RU2112968C1

RU2112968C1 - Ultrasonic method of determination of stressed-deformed state of used bolted joints

Info

Publication number: RU2112968C1
Application number: RU97108138A
Authority: RU
Inventors: В.Т. Власов; Б.Н. Марин
Original assignee: Йелстаун Корпорейшн Н.В.
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1998-06-10

Abstract

FIELD: nondestructive methods of diagnostics of materials of structures. SUBSTANCE: method can be used for determination of actual stressed-deformed state of previously tightened bolted joints in structures of operated objects of vital assignment in various branches of industry and transport such as heat power and atomic power engineering, mechanical engineering, chemistry and so on. It consists in induction of ultrasonic oscillations on frequency of main resonance of standing wave into tested tightened bolt. Amplitude of exciting oscillations is set at level ensuring wave of low intensity in body of bolt. Then amplitude of exciting oscillations is set at level providing establishment of amplitude of standing wave on boundary of oscillations of low and terminal intensities. Amplitudes of first, second and third harmonics are measured and stressed-deformed state of material of bolt and value of mechanical stresses are judged by relations of amplitudes of harmonics measured at high level of exciting oscillations to amplitude of oscillations of standing wave measured at low level of exciting oscillations. Parameters of induced continuous ultrasonic oscillations are calculated by special formulas. EFFECT: expanded application field of method. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающим методам диагностики материалов конструкций и может быть использовано для определения фактического напряженно-деформированного состояния (НДС) ранее затянутых болтовых соединений в конструкциях, находящихся в эксплуатации объектов ответственного назначения в различных отраслях промышленности и транспорта (тепловая и атомная энергетика, машиностроение, химическая и др.)
Известно множество способов измерения напряжений при затяжке болтовых соединений [1,2,3] . В основе наиболее распространенных разновидностей УЗ - способов лежит эффект акустоупругости - зависимости скорости упругих колебаний от напряженного состояния материала
ΔC/C = βσ
где
Δ C/С - относительное изменение скорости упругих колебаний при изменении напряженного состояния;
β - акустоупругий коэффициент;
σ - величина механического напряжения.The invention relates to non-destructive methods for the diagnosis of structural materials and can be used to determine the actual stress-strain state (VAT) of previously tightened bolted joints in structures that are in operation of critical facilities in various industries and transport (thermal and nuclear power, mechanical engineering, chemical and etc.)
There are many ways to measure stress when tightening bolted joints [1,2,3]. The most common varieties of ultrasound methods are based on the effect of acoustoelasticity - the dependence of the speed of elastic vibrations on the stress state of the material
ΔC / C = βσ
Where
Δ C / C is the relative change in the speed of elastic vibrations when the stress state changes;
β is the acoustoelastic coefficient;
σ is the value of mechanical stress.

Как показывают практические и теоретические исследования [4,5] акустоупругий коэффициент не является постоянной величиной, он зависит от состояния материала и его предыстории, от формы изделия и условий измерения и, наконец, от величины и характера напряжений. Все эти факторы затрудняют определение акустоупругого коэффициента и значительно снижают достоверность и точность определения величины напряжения. As shown by practical and theoretical studies [4,5], the acoustoelastic coefficient is not a constant, it depends on the state of the material and its history, on the shape of the product and the measurement conditions, and, finally, on the magnitude and nature of the stresses. All these factors make it difficult to determine the acoustoelastic coefficient and significantly reduce the reliability and accuracy of determining the magnitude of the stress.

Известен ультразвуковой (УЗ) способ контроля механических напряжений в твердых телах, заключающийся в излучении в изделие до приложения нагрузки и после приложения двух импульсов УЗ-колебаний сдвиговых волн с взаимно перпендикулярной ориентацией вектора смещения, измерении изменения их скоростей и вычислении величины напряжения по относительному изменению скоростей используемых У3- колебаний и акустоупругому коэффициенту [6]. В этом способе удается компенсировать ряд факторов, определяющих погрешность измерения, и точность измерения напряжений в области упругих нагружений становится приемлемой. Однако в области упруго пластических и пластических нагружений способ имеет слишком низкие достоверность и точность измерений, что обусловлено неизвестным законом изменения акустоупругого коэффициента при изменении напряжений и исключает возможность его применения в этой области. A known ultrasonic (ultrasound) method for controlling mechanical stresses in solids is to radiate into the product before applying a load and after applying two pulses of ultrasonic vibrations of shear waves with a mutually perpendicular orientation of the displacement vector, measuring the change in their velocities and calculating the magnitude of the voltage from the relative change in velocity used U3 vibrations and acoustoelastic coefficient [6]. In this method, it is possible to compensate for a number of factors determining the measurement error, and the accuracy of the measurement of stresses in the field of elastic loading becomes acceptable. However, in the field of elastically plastic and plastic stresses, the method has too low reliability and accuracy of measurements, which is due to an unknown law of variation of the acoustoelastic coefficient with changing stresses and excludes the possibility of its application in this area.

Известны также методы, использующие непрерывные У3-колебания. Значительная часть этих методов основана на нелинейных эффектах, возникающих в исследуемом объекте при распространении и взаимодействии в нем непрерывных гармонических ультразвуковых колебаний. Methods using continuous U3 oscillations are also known. A significant part of these methods is based on nonlinear effects that arise in the object under study during the propagation and interaction of continuous harmonic ultrasonic vibrations in it.

Известен, например, способ контроля внутренних механических напряжений, заключающийся в том, что в исследуемый объект (болт) вдоль его оси вводят непрерывные У3-колебания до и после приложения нагрузки анализируют параметры установившихся колебаний и по их соотношению судят о величине внутренних напряжений [7]. For example, there is a known method for controlling internal mechanical stresses, namely, continuous U3 vibrations are introduced along the axis along the axis of the test object (bolt) before and after application of the load, the parameters of the steady-state vibrations are analyzed and the value of internal stresses is judged by their ratio [7] .

Недостатком этого способа является низкая точность и недостаточная достоверность результатов, обусловленные зависимостью параметров У3-колебаний от температуры объекта, его геометрии и свойств материала. The disadvantage of this method is the low accuracy and lack of reliability of the results due to the dependence of the parameters of the U3-oscillations on the temperature of the object, its geometry and material properties.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ У3-измерения механических напряжений, заключающийся в том, что в изделие вводят непрерывные У3-колебания до приложения внешней нагрузки и после, измеряют нелинейные искажения установившихся колебаний после приложения нагрузки и по ним судят о величине внутренних напряжений [8]. Closest to the proposed invention is a method of U3-measurement of mechanical stresses, which consists in the fact that continuous U3-vibrations are introduced into the product before applying an external load and after, the nonlinear distortions of the steady-state vibrations are measured after the load is applied and the internal stresses are judged from them [8 ].

Недостатками этого способа являются низкие чувствительность, точность и достоверность результатов измерения, что обусловлено малой относительной величиной параметров нелинейных эффектов, используемых в этом способе, и, следовательно, невозможностью достаточной компенсации влияния температуры, изменений длины исследуемого тела и других факторов, воздействующих на объект в процессе его нагружения. The disadvantages of this method are the low sensitivity, accuracy and reliability of the measurement results, which is due to the small relative value of the parameters of the nonlinear effects used in this method, and, therefore, the inability to adequately compensate for the influence of temperature, changes in the length of the studied body and other factors affecting the object in the process its loading.

Но основным недостатком всех известных способов измерения напряжений в болтах является:
- невозможность оценки напряженно-деформированного состояния или степени натяжения болтов, длительное время находящихся в эксплуатации, когда нет возможности ослабить затяжку болта или подобрать болт-аналог, а также вследствие неприменимости известных способов в условиях упругопластических деформаций, что характерно для таких болтов.But the main disadvantage of all known methods of measuring stresses in bolts is:
- the impossibility of assessing the stress-strain state or the degree of tension of the bolts that have been in operation for a long time, when it is not possible to loosen the bolt or select an analog bolt, as well as due to the inapplicability of known methods in the conditions of elastoplastic deformations, which is typical for such bolts.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение возможности оценки напряженно-деформированного состояния, или степени натяжения болтов, длительное время находящихся в эксплуатации. The problem to which the invention is directed, is to provide an opportunity to assess the stress-strain state, or the degree of tension of the bolts that have been in operation for a long time.

Дополнительной, но важной задачей, которая решается предлагаемым изобретением, является расширение области применения способа измерения напряжений в широком диапазоне нагрузок, вплоть до разрушения, при обеспечении достоверности, достаточной для оценки безопасности дальнейшей эксплуатации болтов, длительное время находящихся в эксплуатации. An additional, but important task, which is solved by the present invention, is to expand the scope of the method for measuring stresses over a wide range of loads, up to failure, while ensuring reliability sufficient to assess the safety of further operation of bolts that have been in operation for a long time.

Для решения поставленной задачи в исследуемый объект вводят непрерывные УЗ-колебания малой интенсивности на частоте основного резонанса стоячей волны, принимают прошедшие через объект сигналы, измеряют в принятом сигнале амплитуду стоячей волны малой интенсивности, увеличивают амплитуду возбуждающих колебаний до уровня, обеспечивающего установление величины амплитуды стоячей волны на границе колебаний малой и конечной интенсивности, измеряют амплитуды первой - основной, второй и третьей гармоник в принятом сигнале и по отношениям амплитуд измеренных гармоник к амплитуде колебаний стоячей волны малой интенсивности судят о напряженно-деформированном состоянии болта. To solve the problem, continuous low-intensity ultrasonic vibrations at the frequency of the main resonance of the standing wave are introduced into the object under study, signals transmitted through the object are received, the amplitude of the standing wave of low intensity is measured in the received signal, the amplitude of the exciting oscillations is increased to a level that ensures the establishment of the amplitude of the standing wave on the border of oscillations of low and final intensity, the amplitudes of the first - main, second and third harmonics in the received signal and the ratios a are measured the amplitudes of the measured harmonics to the amplitude of the oscillations of a standing wave of low intensity judge the stress-strain state of the bolt.

При этом, частоту основного резонанса возбуждаемой стоячей волны УЗ-колебаний устанавливают по максимуму амплитуды принимаемых колебаний, изменяя частоту возбуждающих колебаний в интервале

,
где
F_max - F_min - диапазон изменений частоты возбуждающих колебаний, кГц;
E₀ - модуль упругости материала болта, кгм/м²•с²;
ρ - плотность материала болта, кг/м³;
d - диаметр болтав, мм;
L - длина болта, мм.Moreover, the frequency of the main resonance of the excited standing wave of ultrasonic vibrations is set to the maximum amplitude of the received vibrations, changing the frequency of the exciting vibrations in the range

,
Where
F _max - F _min - the range of changes in the frequency of exciting oscillations, kHz;
E ₀ - modulus of elasticity of the bolt material, kgm / m ² • s ² ;
ρ is the density of the material of the bolt, kg / m ³ ;
d is the diameter of the bolts, mm;
L is the length of the bolt, mm.

Кроме того, амплитуду возбуждающих колебаний устанавливают:
- для создания стоячей волны малой интенсивности.In addition, the amplitude of the exciting oscillations is set:
- to create a standing wave of low intensity.

,
- для создания стоячей волны на границе колебаний малой и конечной интенсивности.

,
- to create a standing wave at the boundary of oscillations of low and final intensity.

,
где
U_возб - амплитуда возбуждающих колебаний, В;
σ_упр - предел упругости материала болта, кгм/м²•с²;

- модуль сопротивления излучения акустического преобразователя, Ом;
η - коэффициент преобразования пьезоэлемента акустического преобразователя, разы.

,
Where
U _exc - the amplitude of the exciting oscillations, V;
σ _control - the elastic limit of the bolt material, kgm / m ² • s ² ;

- radiation resistance module of the acoustic transducer, Ohm;
η is the conversion coefficient of the piezoelectric element of the acoustic transducer, times.

Известен УЗ импульсный способ измерения степени натяжения болтов или шпилек в резьбовых соединениях, заключающийся в том, что измерения проводят в гайке резьбового соединения, используя в качестве ненагруженного образца область тела гайки, противоположную контактирующему со стягиваемым объектом торцу [9]. При использовании этого способа не требуется ненагруженный аналог исследуемого объекта. Однако, этот способ имеет все перечисленные выше недостатки, присущие импульсным способам. Кроме того, неидентичность реологических процессов, протекающих в материалах болта и гайки, в силу различия знаков и условий воздействия нагрузки, а также различия свойств самих материалов, делают невозможным использование этого способа для оценки напряженно-деформированного состояния, или степени натяжения болтов, длительное время находящихся в эксплуатации. The ultrasonic pulse method is known for measuring the degree of tension of bolts or studs in threaded joints, namely, that measurements are carried out in the nut of the threaded joint, using as the unloaded sample the body region of the nut opposite the end face in contact with the object being pulled together [9]. When using this method, an unloaded analogue of the object under study is not required. However, this method has all of the above disadvantages inherent in pulsed methods. In addition, the non-identity of the rheological processes occurring in the materials of the bolt and nut, due to the difference in signs and conditions of the load, as well as the differences in the properties of the materials themselves, make it impossible to use this method to assess the stress-strain state, or the degree of tension of the bolts located for a long time in operation.

Авторам не известны неразрушающие способы или средства оценки напряженно-деформированного состояния, или степени натяжения болтов, длительное время находящихся в эксплуатации. The authors are not aware of non-destructive methods or means of assessing the stress-strain state, or the degree of tension of bolts that have been in operation for a long time.

Сущность предлагаемого способа можно пояснить следующим образом. Предлагаемый способ, как и известные способы, основан на использовании нелинейных эффектов, возникающих в исследуемых объектах при возбуждении в них непрерывных гармонических колебаний. Нелинейные эффекты практически проявляются как акустоупругость, рефракция ультразвука, модуляция звука звуком, и комбинационные взаимодействия упругих волн. Нелинейные эффекты - это эффекты, возникающие в твердом теле при распространении и взаимодействии в нем ультразвуковых колебаний в случаях, когда:
- амплитуда смещения колебаний, в результате воздействия внешних факторов, попадает на нелинейный участок используемой характеристики исследуемого материала (это колебания малой интенсивности, используемые в ультразвуковой диагностике вообще и в известных способах измерения напряжений в частности);
- амплитуда смещения колебаний сама по себе имеет величину, занимающую на используемой характеристике исследуемого материала участок, который уже не может быть аппроксимирован линейным законом (это колебания конечной интенсивности).The essence of the proposed method can be explained as follows. The proposed method, like well-known methods, is based on the use of nonlinear effects arising in the studied objects when continuous harmonic oscillations are excited in them. Nonlinear effects practically manifest themselves as acoustoelasticity, ultrasound refraction, sound modulation by sound, and Raman interactions of elastic waves. Nonlinear effects are effects that occur in a solid during the propagation and interaction of ultrasonic vibrations in it in cases when:
- the amplitude of the displacement of the oscillations, as a result of external factors, falls on the non-linear section of the used characteristics of the material under study (these are low-intensity vibrations used in ultrasound diagnostics in general and in known methods of measuring stresses in particular);
- the amplitude of the displacement of vibrations in itself has a value that occupies on the used characteristic of the material under study a section that can no longer be approximated by a linear law (these are fluctuations of finite intensity).

В отличие от колебаний малой интенсивности, используемых в ультразвуковой дефектоскопии, и колебаний большой интенсивности, приводящих к разрушению материала и используемых при ультразвуковой обработке материалов, колебания конечной интенсивности вызывают локальные деформации и изменения напряженного состояния материала тела и обуславливают появление нелинейных эффектов значительно большей величины. Сущность нелинейного комбинационного взаимодействия упругих волн, применяемого в предлагаемом способе, заключается в том, что ультразвуковые колебания конечной амплитуды вступают во взаимодействие, в результате которого появляются комбинационные волны и наблюдается перекачка энергии из колебаний одной частоты в колебания, вновь возникающие [10] . Кроме того, в некоторых условиях наблюдается генерация высших гармоник при введении в тело колебаний одной частоты [11]. Unlike low-intensity vibrations used in ultrasonic flaw detection, and high-intensity vibrations leading to material destruction and used in ultrasonic processing of materials, finite-intensity vibrations cause local deformations and changes in the stress state of the body material and cause the appearance of nonlinear effects of a significantly larger magnitude. The essence of the nonlinear Raman interaction of elastic waves used in the proposed method is that ultrasonic vibrations of finite amplitude come into interaction, as a result of which Raman waves appear and energy is transferred from oscillations of the same frequency to vibrations that re-emerge [10]. In addition, under certain conditions, the generation of higher harmonics is observed when vibrations of the same frequency are introduced into the body [11].

При возбуждении непрерывных гармонических колебаний в стержне возникают две волны: прямая и отраженная, которые, взаимодействуя между собой, могут алгебраически суммироваться или давать комбинационные гармоники в зависимости от фазовых соотношений, определяемых состоянием материала стержня. При установке частоты вводимых колебаний равной основному резонансу, обеспечиваются условия формирования стоячей волны, а регулирование амплитуды возбуждающих колебаний, позволяет установить амплитуду смещения колебаний стоячей волны любой интенсивности. При амплитуде стоячей волны малой интенсивности относительная величина нелинейных эффектов мала даже при высоких внутренних напряжениях, что дает право пренебречь ими при измерении амплитуды основной гармоники стоячей волны. При амплитуде стоячей волны на границе колебаний малой и конечной интенсивности нелинейный эффект резко возрастает. Теперь даже небольшие изменения состояния материала стержня (болта) или его размеров (область упругих нагружений) приведут к изменению фазовых соотношений прямой и отраженной компонент стоячей волны и, следовательно, к изменению амплитуды стоячей волны. При увеличении нагрузки, и переходе в область упруго-пластических нагружений, появляется и быстро нарастает эффект комбинационного взаимодействия упругих колебаний, что проявляется в возникновении и росте амплитуд гармоник так, что они становятся соизмеримыми с амплитудой основной гармоники. Вышесказанное можно проиллюстрировать результатами исследований, проведенных авторами (фиг. 1,2,). На фиг. 1. даны осциллограммы возбуждающего (верхние) и принимаемых (нижние) колебаний при растяжении болта с использованием разрывной машины. На фиг. 2. приведены обобщенные кривые, отображающие зависимость отношения амплитуд, основной, второй и третьей гармоник в нагруженном болте к амплитуде стоячей волны (основной гармоники) в болте до нагружения при изменении величины механического напряжения в теле болта. Формулы 1, 2 и 3 явились результатом обширных исследований, проведенных авторами на болтах различных типоразмеров, изготовленных из сталей и сплавов различных марок. Достоверность рекомендуемых формул подтверждается устойчивостью постоянных коэффициентов при различных сочетаниях материалов и типоразмеров болтов, а также условий ввода и приема сигналов: среднеквадратичное отклонение этих коэффициентов не превышает 5%. When continuous harmonic oscillations are excited, two waves arise in the rod: direct and reflected waves, which, interacting with each other, can be algebraically summed or give combinational harmonics depending on the phase relations determined by the state of the rod material. When setting the frequency of the introduced oscillations equal to the main resonance, the conditions for the formation of a standing wave are provided, and the regulation of the amplitude of the exciting oscillations allows you to set the amplitude of the displacement of the oscillations of the standing wave of any intensity. With an amplitude of a standing wave of low intensity, the relative magnitude of the nonlinear effects is small even at high internal voltages, which makes it possible to neglect them when measuring the amplitude of the fundamental harmonic of a standing wave. With the amplitude of a standing wave at the boundary between small and finite-intensity oscillations, the nonlinear effect increases sharply. Now even small changes in the state of the rod material (bolt) or its dimensions (the region of elastic loading) will lead to a change in the phase relations of the direct and reflected components of the standing wave and, consequently, to a change in the amplitude of the standing wave. With an increase in the load, and the transition to the region of elastic-plastic loads, the effect of the Raman interaction of elastic vibrations appears and quickly increases, which is manifested in the appearance and growth of harmonics amplitudes so that they become comparable with the amplitude of the fundamental harmonic. The foregoing can be illustrated by the results of studies conducted by the authors (Fig. 1,2,). In FIG. 1. oscillograms of the exciting (upper) and received (lower) oscillations are given when the bolt is stretched using a tensile testing machine. In FIG. 2. The generalized curves are presented showing the dependence of the ratio of the amplitudes, the main, second, and third harmonics in the loaded bolt to the amplitude of the standing wave (main harmonic) in the bolt before loading when the value of the mechanical stress in the body of the bolt changes. Formulas 1, 2 and 3 were the result of extensive research conducted by the authors on bolts of various sizes, made of steel and alloys of various grades. The reliability of the recommended formulas is confirmed by the stability of constant coefficients for various combinations of materials and sizes of bolts, as well as the conditions for input and reception of signals: the standard deviation of these coefficients does not exceed 5%.

На фиг. 3. представлена блок-схема простейшего устройства, реализующего УЗ способ измерения механических напряжений при затяжке болтовых соединений. Устройство для реализации способа состоит из перестраиваемого генератора непрерывных колебаний 1, блока ультразвуковых преобразователей: 2а вводящего УЗ колебания в исследуемый объект 3 и 2б принимающего прошедшие колебания, приемно-усилительного тракта 4, к выходу которого подключен первый вход анализатора гармоник 5, второй вход которого соединен с дополнительным выходом генератора 1, в свою очередь выходы анализатора соединены со входами вычислительного блока 6, соединенного с индикатором 7. Работа устройства координируется коммутатором 8. In FIG. 3. A block diagram of a simple device that implements an ultrasonic method for measuring mechanical stresses when tightening bolted joints is presented. A device for implementing the method consists of a tunable generator of continuous oscillations 1, a block of ultrasonic transducers: 2a introducing ultrasonic vibrations into the studied object 3 and 2b receiving past vibrations, receiving and amplifying path 4, the output of which is connected to the first input of the harmonic analyzer 5, the second input of which is connected with an additional output of the generator 1, in turn, the outputs of the analyzer are connected to the inputs of the computing unit 6 connected to the indicator 7. The operation of the device is coordinated by the switch rum 8.

Реализуется способ измерения механических напряжений при затяжке болтовых соединений следующим образом. Предварительно, по известным характеристикам материала болта, используя формулы 1, 2, и 3, вычисляют диапазон изменения частоты генератора при настройке и амплитуды возбуждающих колебаний. После этого приступают к измерениям. На головку и торцевую поверхность болта 3, предварительно подготовленные к измерениям путем зачистки и смачивания поверхностей контактной жидкостью, устанавливаются ультразвуковые преобразователи 2а и 2б. В исследуемый болт 3 вводятся непрерывные УЗ колебания, возбуждаемые генератором 1. Коммутатором 8 включают режим настройки, устанавливают амплитуду возбуждающих колебаний равной U_возб-м и, перестраивая частоту генератора - 1 в пределах F_max - F_min по максимуму принимаемого сигнала, констатируют появление стоячей волны и фиксируют частоту. Далее, коммутатором переводят прибор в режим измерений, при этом в вычислительном блоке измеряется и запоминается величина, пропорциональная амплитуде основной гармоники стоячей волны -A₀. Затем увеличивают амплитуду возбуждающих колебаний до величины U_возб-г, при этом вычислительный блок 6 измеряет амплитуды гармоник - A₁, A₂, A₃ вычисляет их отношения к измеренной ранее амплитуде основной гармоники и, сравнивая величины отношений с табличными данными, полученными при тарировке прибора по конкретному материалу, определяет величину механического напряжения.A method for measuring mechanical stresses when tightening bolted joints is implemented as follows. Previously, according to the known characteristics of the material of the bolt, using formulas 1, 2, and 3, calculate the range of changes in the frequency of the generator during tuning and the amplitude of the exciting oscillations. After that proceed to the measurements. Ultrasonic transducers 2a and 2b are mounted on the head and end surface of the bolt 3, previously prepared for measurements by cleaning and wetting the surfaces with contact liquid. Continuous ultrasonic vibrations excited by the generator 1 are introduced into the studied bolt 3. Switch 8 includes the tuning mode, sets the amplitude of the exciting oscillations to U _exc-m, and, tuning the generator frequency - 1 within F _max - F _min to the maximum of the received signal, state the appearance of a standing waves and fix the frequency. Next, the switch puts the device into measurement mode, while in the computing unit, a value proportional to the amplitude of the fundamental harmonic of the standing wave -A ₀ is measured and stored. Then the amplitude of the exciting oscillations is increased to U _exc-g , while the computational unit 6 measures the harmonics amplitudes - A ₁ , A ₂ , A ₃ calculates their relationship to the previously measured fundamental harmonic amplitude and compares the ratios with the tabular data obtained during calibration device for a specific material, determines the value of mechanical stress.

Следует отметить, что процедура тарировки по конкретному материалу выполняется по вышеописанной методике измерений с той разницей, что коммутатор переводят в режим тарировки, а нагрузку меняют ступенями с необходимым шагом, определяемым требуемой точностью измерений, что лучше всего достигается при использовании разрывной машины. При работе прибора в режиме тарировки вычисленные значения отношений амплитуд гармоник заносятся в электронную таблицу вычислительного блока и запоминаются. Полученная таким образом таблица, является общей для всех типоразмеров болтов, изготовленных из этого материала. При этом в памяти вычислительного блока могут быть заложены тарировочные таблицы для различных марок материалов, наиболее часто применяемых для изготовления болтов, а также алгоритмы вычисления рекомендуемых частот и амплитуд вводимых колебаний. It should be noted that the calibration procedure for a specific material is performed according to the measurement method described above, with the difference that the switch is switched to calibration mode, and the load is changed in steps with the necessary step determined by the required measurement accuracy, which is best achieved when using a tensile testing machine. When the device is in calibration mode, the calculated values of the harmonics amplitude ratios are entered into the spreadsheet of the computing unit and stored. The table thus obtained is common to all sizes of bolts made from this material. At the same time, calibration tables for various grades of materials most often used for the manufacture of bolts, as well as algorithms for calculating the recommended frequencies and amplitudes of input vibrations, can be stored in the memory of the computing unit.

В качестве примера ниже приведена тарировочная табл. 1 для болтов различных типоразмеров, изготовленных из Ст.45. As an example, below is the calibration table. 1 for bolts of various sizes made from Art. 45.

Дополнительно необходимо отметить, что разработанный способ позволяет оценивать напряженно-деформированное состояние болтов, марка материала которых неизвестна. В этих случаях по соотношению гармоник, пользуясь нижеприведенной табл., можно оценить близость материала болта к его критическим параметрам (пределы: упругости, текучести и временной прочности), и точность оценки остается достаточно высокой, но абсолютную величину напряжения достоверно определить невозможно. In addition, it should be noted that the developed method allows us to assess the stress-strain state of bolts whose material grade is unknown. In these cases, using the harmonic ratio, using the table below, you can evaluate the proximity of the bolt material to its critical parameters (limits: elasticity, yield strength and temporary strength), and the accuracy of the assessment remains quite high, but the absolute value of the voltage cannot be reliably determined.

Использование разработанного способа позволит за счет обеспечения возможности проведения измерений в области упруго-пластических и пластических нагружений с достаточной точностью и достоверностью их результатов, повысить надежность прогноза сроков безопасной эксплуатации ответственных конструкций в объектах повышенной опасности для человека и окружающей среды. Это и определяет экономический эффект от внедрения разработанного способа. Using the developed method will allow, by providing the ability to take measurements in the field of elasto-plastic and plastic loads with sufficient accuracy and reliability of their results, to increase the reliability of the forecast for the safe operation of critical structures in high-risk facilities for humans and the environment. This determines the economic effect of the implementation of the developed method.

Источники информации
1. Бобренко В. М. и др. Контроль усилий затяжки резьбовых соединений. "Дефектоскопия", N 5, 1985.Sources of information
1. Bobrenko V. M. and others. Control of the tightening efforts of threaded connections. "Defectoscopy", N 5, 1985.

2. Шарко А.В. "Современное состояние и перспективы развития акустических методов контроля прочностных свойств конструкционных материалов", Дефектоскопия, N 5, 1983. 2. Sharko A.V. "Current state and development prospects of acoustic methods for controlling the strength properties of structural materials", Flaw detection, N 5, 1983.

3. Бобренко В. М. и др. Акустическая тензометрия. Дефектоскопия, N 2, 1980. 3. Bobrenko V. M. et al. Acoustic tensometry. Defectoscopy, N 2, 1980.

4. Гузь А. Н. и др. Введение в акустоупругость. Киев, "Наукова думка", 1977. 4. Guz A. N. et al. Introduction to acoustoelasticity. Kiev, "Naukova Dumka", 1977.

5. Авторское свидетельство СССР, кл. G 01 N 29/00, N 493728, 1975 г, БИ N 44. 5. Copyright certificate of the USSR, cl. G 01 N 29/00, N 493728, 1975; BI N 44.

6. Зарембо Л.К., Красильников В.А. "Введение в нелинейную акустику", Москва, Наука, 1966. 6. Zarembo L.K., Krasilnikov V.A. "Introduction to nonlinear acoustics", Moscow, Nauka, 1966.

7. Патент США, кл. 73-579, N 4402222, 1983. 7. US patent, cl. 73-579, N 4402222, 1983.

8. Патент США, кл. 73-600, N 4265120, 1981 (прототип). 8. US patent, CL 73-600, N 4265120, 1981 (prototype).

9. Патент РФ, кл. G 01 N 29/00, N 2020471, 1994. 9. RF patent, cl. G 01 N 29/00, N 2020471, 1994.

10. Викторов И. А."Об эффектах второго приближения при распространении волн в твердых телах". Акустический журнал, N 9, 1963 г. 10. Viktorov I. A. "On the effects of the second approximation in the propagation of waves in solids." Acoustic Journal, N 9, 1963

11. Зарембо Л.К., Шкловская-Корди В.В. "О генерации гармоник при распространении УЗ продольных волн". Физика твердого тела, N 12, 3637, 1979. 11. Zarembo L.K., Shklovskaya-Kordi V.V. "On the generation of harmonics in the propagation of ultrasonic longitudinal waves." Solid State Physics, N 12, 3637, 1979.

Claims

1. The ultrasonic method for assessing the stress-strain state of the operated bolts, which consists in the fact that continuous ultrasonic vibrations of low intensity at the frequency of the main resonance of the standing wave are introduced into the object under study, the signals transmitted through the object are received, the amplitude of the standing wave of low intensity is measured in the received signal, increase the amplitude of the exciting oscillations to a level that ensures the establishment of the magnitude of the amplitude of the standing wave at the boundary of the oscillations of low and final intensity, measure litudy first - primary, secondary and third harmonics of the received signal and the measured amplitude ratio to the amplitude of the harmonic oscillations of the standing wave of low intensity is judged on the stress-deformed state of the bolt.

2. The method according to claim 1, characterized in that the frequency of the main resonance of the excited standing wave of ultrasonic vibrations is set to the maximum amplitude of the received vibrations, changing the frequency of the exciting vibrations in the range

where F _max ^o CF _min - the range of changes in the frequency of exciting oscillations, kHz;
E ₀ - modulus of elasticity of the bolt material, kgm / m ² • s ² ;
ρ is the density of the material of the bolt, kg / m ³ ;
d is the diameter of the bolt, mm;
L is the length of the bolt, mm.

3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that the amplitude of the exciting oscillations is set to create a standing wave of low intensity

and to create a standing wave at the boundary of oscillations of small and finite intensity

where U _exc - the amplitude of the exciting oscillations, In;
σ _control - the elastic limit of the bolt material, kgm / m ² • s ² ;