика оценки распределения напряжений по сечению
5.3. Методика определения коэффициентов акустоупругости
Выводы главы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Мероприятия по обеспечению безопасности, функциональной надёжности и эффективности работы технического объекта, а также сокращение затрат на его техническое обслуживание и уменьшение потерь от простоев в результате отказов ставят перед исследователями задачу контроля напряженного состояния несущих элементов в процессе изготовления и эксплуатации. Напряжения, возникающие в элементах металлоконструкции под действием веса, перераспределения рабочих нагрузок, температуры и других факторов могут приводить как к увеличению, так и к уменьшению прочности данного элемента, а, следовательно, и к конструкции в целом. Благодаря разнообразию и сложности объектов контроля и большому диапазону нагрузок, которым подвергаются их составные части в процессе изготовления, сборки и эксплуатации, точный теоретический расчет всех составляющих напряжений, действующих в элементе конструкции, не всегда представляется возможным. Анализ причин технических аварий и даже техногенных катастроф многих ответственных объектов показывает, что значительного их числа, можно было бы избежать при наличии необходимых средств и методик неразрушающего контроля и диагностики состояния материала [4]. Свойства материалов, наряду с внутренними приложенными и остаточными напряжениями, предопределяют целостность и безопасность конструкций, изделий и сварных соединений. Поэтому оценка внутренних напряжений в строящихся и эксплуатируемых конструкциях есть одна из ключевых задач, решение которой позволяет предсказать остаточный ресурс, отладить технологический процесс и избежать разрушения.
В настоящее время в России эксплуатируется свыше 233 тыс. км магистральных трубопроводов, в том числе свыше 168 тыс. км газопроводов, 49 тыс. км нефтепроводов и 16 тыс. км нефтепродуктопроводов [1]. Средний возраст газопроводов составляет 22 года, старше 20 лет - 37%, старше 30 лет - 40%. К 2015 году протяженность газопроводов со сроком эксплуатации

величину задержки импульсов головных волн, что свидетельствует о наличие акустоупругого эффекта [62].
Головная волна распространяется вдоль поверхности со скоростью, практически равной скорости продольной волны[30]. В каждой точке поверхности, вдоль которой распространяется головная волна, возбуждается поперечная волна под углом 0(=агсБт (сС]), в результате чего головная волна довольно быстро затухает. Такие волны, имеющие скорость, меньшую порождающей их волны, называют боковыми. Сочетание боковой и головной волн обеспечивает условия равенства нулю напряжений на свободной поверхности тела.
Головную волну обычно возбуждают с помощью продольной волны, наклонно падающей из внешней среды (призмы) на ограниченный участок поверхности объекта контроля (рисунок 2.3) под углом [З-агсзш (с0/с|). От этого участка поверхности расходится пучок продольных волн, один из лучей которого распространяется вдоль поверхности и собственно является головной волной.
Рис. 2.3. Схематическое изображение головной волны Ь - направление распространения головной волны;
Т - направление распространения боковых поперечных волн
Дополнительным преимуществом головной волны в задачах определения напряжений является то, что головная волна не реагирует на состояние поверхности, поверхностные дефекты и неровности глубиной