Експериментальне визначення напружено-деформованого стану зварних з’єднань електромагнітним методом
| dc.contributor.advisor | Фомічов, Сергій Константинович | |
| dc.contributor.author | Мінаков, Антон Сергійович | |
| dc.date.accessioned | 2018-06-05T08:25:22Z | |
| dc.date.available | 2018-06-05T08:25:22Z | |
| dc.date.issued | 2018 | |
| dc.description.abstracten | The dissertation is devoted to the improvement of the electromagnetic method for the evaluation of stresses and deformations in plastic-deformed zones of welded structures. Two cases were considered: residual welding strain and stress in the plastic zone of welded joints (plastic compression deformations and tensile stress) and plastic tensile deformations and tensile stress in other sections of welded structures. The main park of technological equipment in Ukraine consists of welded constructions made of low-carbon and low-alloy steels. The issue of economic security in Ukraine depends on the continuation of the operation of existing equipment. The main factors of the efficiency of structures are the properties of the material, the presence of defects, stress and deformation. Knowledge about the stress-strain state of welded structures is an important factor in their successful exploitation. Work on the investigation of the tense state of welded structures has been under way for a long time, but the determination of stresses in the presence of plastic deformations is a little studied problem. Residual plastic deformations are known to cause residual welding stresses. Experimental methods for determining their values are very lacking, which greatly complicates the assessment of the technical condition of infrastructure objects. 11 Recently, there are many complex methods when simultaneously applying several electromagnetic methods of determination. This combination is quite successful, with the advantages of different methods offset their shortcomings. On the basis of the analysis of the literature it is proposed to use two methods for solving the problems of work: the magnetoanizotropic method and method the coercive force. The latest method is proposed to be upgraded to work in variable fields, which will allow to scan welded structures The research was carried out on samples with known plastic deformations and stresses. Experimental investigations of the influence of plastic deformations and stresses of plane samples of steel 09Г2С with a thickness of 4 mm on the harmonic components of the signal of the magnetoanisotropic converter and the parameters of the loop of magnetic histometry are carried out. Рlastic deformations compression were created by heating a portion of a flat sample with a gas burner to a temperature of 650-750 oC with subsequent deformation. On a specially designed machine using a manual hydraulic jack, a plastic strain was created by stretching. Stretching tensions were driven by the help of a device for pure bending of flat samples. On the basis of experimental studies, it has been proved that the stress-strain state of the plastic zone of welded joints and areas with plastic tensile deformations can be quantified by a harmonious analysis of the signal of a 4-pole magnetic anisotropic converter and parameters of the magnetic hysteresis loop. It is advisable to use the parameters of a loop of magnetic hysteresis: half of the section along the induction axis (B) and the half-width (Hmax) along the field axis to determine the degree of plastic deformation of the compression in the plastic zone of welded joints by the electromagnetic method. And to determine the stresses in the plastic zone of welded joints electromagnetic method, it is expedient to apply the parameters: amplitude of the first, third and sixth harmonics of the magnetic anisotropic converter. 12 It is offered to determine the degree of plastic tension in welded structures to use the parameter of the hemisphere along the induction axis (Vmax) of the magnetic hysteresis loop of the converter of the parameters of reverse magnetization. And to determine the tensile stresses in these areas, it is expedient to use the phase of the first harmonic signal of the magneto anisotropic converter. A new combined converter is proposed in two versions for the determination of the harmonic components of the magnetic anisotropic converter signal and the parameters of the magnetic hysteresis loop. In the first variant, the magnetizing electromagnet is supplemented with magnetization windings and measured by the method of the parameters of reverse magnetization. In order to scan the design using the magneto anisotropic method, the direction 45 о the relatively magnetizing electromagnet is used, and for scanning by the method of the parameters of reverse magnetization - in the direction of the magnetizing electromagnet. In the second variant, the magnetoanizotropic converter is supplemented by an independent core with a magnetization coil by the method of the parameters of reverse magnetization. Such a decision makes it possible to not change the direction of scanning of welded structures by the magneto anisotropic method and the method of parameters of reverse magnetization. In this case, the additional core increases the converter's measurement base. A patent for a utility model is obtained for the technical solution of such a combined converter. The device MESTR-501 for the determination of the stress-strain state by the electromagnetic method on the natural welded structures has been developed. It consists of a combined converter, a module for measurement and signal processing, an industrial computer, an active monitor, and a battery pack. The device is lined up in a housing, which can take two positions: working and transporting. This solution allows you to move the device securely (the display is turned 180 о). In the working position the device housing has the ability to be attached to the torso of the worker (operator) thanks to safety belts. This allows you to free operator hands for the ability to manipulate the converter and hold on 13 the elements of the design. The resulting data is processed on-site in an industrial computer, stored and displayed on the touch screen. The body of the device is made of carbon composite, which reduces the weight of the device and increases its resistance to impact on the elements of welded structures. In practical testing of the device's performance during the implementation of the topic " Experimental study of the stresses in the welded sections of the railway and road bridge during mounting by bringing it through the Dnipro River", conducted studies of stresses and deformations in the vertical walls of the welded sections of the bridge. Determination of the stresses were carried out in places to the transfer device, on it and behind it. For this, the converter was supplemented with a special magnetic mount. Determination of the stresses in the weld sections of the run-flat construction allowed to carry out operative actions for leveling stresses in all walls and to successfully succession it from the stack on the support of 106 m). Also, in the practical testing of the device's performance during the implementation of the topic "Assessment of the stressed state of the ship-reloader SP-7.3", conducted studies of stresses and deformations in the welded sections of the reloader. The shipreloader was operated for 30 years under the conditions of the marine climate, which caused corrosion of the structural elements. The task was to investigate the stress-strain state and draw a conclusion on the possibility of further exploitation of the ship-reloader. The results of work are also implemented in the educational process. | uk |
| dc.description.abstractuk | Дисертація присвячена вдосконаленню електромагнітного методу для оцінювання напружень та деформацій у пластично-деформованих зонах зварних конструкцій. Розглядалось два випадки: залишкові зварювальні деформації та напруження у пластичній зоні зварних з’єднань (пластичні деформації стиснення і напруження розтягу) і пластичні деформації розтягу та напруження розтягу у інших ділянках зварних конструкцій. Основний парк технологічного обладнання в України складають зварні конструкції із низьковуглецевих та низьколегованих сталей. Питання економічної безпеки України залежить від продовження експлуатації існуючого обладнання. Основними факторами працездатності конструкцій є властивості матеріалу, наявність дефектів, напруження та деформації. Знання про напруженодеформований стан зварних конструкцій є важливим чинником їх успішної експлуатації. Роботи про дослідженню напруженого стану зварних конструкцій ведуться давно, однак визначення напружень в умовах наявності пластичних деформацій є мало дослідженою проблемою. Відомо, що залишкові пластичні деформації є причиною залишкових зварювальних напружень. Експериментальних методів визначення їх величин дуже бракує, що значно ускладнює оцінку технічного стану інфраструктурних об’єктів. 3 Останнім часом з’явилось багато комплексних методів, коли одночасно застосовують декілька електромагнітних способів визначення. Таке поєднання є досить вдалим, при цьому переваги різних методів компенсують їх недоліки. На основі аналізу літератури запропоновано використати для вирішення завдань роботи два методи: магнітоанізотропний метод та метод коерцитивної сили. Останній метод запропоновано модернізувати для роботи в змінних полях, що дозволить сканувати зварні конструкції. Дослідження проведені на зразках із відомими пластичними деформаціями та напруженнями. Проведено експериментальні дослідження впливу пластичних деформацій та напружень плоских зразків сталі 09Г2С товщиною 4 мм на гармонічні складові сигналу магнітоанізотропного перетворювача та параметри петлі магнітного гістерезису. Пластичні деформації стиснення створювали шляхом нагрівання частини плоского зразка газовим пальником до температур 650-750 oС із наступною деформацією. На спеціально розробленій машині із використанням ручного гідравлічного домкрату створювали пластичні деформації розтягу. Напруження розтягу наводили за допомого установки для чистого вигину плоских зразків. На основі експериментальних досліджень доведено, що напруженодеформований стан пластичної зони зварних з’єднань та ділянок із пластичними деформаціями розтягу може бути кількісно оцінено шляхом сумісного гармонічного аналізу сигналу 4-х полюсного магнітоанізотропного перетворювача та параметрів петлі магнітного гістерезису. Запропоновано для визначення ступеню пластичного деформування стиснення у пластичній зоні зварних з’єднань електромагнітним методом доцільно застосовувати параметри петлі магнітного гістерезису: половину перетину по осі індукції (В) та напівширину (Hmax) по осі поля. А для визначення напружень у пластичній зоні зварних з’єднань електромагнітним методом доцільно застосовувати 4 параметри: амплітуди першої, третьої та шостої гармонік магнітоанізотропного перетворювача. Запропоновано для визначення ступеню пластичного розтягу у зварних конструкціях застосовувати параметр напіввисоту по осі індукції (Вmax) петлі магнітного гістерезису перетворювача параметрів перемагнічування. А для визначення напружень розтягу у цих ділянках доцільно застосовувати фазу першої гармоніки сигналу магнітоанізотропного перетворювача. Запропоновано новий комбінований перетворювач у двох варіантах для визначення гармонійних складових сигналу магнітоанізотропного перетворювача та параметрів петлі магнітного гістерезису. У першому варіанті намагнічуючий електромагніт доповнено обмотками намагнічування та вимірювання по методу параметрів перемагнічування . Для сканування конструкції по магнітоанізотропному методу використовується напрям 45о відносно намагнічуючого електромагніта, а для сканування по методу параметрів перемагнічування – у напрямі намагнічуючого електромагніта. В другому варіанті магнітоанізотропний перетворювач доповнено незалежним осердям із обмоткою намагнічування по методу параметрів перемагнічування . Таке рішення дозволяє не змінювати напрям сканування зварних конструкцій магнітоанізотропним методом та методом параметрів перемагнічування. При цьому додаткове осердя збільшує базу вимірювання перетворювача. Патент на корисну модель отримано за технічне рішення такого комбінованого перетворювача. Розроблено прилад MESTR-501 для визначення напружено-деформованого стану електромагнітним методом на натурних зварних конструкціях. Він складається із комбінованого перетворювача, модуля вимірювання та обробки сигналів, промислового комп’ютеру, активного монітору, акумуляторного блоку живлення. Прилад компонується у корпусі, який може приймати два положення: робоче і транспортування. Таке рішення дозволяє переносити прилад у захищеному вигляді (дисплей повернуто на 180ᵒ). У робочому положенні корпус приладу має можливість 5 кріпитися на торсі робітника (оператора) завдяки пасам безпеки. Це дозволяє вивільнити руки оператора для можливості маніпулювання перетворювачем і утримання за елементи конструкції. Отримані дані оброблюються на місці в промисловому комп’ютері, зберігаються і виводяться на сенсорний екран. Корпус приладу виконано з вуглецевого композиту, що зменшує вагу приладу та збільшує його стійкість до ударів об елементи зварних конструкцій. При практичній перевірці працездатності приладу під час виконання теми «Експериментальне дослідження напружень в зварних секціях залізничноавтомобільного мосту під час монтажу шляхом насування його через р. Дніпро», проводили дослідження напружень та деформацій у вертикальних стінках зварних секціях мосту (прогонової споруди). Визначення напружень проводили у місцях до перекаточного пристрою, на ньому і за ним. Для цього перетворювач доповнили спеціальним магнітним кріпленням. Визначення напружень у зварних секціях прогонової споруди дозволили проводити оперативні дії для вирівнювання напружень у всіх стінках та провести успішне насування її із стапелю на опори 106 м). Також, при практичній перевірці працездатності приладу під час виконання теми «Оцінка напруженого стану судноперевантажувача СП-7.3», проводили дослідження напружень та деформацій в зварних секціях перевантажувача. Суднонавантажувач експлуатувався 30 років в умовах морського клімату, що спричинило корозію елементів конструкції. Ставилось завдання – дослідити напружено-деформований стан та зробити висновок щодо можливості подальшого експлуатування суднонавантажувача. Впроваджено результати роботи також і в учбовому процесі. | uk |
| dc.format.page | 195 с. | uk |
| dc.identifier.citation | Мінаков, А.С. Експериментальне визначення напружено-деформованого стану зварних з’єднань електромагнітним методом : дис. ... канд. техн. наук : 05.03.06 - зварювання та споріднені процеси і технології / Мінаков Антон Сергійович. – Київ, 2018. – 195 с. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/23230 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.subject | пластичні деформації | uk |
| dc.subject | напруження | uk |
| dc.subject | залишкові зварні деформації | uk |
| dc.subject | залишкові зварні напруження | uk |
| dc.subject | зварні конструкції | uk |
| dc.subject | магнітоанізотропний перетворювач | uk |
| dc.subject | петля магнітного гістерезису | uk |
| dc.subject | гармоніки | uk |
| dc.subject | пластична зона зварних з’єднань | uk |
| dc.subject | plastic deformations | uk |
| dc.subject | stresses | uk |
| dc.subject | residual welded deformations | uk |
| dc.subject | residual welded stresses | uk |
| dc.subject | welded structures | uk |
| dc.subject | magnetic anisotropic transducer | uk |
| dc.subject | magnetic hysteresis loop | uk |
| dc.subject | harmonics | uk |
| dc.subject | plastic zone of welded joints | uk |
| dc.subject.udc | 621.791.052:[620.179.14:539.4](043.3) | uk |
| dc.title | Експериментальне визначення напружено-деформованого стану зварних з’єднань електромагнітним методом | uk |
| dc.type | Thesis Doctoral | uk |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Вантажиться...
- Назва:
- Minakov_diss.pdf
- Розмір:
- 13.1 MB
- Формат:
- Adobe Portable Document Format
- Опис:
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 7.74 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: