Разработка стандартных образцов для обеспечения прослеживаемости измерений механических напряжений акустическим видом неразрушающего

Статья посвящена разработке набора стандартных образцов механических свойств сталей. В настоящее время при измерении механических напряжений прослеживаемость результатов измерений обеспечивается к эталону времени, а не механических напряжений, системный подход к обеспечению единства измерений механических напряжений требует разработки основы для сравнения.

Цель исследования - разработка и аттестация стандартных образцов специальной формы, прослеживаемых к единицам СИ - силе и длине, предназначенных для передачи единицы величины механических напряжений средствам измерений, реализующим временной метод акустического вида неразрушающего контроля, основанный появлении акустоупругости.

В статье рассматриваются ключевые этапы процесса разработки стандартных образцов: выбор исходного материала стандартных образцов; исследование однородности исходного материала; проведение экспериментальных исследований с использованием образцового средства измерений (государственного эталона единицы силы 1 разряда) и установление на основе этих исследований метрологических характеристик стандартных образцов.

В результате испытаний с целью утверждения типа был утвержден набор стандартных образцов механических свойств сталей ГСО 11544-2020/11545-2020. Аттестованными характеристиками стандартных образцов набора являются напряжение σ_пц, предел пропорциональности; напряжение σ_0,2, предел текучести условный с допуском на величину пластической деформации 0,2 %; напряжение σ_в, предел прочности (временное сопротивление); приращение напряжения при приращении относительного удлинения 1 % (модуль упругости II рода). Границы допускаемых значений относительной погрешности аттестованных значений при доверительной вероятности 0,95 стандартных образцов набора не превышают 12 %. Авторы считают, что набор стандартных образцов механических свойств сталей ГСО 11544-2020/11545-2020 обеспечит метрологическую прослеживаемостъ резулътатов измерений механических напряжений средствами измерений, реализующими временной метод акустического вида неразрушающего контроля, при использовании ГСО в качестве основы для сравнения в поверочной схеме.

1. Мотова Е. А., Никитина Н. Е. О возможности ультразвукового контроля компрессорных лопаток после эксплуатации и ремонта // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2011. Т. 10. № 3-2. C. 52-56. https://doi.org/10.18287/2541-7533-2011-0-3-2(27)-52-56

2. Никитина Н. Е., Мотова Е. А., Тарасенко Ю. П. Неразрушающий контроль рабочих компрессорных лопаток авиационного двигателя // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2012. Т. 11. № 3-1. C. 291-295. https://doi.org/10.18287/2541-7533-2012-0-3-1(34)-291-295

3. Никитина Н. Е., Камышев А. В., Казачек С. В. Применение метода акустоупругости для определения напряжений в анизотропных трубных сталях // Дефектоскопия. 2015. № 3. С. 51-60

4. Никитина Н. Е., Камышев А. В., Казачек С. В. Использование явления акустоупругости при исследовании напряженного состояния технологических трубопроводов // Дефектоскопия. 2009. № 12. С. 53-59.

5. Никитина Н. Е., Камышев А. В., Миронов Н. А. Измерение напряжений в технологических трубопроводах методом акустоупругости // Газовая промышленность. 2009. № 5. С. 64-67.

6. Electromagnetic-acoustic structural analysis of rolled bars / O. V. Muravieva [et al.] // AIP Conference Proceedings. AIP Publishing LLC. 2016. Vol. 1785. no. 1. P. 030017. https://doi.org/10.1063/1.4967038

7. Оценка остаточных напряжений в ободьях вагонных колес электромагнитно-акустическим методом / В. В. Муравьев [и др.] // Дефектоскопия. 2011. № 8. С. 16-28.

8. Мотова Е. А., Никитина Н. Е. Исследование акустической анизотропии конструкционных материалов при переменном нагружении // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: материалы докладов международной научно-технической конференции, Самара, 22-24 июня 2016 г. Самара: Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева. 2016. С. 1617.

9. Исследование разрушения при статическом нагружении сварных соединений акустическим методом / В. В. Мишакин [и др.] // Тяжелое машиностроение. 2009. № 7. С. 27-30.

10. Application of the acoustic anisotropy approach for technical diagnostics of structures with large plastic deformations / A. K. Belyaev [et al.] // AIP Conference Proceedings. 2016. Vol. 1785. № 1. P. 030004. https://doi.org/10.1063/1.4967025

11. Estimating the plastic strain with the use of acoustic anisotropy / A. K. Belyaev [et al.] // Mechanics of Solids. 2016. Vol. 51. no. 5. P. 606-611. https://doi.org/10.3103/S0025654416050149

12. Experimental investigation of the acoustic anisotropy field in the sample with a stress concentrator / A. I. Grishchenko [et al.] // St. Petersburg Polytechnical University Journal: Physics and Mathematics. 2017. Vol. 3, no. 1. P. 77-82. https://doi.org/10.1016/j.spjpm.2017.02.005

13. Оценка напряженно-деформированного состояния и растрескивания атмосферостойкой конструкционной стали методом акустоупругости / Е. Л. Алексеева [и др.] // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 12. С. 33-44.

14. ГОСТ Р 52330-2005 Контроль неразрушающий. Контроль напряженно-деформированного состояния объектов промышленности и транспорта. Общие требования Москва: Стандартинформ. 2005. 5 c.

15. ГОСТ Р 53966-2010 Контроль неразрушающий. Контроль напряженно-деформированного состояния материала конструкций. Общие требования к порядку выбора методов Общие требования. Москва: Стандартинформ. 2011. 4 c.

16. ГОСТ Р 55043-2012 Контроль неразрушающий. Определение коэффициентов упругоакустической связи. Общие требования. Москва: Стандартинформ. 2014. 8 c.

17. ГОСТ Р 56664-2015 Контроль неразрушающий. Определение напряженного состояния материала изделий машиностроения методами акустоупругости. Общие требования. Москва: Стандартинформ. 2016. 16 c.

18. ГОСТ Р 52731-2007 Контроль неразрушающий. Акустический метод контроля механических напряжений. Общие требования. Москва: Стандартинформ. 2007. 7 с.

19. РМГ 29-2013 Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения. Москва: Стандартинформ. 2014. 60 с.

20. Metrological traceability of the measured values of properties of engineering materials / G. Roebben [et al.] // Metrologia. 2010. Vol. 47. no. 2. P. 23-31. https://doi.org/10.1088/0026-1394/47/2/S03

21. 21. Establishment of traceability in the measurement of the mechanical properties of materials / G. W. Bahng [et al.] // Metrologia. 2010. Vol. 47. no. 2. P. 32-40. https://doi.org/10.1088/0026-1394/47/2/S04

22. Czichos H., Saito T., Smith L. Springer Handbook of Metrology and Testing. Berlin: Springer. 2011. https://doi.org/10.1007/978-3-642-16641-9

23. ГОСТ I SO Guide 30-2019 Стандартные образцы. Некоторые термины и определения. Москва: Стандартинформ. 2019. 9 с.

24. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. Москва: ИПК Изд-во стандартов. 1997. 35 с.

25. РМГ 53-2002 ГСИ. Стандартные образцы. Оценивание метрологических характеристик с использованием эталонов и образцовых средств измерений. Москва: ИПК Изд-во стандартов. 2004. 6 с.