Исследование и разработка метода акустической тензометрии специальных резьбовых соединений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.01, кандидат наук Беркутов, Игорь Владимирович

• Беркутов, Игорь Владимирович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Беркутов, Игорь Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ И ВЫБОР МЕТОДА КОНТРОЛЯ УСИЛИЙ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

1.1 Анализ резьбовых соединений

1.2 Упругие и прочностные свойства среды

1.3 Анализ методов контроля усилия затяжки резьбовых соединений

1.4 Основные положения явления акустоупругости

Выводы по главе

2 АНАЛИЗ, ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СРЕДСТВ АКУСТИЧЕСКОЙ ТЕНЗОМЕТРИИ

2.1 Анализ существующих средств измерений скорости распространения УЗВ57

2.2 Обоснование выбора и доработка средств измерений скорости распространения УЗВ

Выводы по главе

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АКУСТИЧЕСКОЙ ТЕНЗОМЕТРИИ СПЕЦИАЛЬНЫХ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

3.1 Оценка и учет влияния внешних факторов при акустической тензометрии резьбовых соединений

3.2 Совершенствование метода акустической тензометрии

3.3 Исследование зависимости "параметры распространения УЗВ -напряжения" в упругой области

3.4 Разработка методики акустической тензометрии специальных резьбовых соединений

Выводы по главе

4 ПРОВЕДЕНИЕ ОПЫТНОЙ ОТРАБОТКИ ОСНОВНЫХ МЕТОДИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ТЕНЗОМЕТРИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ

ЛАЗЕРНО-УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДА

4.1 Акустическая тензометрия специальных резьбовых соединений

4.2 Оценка повышения надежности резьбовых соединений

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

ВМ - виброакустическая модуляция;

ОА - оптико-акустический;

ОК - объект контроля;

ПО - программное обеспечение;

СИ - средства измерений;

УЗ - ультразвук (ультразвуковой);

УЗВ - ультразвуковые волны;

ШБ - шпилька или болт;

ЭМА - электромагнитно-акустический.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка метода акустической тензометрии специальных резьбовых соединений»

ВВЕДЕНИЕ

В современной технике и конструкциях широко применяются разъемные соединения. Они обладают следующими преимуществами: широкая номенклатура, невысокая стоимость, стандартизация, удобство разработки, применения, сборки и разборки, взаимозаменяемость и достаточная надежность. Этим обусловлено их широкое распространение среди всех видов соединений (до 70 % от всего количества используемых соединений). В связи с этим требуется применение соответствующих современных средств и методов контроля выполнения разъемных соединений. Главной задачей контроля выполнения разъемных соединений является обеспечение оптимального механического растягивающего напряжения в болтах (шпильках). Зачастую для выполнения данной задачи достаточно использовать устройства, косвенно связанные с механическими напряжениями, а именно динамометрические ключи. Но во многих других случаях - при изготовлении элементов ответственных и дорогостоящих изделий, при креплении узлов и элементов ракетно-космической техники, при сборке герметичных фланцевых соединений, - необходим именно контроль механических напряжений, возникающих в резьбовой детали, который связан с некоторыми трудностями [1].

Таким образом, с учетом назначения и типа конструкции (ракетно-космическая техника), окружающие условия (химические реагенты, переменные температуры и широкий диапазон давлений), технические условия эксплуатации (повышенные нагрузки и вибрации), особые требования к надежности и экономические аспекты проблемы (высокая стоимость изделий, в которые входят рассматриваемые резьбовые соединения, и их ответственность) обязательным является контроль механических напряжений специальных резьбовых соединений ответственных конструкций. При этом под специальными резьбовыми соединениями понимаются соединения, имеющие

специальное назначение и применяющиеся в отдельных специализированных отраслях производства. Например:

- соединения ответственных и дорогостоящих изделий с высокими требованиями к надежности;

- соединения прецизионных изделий, с высокими требованиями к качеству изготовления и надежности;

- соединения ракетно-космической и авиационной техники;

- соединения с резьбой, выполненной по наибольшим предельным размерам и предназначенной для соединения с натягом;

- соединения с зазорами в резьбе, требующимися для быстрой сборки и разборки или работающие при высоких температурах и условия схватывания окисных пленок, которыми покрыта поверхность резьбы;

- соединения с нестандартными соотношениями длины к диаметру.

Для таких изделий важным является не только полученные напряжения, но и их равномерность в нескольких соединениях, т.к. концентрация нагрузки на одной резьбовой детали может привести к её разрушению и последующему последовательному разрушению всего соединения.

Неравномерность распределения напряжений, их недостаточность или избыточность приводят к:

- смещению поверхности соединения под действием осевой нагрузки;

- росту амплитуды напряжения болта;

- старению винта;

- отвинчиванию гайки от вибрации;

- скольжению соединения под действием сдвигающего момента;

- статической перегрузке болта;

- отвинчиванию болта под действием внешней растягивающей нагрузки в результате пластического удлинения;

- разрыванию болта еще при предварительном затягивании;

- разрушению соединения, нарушению герметичности, выходу из работоспособного состояния конструкции, аварии.

На данный момент задачу неразрушающего контроля механических напряжений резьбовых соединений решают разными методами:

- основанными на контроле крутящего момента;

- основанными на измерении угла поворота гайки;

- методом контроля деформаций;

- комбинированными методами;

- эхо-импульсными методами контроля (ультразвуковыми).

Большинство методов в рассматриваемом случае неприменимы ввиду

следующих факторов:

- соединение уже спроектировано и внести в него изменение невозможно;

- доступ есть лишь со стороны головки болта;

- низкая точность обеспечения расчетного напряжения (обычно + 2535%);

- крутящий момент, задаваемый сборочным инструментом, затрачивается на преодоление сил трения между поверхностью головки болта или гайки и сил трения в резьбе. Величина потерь определяется коэффициентом трения между гайкой и стержневой крепежной деталью, коэффициентом трения между поверхностью гайки и поверхностью соединяемой детали, качеством и геометрией резьбы, имеющих некоторую наработку или при нарушении технологического процесса изготовления и сборки деталей.

Таким образом, необходим способ контроля механических напряжений резьбовых соединений, который предлагается разработать на основе методов акустической тензометрии. Преимуществом данных методов является возможность установки пьезопреобразователя на торцах резьбовых деталей в отличие от других известных физических методов.

Объектом научных исследований в диссертации являются механические напряжения резьбовых соединений.

Изучение литературных источников показало, что особого внимания для исследования и доработки заслуживает ультразвуковой метод неразрушающего контроля, который основан на акустоупругом эффекте и позволяет производить

оценку напряженного состояния материала объекта контроля и является одним из наиболее универсальных и распространенных методов контроля и испытаний ответственных изделий.

Акустоупругий эффект является предметом многочисленных исследований отечественных и зарубежных авторов. Теоретические и практические основы акустоупругого эффекта и акустической тензометрии были заложены В.М.Бобренко, В.Т.Бобровым, Н.П.Алешиным, А.Н.Гузем, О.И.Гущей и Ф.Г.Махортом, Н.Е.Никитиной, Э.Шнайдером и другими. При этом существующие методики, реализующие метод акустоупругости, не позволяют выполнять контроль резьбовых соединений диаметром менее 8 мм или диаметром до 30 мм при соотношении длины к диаметру более 7, диаметром более 30 мм - с соотношением от 10. Более широкое применение данного метода требует разработки методик, учитывающих воздействие внешних влияющих факторов и технического обеспечения минимальной неопределенности измерения времени и, соответственно, скорости распространения ультразвуковых волн.

В то же время, активно ведется разработка и внедрение современных методов и средств неразрушающего контроля, основанных на лазерно -ультразвуковом (термооптическом) возбуждении ультразвуковых волн. Данный метод широко представлен в работах И.М.Пеливанова, М.П.Матросова А.А. Карабутова и других, но не имеет должного метрологического обеспечения и методики применительно к специальным резьбовым соединениям. Этим обусловлена актуальность темы диссертационных исследований.

Таким образом, предметом данных научных исследований являются Лазерно-ультразвуковой метод контроля, методика акустической тензометрии и особенности её использования для специальных резьбовых соединений.

Цель работы - разработка метода акустической тензометрии с использованием лазерно-ультразвуковой генерации для специальных резьбовых соединений с целью повышения их надежности.

Задачами исследования являются:

1) анализ объекта контроля и выбор метода контроля механических напряжений резьбовых соединений;

2) анализ, выбор и обоснование выбора средств акустической тензометрии;

3) разработка методики акустической тензометрии специальных резьбовых соединений;

4) проведение опытной отработки и экспериментальная апробация методики акустической тензометрии специальных резьбовых соединений.

В первой главе диссертации проведен анализ объекта контроля и выбор метода контроля механических напряжений резьбовых соединений. Продемонстрирована необходимость контроля растягивающих механических напряжений в резьбовых соединениях и обосновано то, что большинство методов кроме акустических в данном случае неприменимы. Рассмотрен используемый в настоящее время акустический метод контроля усилий затяжки, регламентированный ГОСТ Р 52889 [2].

Во второй главе представлены и рассмотрены существующие средства измерений скорости распространения ультразвуковых волн (УЗВ). Проанализированы поверочные схемы средств измерений скорости распространения продольных ультразвуковых волн в твердых средах. Рассмотрен процесс лазерного возбуждения ультразвуковых волн.

В третьей главе приведены результаты разработки методики акустической тензометрии специальных резьбовых соединений с использованием представленных ранее методов и средств.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальной апробации разработанной методики и усовершенствованных для выполнения акустической тензометрии средств измерений. Подтверждено повышение надежности резьбовых соединений за счет использования реализованных методов и средств акустической тензометрии резьбовых соединений.

Методы исследования

В ходе выполнения задач исследований использовались методы теорий оптики, акустики и измерений. Полученные экспериментальные данные обрабатывались при помощи статистических методов в программном обеспечении MathCad и Ехсе1. Инженерный анализ выполнялся при помощи программного обеспечения COMSOL Multiphysics.

Положения, выносимые на защиту

1. Модель лазерно-ультразвуковой генерации, распространения и регистрации УЗВ в резьбовых деталях, учитывающая геометрию резьбового соединения и преобразователя.

2. Методика акустической тензометрии, позволяющая измерять механические напряжения в резьбовых деталях с учетом геометрии и температуры специальных резьбовых соединений.

3. Средства акустической тензометрии, обеспечивающие расширение номенклатуры контроледоступных резьбовых соединений, снижение неопределенности измерений и реализующие усовершенствованный метод акустической тензометрии.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1) впервые обоснована возможность и преимущества применения для акустической тензометрии специальных резьбовых соединений лазерно-ультразвукового метода и средств;

2) впервые разработана модель лазерно-ультразвуковой генерации, распространения и регистрации ультразвуковых волн в резьбовых деталях, учитывающая геометрию резьбового соединения и преобразователя;

3) впервые разработана методика, позволяющая существенно снизить неопределенность акустической тензометрии специальных резьбовых соединений и, тем самым, повысить их надежность.

Теоретическая и практическая значимость работы

Теоретическая значимость изложенных в диссертации результатов состоит в том, что они вносят вклад в развитие теории акустической

тензометрии, представляя обоснованный подход к повышению точности выполняемых измерений за счет учета дополнительных влияющих факторов и способов выполнения измерений.

Практическая значимость представленных результатов заключается в том, что выявлены основные преимущества лазерно-ультразвукового метода акустической тензометрии, отработаны основные приемы проведения тензометрии специальных резьбовых соединений с использованием лазерно-ультразвукового метода, разработаны преобразователи, программное обеспечение, оснастка и методика, обеспечивающие расширение номенклатуры контроледоступных резьбовых соединений, снижение неопределенности измерений и реализующие усовершенствованный метод акустической тензометрии. Разработанные средства, методика и полученные экспериментальные регрессионные зависимости, могут быть использованы для акустической тензометрии резьбовых соединений, в том числе диаметром менее 8 мм или диаметром до 30 мм при соотношении длины к диаметру более 7, диаметром более 30 мм - с соотношением от 10.

Обоснованность и достоверность результатов, представленных в диссертационной работе, подтверждаются:

- аналитическими доказательствами применимости предложенных в диссертации методов и средств;

- имитационным моделированием процессов и подтверждением результативности принятых решений;

- взаимосогласованностью результатов исследований и их соответствием основам теорий измерений и акустики;

- экспериментальной апробацией разработанной методики и испытаниями средств измерений;

- согласованностью полученных результатов с результатами иных авторов, а также докладами на конференциях.

Апробация результатов работы

Результаты исследований были доложены на: III Международной научно-практической конференции «Sensorica - 2015» (Санкт-Петербург, 2015); III международной научно-практической конференции «Инновации на транспорте и в машиностроении» (Санкт-Петербург, 2015); XVII Всероссийской школе-семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества (СПФКС-17, г. Екатеринбург, 2017); Международном форуме «Сварка и диагностика» (г. Екатеринбург, 2016); XXI Всероссийской конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике (Москва, 2017); Международной конференции "Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации" (ARMIMP-2017, Суздаль, 2017).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 5 публикаций в журналах из перечня ВАК (в том числе 4 публикации в изданиях, рецензируемых Web of Science или Scopus).

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы (65 наименований), 1 приложения. Основной текст работы (147 страниц) включает 20 таблиц и 71 рисунок.

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ И ВЫБОР МЕТОДА КОНТРОЛЯ УСИЛИЙ ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

1.1 Анализ резьбовьх соединений

Отсутствие точных данных о величине сжимающих усилий, создаваемых резьбовыми деталями, является главной причиной их разрушения и является следствием отсутствия достоверных методов и средств измерения этих усилий. Доступный для выполнения измерений торец резьбовой детали при нагружении в рабочем диапазоне нагрузок считается недеформированным. В связи с этим такие методы контроля деформаций, как рентгеновская тензометрия, электротензометрия, методы магнитоупругости, фотоупругих покрытий не могут быть применены для оценки действующих в резьбовой детали усилий. Современные расчетные методы позволяют в простейших ситуациях определять напряжения, возникающие при нагружении детали известными нагрузками аналитически, но без экспериментальных исследований не позволяют достоверно определять состояние реальных деталей.

Качество сборки групповых резьбовых соединений обеспечивается точностью и равномерностью распределения сжимающих усилий в резьбовых деталях.

Высокая неопределенность и, следовательно, недостаточная равномерность сжимающих усилий, создаваемых резьбовыми соединениями, приводят при эксплуатации к повышенной вибрации, интенсивному износу и отказам в виде деформации резьбы, разрушений резьбовых соединений, самоотвинчивания гаек, болтов, деформации скрепляемых элементов, нарушении герметичности стыков и утечки рабочих сред. 70% повреждений резьбовых соединений происходит по причине неточной затяжки [3,4].

На первый взгляд резьбовое соединение является достаточно простым элементом оборудования, но оно может стать причиной выхода из строя изделий, дополнительных трудозатрат и, соответственно, дополнительного расхода ресурсов при монтажно-демонтажных и ремонтных работах. На

практике выясняется, что для конструирования резьбовых соединений необходим методичный и точный подход, исключающий ошибки. Исследования показывают, что отказы резьбовых соединений обусловлены следующими факторами [5]:

- неправильно подобраны компоненты соединения;

- недостаточное или превышенное растягивающее усилие;

- неравномерное распределение растягивающих усилий.

Например, в авиационных двигателях, используется до нескольких тысяч ответственных резьбовых деталей определяющих надежность работы двигателя в целом. При этом важнейшим технологическим мероприятием при сборке узлов двигателя является затяжка резьбовых соединений [6].

Таким образом, одним из важнейших становится вопрос правильного выбора компонентов применяемых резьбовых соединений, определения правильной величины усилия предварительного затягивания и контроля с определенной точностью [7].

Крутящий момент (Мкр, в Нм) - это момент силы, приложенной к гайке на определенном расстоянии от её центра (произведение силы на плечо), действие которого вызывает поворот гайки вокруг оси.

Болт в резьбовом соединении находится под постоянным механическим напряжением и устойчив к усталости. Однако, если первоначальное усилие слишком мало, под действием изменяющихся нагрузок болт быстро будет повреждаться. Если первоначальное усилие слишком велико, процесс затяжки может привести к разрушению болта. Таким образом, определяющим фактором при затяжке резьбового соединения является усилие предварительной затяжки. При этом крутящий момент, создаваемый сборочным инструментом, лишь косвенно определяет величину действующего усилия предварительной затяжки.

Усилие предварительной затяжки (измеряется в ньютонах) принимается в пределах 75-90% от пробной нагрузки, которую резьбовая деталь выдерживает

при испытаниях. Она примерно на 5%-10% меньше, чем произведение площади сечения детали на предел текучести [8].

Пробная нагрузка, в соответствии с [9], для крепежных деталей с классом прочности 6.8 и выше составляет 74-79% от минимальной разрушающей нагрузки.

Минимальная разрушающая нагрузка соответствует произведению предела прочности (временному сопротивлению разрыву) стержневой крепежной детали на номинальную площадь сечения.

Таким образом, создаваемое при затяжке [10] растягивающее усилие не должно приводить к переходу резьбовой крепежной детали из области упругой в область пластической деформации материала.

Для достижения надежного резьбового соединения, обеспечивающего герметичность, заданную несущую способность, прочность на растяжение и сдвиг, работу при переменных нагрузках инженеры рассчитывают именно сжимающее усилие и механические напряжения в резьбовой детали. Именно эти величины имеют решающее значение и относительно них рассчитываются прочие «теоретические» параметры их характеризующие (крутящий момент, удлинение и др.). Чем точнее выполнено предварительное затягивание, тем качественнее будет соединение, однако, с другой стороны, с увеличением точности увеличивается стоимость процедуры предварительного затягивания [11].

Недостаточное предварительное затягивание может привести к [5-7,12]:

- смещению поверхности соединения под действием осевой нагрузки;

- росту амплитуды напряжения болта;

- старению винта;

- отвинчиванию гайки от вибрации;

- скольжению соединения под действием сдвигающего момента.

Слишком сильное предварительное затягивание может привести к [5-7]:

- статической перегрузке болта;

- отвинчиванию болта под действием внешней растягивающей нагрузки в результате пластического удлинения;

- разрыванию болта еще при предварительном затягивании.

Имеется два наиболее существенных фактора снижающих прочность

резьбового соединения [5]:

- самоотвинчивание;

- ослабление усилия затяжки.

О самоотвинчивании.

По завершении процесса фиксации в болтовом соединении образуется нагрузка сжатия, поскольку болт затягивается, словно пружина и гайка, перемещаясь к головке болта, начинает создавать между фиксируемыми частями сжимающую силу. Как только напряжение сжатия исчезает, возникают условия, способствующие откручиванию гайки. Существующее в резьбе, а также между гайкой и головкой болта трение затрудняет затяжку болта [10].

Когда на резьбовое соединение воздействуют переменные нагрузки или вибрация, снижается вызванный трением эффект блокировки, что позволяет гайке скользить по резьбе свободно, уменьшая силу сцепления. Вибрационные воздействия могут быть в поперечном или продольном направлении, а также комбинированными, действующими в обоих направлениях. Наибольшую опасность представляют поперечные вибрации и знакопеременные горизонтальные нагрузки. Они довольно быстро приводят к ослаблению обычных незафиксированных резьбовых соединений. При чередовании продольных вибраций и осевых нагрузок ослабление резьбовых соединений менее значительно.

Об ослаблении усилия затяжки.

В результате изменений осевых нагрузок на болт, а также температурного режима, происходит увеличение длины болта и, как результат, уменьшение усилия затяжки. Причиной подобного уменьшения может быть и деформация

прокладочного материала. Изменение в длине может произойти при: проседании, когда шероховатые поверхности контактирующих деталей (например, шайбы, гайки) под воздействием давления болтового натяжения деформируются [10], проскальзывании, когда давление на опорную поверхность гаек или болтов выше сопротивления сжатия материалов соединяемых деталей.

Таким образом, задача тензометрии резьбовых соединений является актуальной при изготовлении, эксплуатации и ремонте изделий машиностроительной, энергетической, ракетно-космической, строительной и других отраслей.

1.2 Упругие и прочностные свойства среды

Существуют одностороннее и всестороннее, нормальные и сдвиговые напряжения.

Напряжение а можно выразить следующим образом:

о = <

Ее;

ву = т. (1.1)

К А.

где Е - модуль продольной упругости Юнга (характеризует способность сопротивляться деформации растяжения (сжатия));

е - относительное удлинение;

G - модуль сдвига (характеризует способность сопротивляться изменению формы при сохранении объёма); у - угол сдвига;

К - модуль всестороннего сжатия (характеризует способность материала сопротивляться изменению объёма без изменения формы); А - относительное изменение объёма.

Значения упругих модулей индивидуальны для различных материалов и зависят от их химического состава, термических и механических обработок, температуры и т.д. Кроме того, многие материалы имеют различные модули упругости при растяжении и сжатии, чем в условиях поставленной задачи мы пренебрегаем, принимая, что объект контроля при затяжке испытывает растягивающие нагрузки.

Упругие модули материала могут быть определены путем статических, динамических и акустических испытаний образцов.

Статические испытания заключаются в нагружении образцов заданными усилиями (для Е - растяжение, для О - кручение, для К - всестороннее сжатие) и регистрации возникающих деформаций и вычислении искомых модулей с помощью соотношений (1.1).

При динамических испытаниях измеряются резонансные частоты продольных / и крутильных / колебаний и вычисляются соответствующие модули:

е = 4/2р0/2г1, а = 4/2А/2г1 (1.2)

где 10 - длина недеформированного образца;

р - плотность материала в исходном состоянии; g - ускорение свободного падения.

При акустических испытаниях измеряются скорости распространения продольных у, и сдвиговых ^, ультразвуковых волн и вычисляются соответствующие упругие модули:

E =

Pouf(3uf - 4и2)

(Ц Ц

G = м = Рои?;

л = р0(р? -ч2);

K = р0(Ц - Ц

и =

(Ц -Ц 2(иЦ-Ц)

(1.3)

(1.4)

(1.5)

На практике данные модули могут быть использованы для оценки напряженно-деформированного состояния по измеренной деформации детали или при моделировании и расчете напряженно-деформированного состояния.

В технических условиях на болты и шпильки [13] указывают следующие механические характеристики характеризующие способность материала воспринимать растягивающие нагрузки без разрушения: предел текучести от (о0,2), временное сопротивление ов, и относительное удлинение 5s. Данные характеристики для основных материалов, использующихся для изготовления болтов и шпилек, представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Характеристики прочности при растяжении основных материалов использующихся для изготовления болтов и шпилек

Марка стали или сплава 2 2 от, Н/мм (кгс/мм ), не менее 2 2 ов, Н/мм (кгс/мм ) не менее Ss, %, не менее

Ст3сп4 235 (24) 372 (38) 25

20 245 (25) 412 (42) 25

25 274 (28) 451 (46) 23

30 294 (30) 490 (50) 21

35 314 (32) 529 (54) 20

40 333 (34) 568 (58) 19

45 353 (36) 598 (61) 16

09Г2С 284 (29) 451 (46) 21

10Г2 245 (25) 421 (43) 22

35Х 588 (60) 735 (75) 14

45Х14Н14В2М 314 (32) 706 (72) 20

Продолжение таблицы 1.1

Марка стали или сплава 2 2 от, Н/мм (кгс/мм ), не менее 2 2 <гв, Н/мм (кгс/мм ) не менее %, не менее

38ХА

40Х

08Х13 412(42) 588(60) 20

30ХМ 637 (65) 784 (80) 13

30ХМА

35ХМ

20ХН3А

25Х1МФ 666 (68) 784 (80) 16

25Х2М1Ф 12

20Х1М1Ф1ТР 14

15ХМ 274 (28) 441 (45) 21

18Х12ВМБР 666 (68) 784 (80) 15

18Х2Н4МА 686 (70) 882 (90) 12

12Х18ШОТ 196 (20) 510 (52) 40

08Х18ШОТ 196 (20) 490 (50) 40

08Х15Н24В4ТР 440(45) 735 (75) 18

07Х16Н6 980(100) 1176 (120) 12

30ХГСА 490 (500) 655 (67) 40

37Х12Н8Г8МФБ 588 (60) 882 (90) 15

12Х13 412 (42) 588 (60) 20

20Х13 441 (45) 645 (66) 16

30Х13 588 (60) 784 (80) 12

10Х17Н13М2Т 216 (22) 510 (52) 40

10Х17Н13М3Т 196 (20) 529 (54) 40

08Х17Н16М3Т 196 (20) 490 (50) 35

06ХН28МДТ 216 (22) 539 (55) 35

07Х21Г7АН5 363 (37) 686 (70) 40

10Х14П4Н4Т 245 (25) 637 (65) 35

31Х19Н9МВБТ 294 (30) 588 (60) 30

Из представленных выше данных определено, что предел текучести используемых для изготовления болтов и шпилек материалов лежит в диапазоне 196-980 МПа, временное сопротивление - в диапазоне 372-1176 МПа, а относительное удлинение - от 12 и более 40 %.

Данные величины характеризуют требуемые диапазоны измерений средств измерений, применяемых для тензометрии резьбовых соединений и,

косвенно, погрешность измерений. Очевидно, что прибор с диапазоном измерений напряжений до 1200 МПа и приведенной погрешностью 10% (абсолютная погрешность 120 МПа) не подходит для тензометрии болтов и шпилек с пределом текучести 196 МПа, так как погрешность измерений в данном случае будет выше уровня предварительной затяжки или пробной нагрузки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Беркутов, Игорь Владимирович, 2018 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Никитин, А.Н. Технология сборки двигателей летательных аппаратов / А.Н. Никитин. - М. : Машиностроение, 1982. - 269 с.

2. ГОСТ Р 52889-2007. Контроль неразрушающий. Акустический метод контроля усилия затяжки резьбовых соединений. Общие требования.

3. Орлов, К.Я. Ремонт самолетов и вертолетов: Учебник для авиационных училищ / К.Я. Орлов, В. А. Пархимович. - М. : Транспорт, 1986. -295 с.

4. Николенко, Л.К. Сборка реактивных двигателей / Л.К. Николенко, В. И. Соколов. - М. : Оборонгиз, 1956. - 276 с.

5. Корнилович, С.А. Пути обеспечение плотности стыка резьбовых соединений при производстве, техническом обслуживании и ремонте машин сельскохозяйственного назначения / С.А. Корнилович, В. Соловьев / / Омский научный вестник. - 2013. - №1(117). - С. 68 - 71.

6. Criteria for preloaded bolts // NASA SHUTTLE. - Houston, Texas, 1998. - 21 с.[Электронныйресурс].- Режим доступа:

7. Утенков, В.Д. Влияние технологических факторов на точность и равномерность усилия затяжки ответственных резьбовых соединений в условиях автоматизированной сборки: дис. к-та техн. наук : 05.02.08 / В.Д. Утенков. - Москва, 1984. - 182 с.

8. Иосилевич, Г.Б. Прикладная механика / Г.Б. Иосилевич, Г.Б. Строганов, Г.С. Маслов. - М. : Высшая школа, 1989. - 351 с.

9. ГОСТ 1759.4-87. Механические свойства и методы испытания. Болты, винты и шпильки.

10. Измайлов, В.В. Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования / В.В. Измайлов. - Тверь : ТГТУ, 2011. - 144 с.

11. Иосилевич, Г.Б. Затяжка и стопорение резьбовых соединений / Г. Б. Иосилевич, Г.Б. Строганов, Ю.В. Шарловский. - М. : Машиностроение, 1985. -224 с.

12. Жуков, В.Б. Исследование плотности стыков резьбовых соединений авиационных двигателей : автореф. дис. ... к-та техн. наук : 05.07.00 / В.Б. Жуков. - Харьков, 1970. - 29 с.

13. ГОСТ 1759.0-87. Болты, винты, шпильки и гайки. Технические условия.

14. Соловьев, В. Л. Повышение точности контроля усилия затяжки при сборке групповых резьбовых соединений // Вестник СиБАДИ. - 2013. - № 3 (31). - С. 67-70.

15. Иосилевич Г.Б., Строганов Г.Б., Шарловский Ю.В. Затяжка и стопорение резьбовых соединений. Справочник. М., "Машиностроение", 1985

16. Куклин, Н.Г. Детали машин / Н.Г. Куклин, Г. С.Куклина. - М. : Высшая школа, 1987. - 383 с.

17. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М: Наука, 1988 - 712 с.

18. Соловьев В.Л. Повышение равномерности затяжки групповых резьбовых соединений при сборке узлов летательных аппаратов Электронный журнал «Труды МАИ», Выпуск №70, Москва, 2013, - 19 с.

19. Н.Е. Никитина. Акустоупругость. Опыт практического применения. Н. Новгород: ТАЛАМ, 2005 - 208 с.

20. Belahcene F., Samson P. Tightening control by ultrasound//

21. Zhang Z., Liu M., Su Z., Xiao Y. Evaluation of Bolt Loosening Using a Hybrid Approach Based on Contact Acoustic Nonlinearity

22. ГОСТ 15589-70 Болты с шестигранной головкой класса точности С. Конструкция и размеры (с Изменениями N 2, 3, 4, 5, 6).

23. ГОСТ 22042-76 Шпильки для деталей с гладкими отверстиями. Класс точности В. Конструкция и размеры (с Изменениями N 1, 2, 3).

24. Ивочкин А.Ю., Карабутов А.А., Лямшев М.Л., Пеливанов И.М., Рохатги У., Субудхи М. Измерение распределения скорости продольных акустических волн в сварных соединениях лазерным оптико-акустическим методом. // Акустический журнал, 2007, том 53, 4, С. 1 -8.

25. Карабутов А.А., Кожушко В.В., Пеливанов И.М., Подымова Н.Б. Исследование оптико-акустическим методом прохождения широкополосных ультразвуковых импульсов через периодические одномерные структуры. // Акустический журнал. 2000. Т.46. №4. С.510.

26. Гусев В.Э., Карабутов А.А. Лазерная оптоакустика. - М.: Наука,

1991.

27. Быченок В.А., Кинжагулов И.Ю., Беркутов И.В., Марусин М.П., Щерба И.Е. Применение лазерно-ультразвукового генератора для определения напряженно-деформированного состояния специальных материалов изделий. // Научно-технический вестник. 2013. Выпуск 4 (86). С.107.

28. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 4: В 3 кн. Кн. 1: В.А. Анисимов, Б.И. Каторгин, А.Н. Куценко и др. Акустическая тензометрия. Кн. 2: Г.С. Шелихов. Магнитопорошковый метод контроля. Кн. 3: М.В. Филинов. Капиллярный контроль. - 2-е изд., испр. - М.: Машиностроение, 2006. С.9.

29. Гуща О.И. Анализ неоднородных полей остаточных напряжений в сварных соединениях.//Автоматическая сварка. 1994.

30. Бобренко В.М., Вангели М.С., Куценко А.Н. Акустические методы контроля напряженного состояния материала деталей машин. — Кишинев. -Штиинца.- 1981. С.20.

31. Бобренко В.М., Вангели М.С, Куценко А.Н. Акустическая тензометрия. - Кишинев. - Штиинца. - 1991 С.21.

32. Перевалов С.П., Пермыкин B.C. Прогнозирование ресурса энергооборудования ТЭС по результатам неразрушающего контроля.// Сборник докладов С. -Петербургской конференции по ультразвуковой дефектоскопии металлоконструкций. - С-Пб. - 1998. - С114-117.

33. Трофимов А.И., Минин С.И. Автоматизированная система ультразвукового контроля твердости и напряженного состояния металла технологических каналов ядерных установок. // Сборник докладов 16-ой С.-Петербургской конференции по ультразвуковой дефектоскопии металлоконструкций. - С-Пб. - 1998. - С. 211-216.

34. Нигул У.К. Нелинейная акустодиагностика (одномерные задачи). -Л. - Судостроение. - 1981. С.24.

35. Энгельбрехт Ю.К., Нигул У.К. Нелинейные волны деформации. -М. - Наука. - 1981. С.25.

36. Секоян С.С. О вычислении констант упругости третьего порядка по результатам ультразвуковых измерений. //Акустический журнал, - т. 16. -1970. С. 124-126.

37. Бобренко В.М.. Куценко Л.Н., Малахов В.П. Акустический контроль механических напряжений. - Одесса. - 1997. С.27.

38. Бобренко В.М., Куценко А.Н. Матричная теория акустоупругости в приложении к задачам тензометрии. // Дефектоскопия. - 1988. - №8.- С.28-32.

39. Бобренко В.М., Куценко А.Н. Акустоупругие коэффициенты объемных ультразвуковых волн при наклонном прозвучивании. // Дефектоскопия. - 1987. - №3.- С.46-49.

40. Бобренко В.М., Куценко А.Н., Лесников В.П. Упругие волны при наличии деформации сдвига. // Прикладная механика. - 1990. - Т. 26. - № 1. С.30.

41. Бобренко В.М., Куценко А.Н., Рудаков А.С. Метрологические принципы акустической тензометрии разъемных изделий. // Акустика и ультразвуковая техника. - Киев. - Техника. - 1991. - Вып. 26. - С. 26-30.

42. Бобренко В.М., Куценко А.Н., Рудаков А.С. Акустическая тензометрия - новое направление в неразрушающих испытаниях материалов.// Дефектоскопия. - 1989. - №4. - С. 93-94.

43. Венгринович В.Л. Принципы и практика диагностики напряженно-деформированного состояния конструкций, изделий и сварных соединений. СПб: Журнал «В мире неразрушающего контроля» 1(27) март 2005 С.4-9.

44. Никитина Н.Е., Казачек С.В., Камышев А.В., Петров О.Е., Смирнов В.А. Исследование двухосного напряженного состояния трубной плети прибором "АСТРОН" // В мире неразрушающего контроля. № 1 (27). Март 2005 г. С. 33-35.

45. Самокрутов А.А., Бобров В.Т., Шевалдыкин В.Г., Алёхин С.Г., Козлов В.Н. Акустические методы и средства исследования напряженно -деформированного состояния конструкций и сооружений. // В мире неразрушающего контроля. - 2005. - N 1. - С. 22-26.

46. Гузь А.Н., Махорт Ф.Г., Гуща О.И. Введение в акустоупрогость. — К.: Наукова думка, 1977.

47. Александров А.В., Потапов В.Д. Основы теории упругости и пластичности М.: Высшая школа, 1990 - 400 с.

48. ГОСТ Р 8.756-2014. Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений скоростей распространения продольных, сдвиговых и поверхностных ультразвуковых волн в твердых средах.

49. Лепендин, Л.Ф. Акустика. - М.: Высшая школа, 1978. - 365 с.

50. Скупчик Е. Основы акустики / Е. Скупчик. - М.: Мир, 1976. - 238 с.

51. J. Chatellier and M. Touratier: A new method determining acoustoelastic constants and plane stresses in textured thin plates. // J Acoust. Sce. Am. 1988. V 63. № 1 January. pp. 109-117.

52. Карабутов А.А., Пеливанов И.М., Подымова Н.Б., Скипетров С.Е. Измерение оптических характеристик рассеивающих сред оптико-акустическим методом. // Квантовая электроника. 1999. Т.29. №3. С.215.

53. Abraham O. et al. The use of surface waves for non-destructive testing of concrete structures // Insight. 2000. V. 42. №7. P. 444-446.

54. ГОСТ 23479-79 Контроль неразрушающий. Методы оптического вида. Общие требования.

55. ОСТ 92-0720. Болты с шестигранной уменьшенной головкой, с полем допуска h9 и короткой нарезной частью.

56. Кунву Ли. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). Издательство: Питер, 2004. - 560 с.

57. CAE. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_engineering

58. Официальный сайт компании COMSOL. URL: http: //www.comsol .com/

59. Дьелесан, Э. Упругие волны в твердых телах / Э. Дьелесан, Д. Руайе Д. -М.: Наука, 1982. - 424 с.

60. А.Ю. Ивочкин, А.А. Карабутов, М.Л. Лямшев, И. М. Пеливанов, У Рохатги, М. Субудхи Измерение распределения скорости продольных акустических волн в сварных соединениях лазерным оптико-акустическим методом. // Акустический журнал, 2007, том 53, 4, с. 1-8.

61. Макс, Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. Т.1. - М.: Мир, 1983. - 311 с.

62. Ермолов И.Н., Ермолов М.И. Ультразвуковой контроль. Учебник для специалистов 1 и 2 уровней квалификации. Москва: 2003 - 209 с.

63. Гузь А.Н., Махорт Ф.Г., Гуща О.И. Введение в акустоупрогость. — К.: Наукова думка, 1977, 151 с.

64. ГОСТ Р 54500-2011. Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения.

65. Решетов Д.Н., Иванов А.С., Фадеев В.В. Надежность машин. Учеб. пособие для машиностр. спец. вузов - М : Высшая школа, 1988. - 240 с.