Разработка методики и аппаратуры акустической тензометрии трубопроводов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.11, кандидат технических наук Щипаков, Никита Андреевич

• Щипаков, Никита Андреевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Щипаков, Никита Андреевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение

Глава 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ. 8 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ объекта контроля

1.2. Методы определения механических напряжений

1.3. Акустический метод определения напряжений

1.4. Проблемы современной акустической тензометрии

1.5. Электромагнитно-акустическое преобразование

1.6. Постановка задач исследования 28 Выводы главы 1 29 Глава 2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АКУСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

2.1. Выявление наиболее чувствительных типов волн к механическим 31 напряжениям

2.2. Определение поверхностных напряжений

2.3. Определение интегрального значения напряжений по толщине 41 Выводы главы 2 45 Глава 3. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ

ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

3.1. Аппаратное средство бесконтактной акустической тензометрии 46 (АСБАТ)

3.2. Электромагнитно-акустические преобразователи для АСБАТ

3.3. Спектрально-акустическая система контроля «АСТРОН»

3.4. Комплексный пьезоэлектрический преобразователь для системы 53 «АСТРОН»

3.5. Преобразователь головной волны для системы «АСТРОН»

3.6. Сравнение пьезоэлектрических и электромагнитно-акустических 56 преобразователей.

3.7. Описание дополнительного оборудования, используемого при 57 подготовке и проведении экспериментов.

3.8. Методика проведения акустических измерений 58 Выводы главы 3

Стр.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ОБОРУДОВАНИЯ 61 И АЛГОРИТМОВ

4.1. Определение механических характеристик образцов

4.2. Сравнение чувствительности к механическим напряжениям 61 головной волны, распространяющейся вдоль действия напряжений, и поперечной волны с линейной поляризацией вдоль действия напряжений

4.3. Определение чувствительности акустических параметров 64 головной волны к действующим механическим напряжениям при одноосном НДС

4.4. Определение растягивающих поверхностных напряжений при 66 испытаниях на изгиб

4.5. Определение напряжений при помощи головных волн в случае 68 двухосного НДС

4.6. Сравнение погрешности определения интегральных значений 72 напряжений по толщине при использовании контактного и бесконтактного методов возбуждения ультразвука

4.7. Определение интегрального значения напряжений ЭМА- 76 преобразователем поперечной волны, а также комплексным ЭМА-преобразователем

Выводы главы 4

Глава 5. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ЛИНЕЙНОЙ 81 ЧАСТИ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА

5.1. Методика определения значений напряжений в точке

5.2. Методика оценки распределения напряжений по сечению

5.3. Методика определения коэффициентов акустоупругости

Выводы главы 5

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

ЛИТЕРАТУРА

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики и аппаратуры акустической тензометрии трубопроводов»

ВВЕДЕНИЕ

Мероприятия по обеспечению безопасности, функциональной надёжности и эффективности работы технического объекта, а также сокращение затрат на его техническое обслуживание и уменьшение потерь от простоев в результате отказов ставят перед исследователями задачу контроля напряженного состояния несущих элементов в процессе изготовления и эксплуатации. Напряжения, возникающие в элементах металлоконструкции под действием веса, перераспределения рабочих нагрузок, температуры и других факторов могут приводить как к увеличению, так и к уменьшению прочности данного элемента, а, следовательно, и к конструкции в целом. Благодаря разнообразию и сложности объектов контроля и большому диапазону нагрузок, которым подвергаются их составные части в процессе изготовления, сборки и эксплуатации, точный теоретический расчет всех составляющих напряжений, действующих в элементе конструкции, не всегда представляется возможным. Анализ причин технических аварий и даже техногенных катастроф многих ответственных объектов показывает, что значительного их числа, можно было бы избежать при наличии необходимых средств и методик неразрушающего контроля и диагностики состояния материала [4]. Свойства материалов, наряду с внутренними приложенными и остаточными напряжениями, предопределяют целостность и безопасность конструкций, изделий и сварных соединений. Поэтому оценка внутренних напряжений в строящихся и эксплуатируемых конструкциях есть одна из ключевых задач, решение которой позволяет предсказать остаточный ресурс, отладить технологический процесс и избежать разрушения.

В настоящее время в России эксплуатируется свыше 233 тыс. км магистральных трубопроводов, в том числе свыше 168 тыс. км газопроводов, 49 тыс. км нефтепроводов и 16 тыс. км нефтепродуктопроводов [1]. Средний возраст газопроводов составляет 22 года, старше 20 лет - 37%, старше 30 лет - 40%. К 2015 году протяженность газопроводов со сроком эксплуатации

более 30 лет составит около 100 тыс. км. Срок службы почти половины магистральных нефтепроводов близок к амортизационному сроку эксплуатации: свыше 33 лет - 30%, от 20 до 30 лет - 37%. Т.е. протяженные участки магистральных трубопроводов исчерпали свой нормативный ресурс или близки к этому. Поэтому значительная часть системы магистральных трубопроводов нуждается в диагностических обследованиях и оценке надежности и остаточного ресурса.

Для достоверной оценки надежности и остаточного ресурса помимо информации о форме и размерах конструкции, механических характеристиках материала, наличии и параметрах дефектов необходимо знать реальные значения механических напряжений в элементах конструкции. Данные теоретических расчетов напряженно-деформированного состояния могут быть не точны, т.к. НДС конструкции может меняться в процессе монтажа и эксплуатации [57, 58, 64].

К тому же, в соответствии с нормативными документами дефекты, обнаруженные при техническом диагностировании, могут классифицироваться как допустимые и недопустимые. В последнем случае требуется прекращение эксплуатации конструкций. К сожалению, это решение в отношении действующих объектов (особенно социально-значимых: газопроводов и др.) часто не может быть реализовано незамедлительно. А нормы допустимости дефектов часто недостаточно научно обоснованы, т.к. не учитывают полностью и точно конкретных условий эксплуатации в части степени нагруженности дефектного узла конструкции, формы и размеров дефектов, свойств материала в зоне дефектов, напряженно-деформированного состояния (НДС) и т.д. Поэтому нормативные значения могут иметь существенные отклонения как в положительную, так и в отрицательную стороны. Таким образом, решение о надёжности и остаточном ресурсе конструкции следует принимать на основе оценки НДС и расчетного анализа поведения дефекта при дальнейшей эксплуатации [23].

Задача определения механических напряжений для оценки остаточного ресурса обусловила разработку многочисленных методов - механических, оптических, электрических, магнитных, рентгеновских и других. При наличии определенных достоинств каждый из перечисленных методов обладает и рядом недостатков.

Анализ литературы за последние два-три десятилетия показывает, что среди неразрушающих физических методов контроля состояния материала одним из наиболее перспективных следует признать акустический метод. Основным преимуществом акустического метода контроля напряжённо-деформированного состояния является тот факт, что используются волны той же природы, что и свойства материала, которые надо с их помощью определить [22]. Помимо этого к преимуществам акустических методов относятся также сравнительная дешевизна аппаратных средств, относительная простота реализации, оперативность контроля, физическая наглядность, портативность, безвредность для обслуживающего персонала, гибкость применения на различных стадиях производства, хранения, эксплуатации и ремонта изделий и технических объектов различного назначения. Также при помощи акустического метода возможно измерять как поверхностные значения напряжений, так и интегральные по толщине.

Основные достижения в области определения напряжений при одноосном НДС методом акустоупругости отражены в монографиях и статьях Бобренко В.М. и Куценко А.Н. Теоретические и экспериментальные проблемы исследования плоского напряженного состояния твердых тел рассмотрены в книгах Гузя А.Н., Махорта Ф.Г. и Гущи О.И. Большой вклад в изучение акустоупругого эффекта в твердых телах внесли Бенсон Р.В. и Рилсон В.Дж., Буденков Г.А., Току ока Т., Трусделл К., Фукуока X., Хирао М., Никитина Н.Е., Углов А.Л., Алешин Н.П., Прилуцкий М.А., Шнайдер Э. и др.

Однако на практике этот метод до сих пор не получил широкого распространения за счет низкой достоверности результатов определения

механических напряжений. Низкая достоверность, по-видимому, объясняется некорректным измерением относительных акустических параметров упругих волн в объекте контроля из-за наличия слоя контактной жидкости, необходимой при использовании контактных пьезоэлектрических преобразователей.

Целью работы является повышение достоверности определения механических напряжений в основном металле магистральных трубопроводов акустическим методом.

В данной работе рассмотрены вопросы определения поверхностных напряжений с использованием головных волн, определения интегрального по толщине значения напряжений с использованием бесконтактных ЭМА-преобразователей объемных волн, а также предложена методика определения напряжений в магистральном трубопроводе с использованием в комплексе объемных и головных волн.

Глава 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ объекта контроля

Объектом контроля является линейная часть магистрального трубопровода. В настоящее время в России эксплуатируется свыше 233 тыс. км магистральных трубопроводов, в том числе свыше 168 тыс. км газопроводов, 49 тыс. км нефтепроводов и 16 тыс. км нефтепродуктопроводов [1]. В зависимости от диаметра магистральные газопроводы разделяются на четыре класса [2]:

- свыше 1000 мм до 1400 мм, толщина стенки 10-20 мм;

- свыше 500 мм до 1000 мм, толщина стенки 8-16 мм;

- свыше 300 мм до 500 мм, толщина стенки 4-8 мм;

- 300 мм и менее.

В зависимости от рабочего давления магистральные газопроводы разделяются на два класса:

- свыше 2,5 до 10,0 МПа (25-100 атм.);

- свыше 1,2 до 2,5 МПа (12-25 атм.)

Участки магистрального газопровода имеют протяженность до 1000 км. На отрезках в 120 км устанавливают газоперекачивающие агрегаты (ГПА), поддерживающие давление газа на заданном уровне.

Основная часть магистрального газопровода прокладывается подземно (подземная прокладка). Отдельные участки имеют наземную прокладку на опорах в пустынных и горных районах, болотистых местностях, районах горных выработок, оползней, вечномерзлых грунтов, на неустойчивых грунтах, а также на переходах через естественные и искусственные препятствия (реки, водохранилища, каналы, озера, болота, овраги, железные и автомобильные дороги). В случае наземного магистрального трубопровода предусматриваются специальные мероприятия, обеспечивающие его надежную и безопасную эксплуатацию.

Большинство участков магистрального трубопровода имеют существенное отклонение от прямолинейной оси, обусловленное изменяющимся профилем поверхности земли (холмистые участки с положительными и отрицательными уклонами, повороты трассы и т.п.). В техническом паспорте на трубопровод приводятся данные о профиле трассы с указанием отметок над уровнем моря, данные топографической съемки с указанием естественных и искусственных препятствий. На основании этих данных определяются радиусы кривизны в горизонтальной и вертикальной плоскостях на опасных участках (в местах выявления дефектов), значения которых необходимы для расчета дополнительных напряжений от изгиба к напряжениям от номинальной рабочей нагрузки.

Трубопроводы представляют собой сварные конструкции, состоящие из секций длинной по четыре - шесть метров. Секции изготавливаются на трубосварочных заводах путем автоматической дуговой сварки под флюсом полученных вальцовкой трубных заготовок продольным или спиралеобразным швом.

Заготовки на монтажных площадках собираются и свариваются автоматической сваркой кольцевыми швами в плети по 16-25 метров длины. Затем плети покрываются изоляцией. Последние транспортируются к трассе трубопровода и укладываются в траншеи или устанавливаются на опоры и соединяются монтажными кольцевыми швами ручной дуговой сваркой.

Трубные стали можно разделить на несколько групп [5]:

- нормализованные и горячекатаные стали на основе твердорастворного и карбонитридного упрочнения. Это низколегированные стали, содержащие в качестве основных легирующих элементов марганец и кремний (уровень прочности 500 - 520 МПа). К таким сталям относятся отечественные стали 16Г2АФ, 19Г2, 14ХГС, 17Г1С, стали Х42 - Х52 по стандарту Американского нефтяного института (API), St43.7, St47.7, St53.7 no DIN 17172;

- микролегированные малоперлитные стали повышенной прочности (уровень прочности до 700 МПа). Это стали с пониженным содержанием

углерода, легированные марганцем до 1,7 - 2,0%, а также кремнием до 1%. К сталям этой группы относятся стали 08Г2МФБ, 09Г2ФБ, 10Г2ФБ-У, стали класса прочности Х58, Х60, Х65, Х70, Х80.

При эксплуатации магистральные газопроводы испытывают нагрузки от внутреннего давления, собственного веса, веса грунта и изгиба.

На подземные газопроводы, проложенные в траншеях, действуют:

- внутреннее давление перекачиваемого продукта;

температурные нагрузки, обусловленные разностью эксплуатационных температур стенок трубопроводов и температуры трубопровода в период монтажа замыкающих стыков;

- нагрузки, вызванные искривлением продольной оси трубопровода;

- весовая нагрузка от грунта засыпки.

Для наземных трубопроводов, проложенных на свайном основании, к вышеприведенным нагрузкам добавляются:

- собственный вес;

- вес транспортируемого продукта;

- ветровые нагрузки;

- нагрузки, вызванные обледенением и налипанием снега;

- нагрузки от размещения на трубопроводе оборудования.

В сварных соединениях в результате термического воздействия процесса сварки возникают сварочные напряжения, достигающие предела текучести металла. Нагрузка на сварные соединения формируется в результате сложного взаимодействия сварочных и рабочих напряжений.

Нагружение магистрального газопровода является нерегулярным. Условия работы большинства газопроводов не являются однородными за период эксплуатации. Меняются объемы перекачиваемого продукта, максимальное рабочее давление, перепады давления на входе и выходе ГПА, числа отключений ГПА и другие факторы. Режим работы магистрального газопровода фиксируется в суточных диспетчерских сводках.

Линейная часть трубопроводов испытывает действие низкочастотных переменных напряжений, вызванных изменением давления и температуры транспортируемого продукта. Подземные трубопроводы работают при относительно статическом режиме нагружения. Кроме этого, трубопроводы испытывают некоторое число циклов нагружений с большой амплитудой (от О до 0,9...0,95 предела текучести) при испытаниях и переиспытаниях отдельных участков.

1.2 Методы определения механических напряжений

В основе всех методов определения механических напряжений лежит существование взаимосвязи между внутренними напряжениями и измеряемым физическим параметром.

Наличие таких влияющих факторов, как микроструктура, остаточная пластическая деформация, форма, масштабный фактор, температура, неоднородность напряженного состояния и др., которые часто присутствуют совокупно, снижает достоверность результатов, приводя порой к недопустимо большой неопределенности оценки напряжений [9].

Существующие методы определения напряженно-деформированного состояния представлены на рис. 1.1 [12].

Определение напряженно-деформированного состояния может осуществляться аналитическими и расчетно-экспериментальными методами.

Аналитические методы базируются на определенной идеализации объекта исследований. Они не учитывают реальных изменений технического состояния объекта при эксплуатации, обусловленных изменениями физических характеристик металла, перераспределением нагрузок между элементами конструкции, коррозионными процессами, изменениями в режимах и условиях эксплуатации [6].

Рис. 1.1. Классификация методов определения напряжений

Все существующие аналитические методы не всегда точно описывают напряженно-деформированное состояние конструкции в реальных условиях эксплуатации. Поэтому расчетно-экспериментальные методы на сегодняшний день являются средством наиболее объективной оценки технического состояния объекта.

Широкое применение в практике изучения напряженно-деформированных состояний нашли методы тензометрирования. Эти методы применяются для оценки физического состояния элементов ответственных металлоконструкций на разных этапах ее создания: при монтаже, при испытании, при вводе в эксплуатацию и в начальный период работы конструкции.

Действие метода основано на изменении электрического сопротивления тензорезистора (проволочного или фольгированного датчика) при его растяжении или сжатии. Эффективность метода тензометрирования

зависит от выбора тензорезисторов. Основными критериями при выборе тензорезисторов являются уровень деформации и диапазон рабочих температур. Тензорезисторы прикрепляются к поверхности конструкции приклеиванием или привариванием и ориентируются в направлении измеряемого напряжения. Широкое применение нашли привариваемые высокотемпературные тензорезисторы на металлической подложке типа НМТ. Тензометрирование с применением тензорезисторных преобразователей может применяться только для измерения изменяющихся во времени, так называемых динамических деформаций. Определить остаточные деформации конструкции без каких-либо дополнительных действий этим методом не удается. В последнее время при тензометрировании стал применяться метод сверления отверстий для измерения остаточных деформаций (напряжений). Этот метод основан на измерении меняющихся деформаций, вызванных сверлением отверстий в детали, имеющей остаточные напряжения. Зная величину и направление деформаций при сверлении, размер отверстия и свойства материала, расчетным путем определяют остаточные напряжения. Однако метод сверления отверстий не может быть успешно применен на реальных конструкциях, находящихся в эксплуатации.

Экспериментальный метод определения напряженно-деформированного состояния упругих тел с применением лазерно-компьютерной интерферометрической системы [7]. В данной системе реализованы идеи и обобщены методы, основанные на голографической и компьютерной интерферометрии. Система обеспечивает регистрацию деформаций и напряжений в упругих телах с отображением полей распределения малых упругих перемещений и развития процесса деформации по наблюдаемой системе интерференционных полос и ее изменениям. Это позволяет решать как задачи диагностики остаточных напряжений, так и прикладных задач: определение мест приложения и величины нагрузок, действующих на конструкцию, по интерференционной

картине перемещений; установление распределенных и локальных неоднородностей в структуре конструкции; обнаружение микротрещин и внутренних расслоений в металле конструкции и др. В отличие от тензометрирования, где измерения выполняются для отдельных точек, система лазерно-компьютерной интерферометрической системы позволяет наблюдать по интерферометрическим линиям всю картину поля перемещений поверхности тела в окрестности возмущающего воздействия с главными осями деформаций и напряжений. Принцип действия системы заключается в измерении малых (от 0,3 микрона) перемещений поверхности конструкции, обусловленных различными внешними и внутренними факторами. Например, исследование напряженно-деформированных состояний упругих тел под воздействием активных нагрузок или определение характера нагружения по картине интерференционных полос; диагностика технологических процессов по уровню внутренних напряжений.

Конструктивно система состоит из блока интерферометра, блоков питания видеокамеры и лазера, персонального компьютера с картой видеозахвата и соответствующим программным обеспечением. Технология проведения измерений состоит из видеозаписи исходного состояния выбранного участка поверхности объекта и повторной видеозаписи поверхности объекта после создания возмущающего воздействия на объект. После этого осуществляется обработка записанных изображений для получения результирующей интерференционной картины. Для расчета величины остаточных напряжений используется программа и визуальный подсчет интерференционных полос [8].

Измерение выполняется в следующей последовательности: прибор устанавливается на поверхности объекта. Отраженная световая волна, характеризующая исходное состояние контролируемого участка, с помощью ССЭ-камеры вводится в память компьютера. После упругой разгрузки напряжений путем сверления несквозного отверстия диаметром и глубиной приблизительно 1-2 мм отраженная . световая волна вводится в память

компьютера аналогично исходной световой волне. После компьютерной обработки этих двух световых волн на мониторе наблюдается интерференционная картина полос в окрестности отверстия, которая содержит информацию о величине остаточных напряжений в контролируемой точке исследуемого участка объекта.

Зависимость перемещений ur и Ue, возникающих в результате разгрузки напряжений стхх, суу и тху на некотором расстоянии г от центра отверстия от угла 0 имеет вид:

ur(r, 9) = А(ахх + Qyy) + В[(^ж3£ — ffyy) eos 20 + 2xw sin 2 Щ; (1.1)

u e (r, 0) = С [(djpE — ffyy) sin 20—2 %w со s 2 Щ

где А, В, С - эмпирические коэффициенты, которые зависят от механических свойств материала, расстояния от центра отверстия и его диаметра и не зависят от вида напряженного состояния. Методика экспериментального определения эмпирических коэффициентов предполагает создание одноосного напряженного состояния в специальном тестовом образце с известным уровнем напряжений.

Между тем, лазерно-компьютерная интерферометрическая система для определения напряженно-деформированного состояния имеет ряд существенных недостатков: во-первых, она сложна в юстировке; во-вторых, требует наличия достаточно большого свободного пространства над исследуемым объектом; в-третьих, измерения относятся только к поверхностному слою и не могут быть получены для всей толщины металла.

Ещё одним методом определения напряженно-деформированного состояния является метод рентгеновской дифрактометрии. Идея использования одновременно двух рентгеновских лучей, направленных в точку измерения напряжений на объекте под заданным углом, используется в современных портативных рентгеновских тензометрах. Неразрушающий метод рентгеновской тензометрии основан на зависимостях закона дифракции и закона Гука [3]. Метод базируется на экспериментальном измерении деформации кристаллической решетки в заданном направлении.

Рентгеновский квант, падающий на кристалл, рассеивается на его атомах. Рассеянные вторичные волны интерферируют между собой и в направлениях, для которых разность хода лучей оказывается равной целому числу длин волн, возникает дифракционные максимумы.

Действие внешней силы Б приводит к деформации 8 кристаллической решетки - межплоскостные расстояния а уменьшаются или увеличиваются, что в соответствии с уравнением Вульфа-Брегга (1.2) приводит к изменению угла дифракции 0. Поэтому о наличии напряжений в материале можно судить по смещению максимума дифракционной линии.

пХ,= 2дзтв (I-2)

где п=1, 2, 3, ...

Если обозначить межплоскостное расстояние некоторого семейства атомных плоскостей для недеформированного материала а для

деформированного с1, то деформация кристаллической решетки может быть выражена формулой (1.3):

£ = (1.3)

¿0

Связь деформаций с напряжениями для объемного напряженного состояния дается системой уравнений (1.4):

= Е~ ' '

ов-рСо1+р3> д (1.4)

Б '

Б '

где (I - коэффициент Пуассона, Е - модуль нормальной упругости.

Непосредственно измеряемой величиной является смещение дифракционного профиля, которое есть следствие напряженно-деформированного состояния материала исследуемого объекта. Эта величина составляет доли градуса и должна измеряться с погрешностью, не превышающей сотые доли градуса. При определении напряжений в крупногабаритных объектах необходимо обеспечивать точное перемещение источника излучения и детектора относительно неподвижного объекта.

Соответствие «механических» и «рентгеновских» макронапряжений (или напряжений 1 рода) соблюдается для всех изотропных мелкозернистых (с размером зерна 0,1-30 микрометров) материалов при условии выполнения закона Гука. Определяются истинные действующие или остаточные макронапряжения в поликристаллических металлах и керамиках вплоть до предела прочности. Отличительной особенностью рентгеновского метода является независимость величины измеряемых напряжений в произвольно выбранном азимутальном направлении от вида напряженного состояния на поверхности изделия. Кроме того, не требуется знания параметра кристаллической решетки в ненапряженном состоянии, то есть знания предыстории изделия и условий эксплуатации. Измеряя напряжения в точке в трех азимутальных направлениях, получаем вычислением величины и направления главных напряжений в этой точке. В рентгеновском методе тензометрии, так же как и в тензометрии, измерение напряжений производится косвенно, путем измерения деформаций. В качестве базы измерения используется межатомное расстояние и его изменение при деформации определенных плоскостей кристаллической решетки. Рентгеновский метод используется для измерения поверхностных напряжений на глубине 0,002-0,02 мм. Это, безусловно, следует отнести к основным недостаткам рассматриваемого метода. Также существенными недостатками являются необходимость специальной подготовки поверхности с окончательной электрополировкой, относительно большое время экспозиции, не позволяющее эффективно сканировать большие поверхности, и повышенные требования безопасности.

Для исследования напряженно-деформированного состояния достаточно большое развитие получили магнитные методы. Суть методов основана на свойстве ферромагнитных материалов, изменять магнитное состояние под влиянием механических напряжений. Магнитные методы при большой (до нескольких миллиметров) толщине исследуемого слоя пригодны для контроля напряжений только в ферромагнитных материалах.

Для характеристики напряжений используют параметры петли гистерезиса: остаточную индукцию Вг, коэрцитивную силу Нс, магнитную проницаемость ц, гармоники или анизотропию этих параметров. Возможно измерение этих параметров в различных направлениях посредством изменения направления поля возбуждения и/или направления измеряемой компоненты поля. Магнитную проницаемость и гармоники можно измерять в малых (рэлеевских) или средних приложенных полях.

О влиянии механических напряжений на магнитные свойства можно судить по формуле [10]:

Еет = 1,5Ад;СГ8т28, (1.5)

Где - магнитная энергия ферромагнитного монокристалла; -А« -магнитострикция насыщения; & - угол между вектором намагниченности насыщения и осью напряжения а .

Метод эффекта Баркгаузена (МЭБ) относится к магнитным методам, он обладает рядом особенностей [44 - 46]. К ним относятся:

- высокая чувствительность к внутренним напряжениям для большинства сталей;

- относительная простота регистрации и большое разнообразие преобразователей, позволяющее адаптировать их практически к любой форме поверхности;

- незначительный магнито-упругий гистерезис;

- высокое пространственное разрешение (до 1 мм2);

- наличие нескольких независимых параметров магнитного шума, селективно характеризующих различные свойства поверхностных слоев;

- наличие магнитно-акустического эффекта Баркгаузена, позволяющего разделить вклад доменных границ различных типов, например, выделить вклад не 180 градусных стенок в сигнал магнитного шума;

- возможность определения главных напряжений;

- возможность послойного анализа свойств и напряжений в пределах глубины проникновения (до 1,2 мм).

Естественными ограничениями являются область контролируемых материалов (ферромагнитные стали и чугуны), ограниченная глубина проникновения, влияние микроструктуры, отклонений химического состава и состояния поверхности.

Влияние механических напряжений на шумы Баркгаузена обусловлено явлением магнитострикции. Уровень магнитного шума зависит от свойств и состояния кристаллической решетки, в том числе от механического напряжения. В большинстве сталей при растяжении интенсивность шумов Баркгаузена возрастает, при сжатии - падает. На этом свойстве и основано применение магнито-шумового метода для контроля напряженно-деформированного состояния.

Основным информативным параметром магнито-шумового метода является интенсивность (спектральная плотность) магнитного шума. Этот параметр, зависит как от свойств кристаллической структуры материала, так и от механического напряжения, остаточного или приложенного. Толщина слоя генерации магнитного шума, в зависимости от режимов измерения, может меняться от нескольких мкм до 1,2 мм. Данный метод способен контролировать довольно широкий спектр свойств ферромагнитных материалов при наличии корреляционной связи между шумами Баркгаузена и физико - механическими характеристиками. Структурные неоднородности, приложенные и остаточные напряжения, выявляются обнаружением зон относительного изменения уровня шумов Баркгаузена и ориентации направлений максимумов и минимумов его уровня. Метод шумов Баркгаузена позволяет контролировать параметры образцов в абсолютных единицах при этом необходимо проведение предварительной калибровки прибора на образцах с известными значениями этих параметров. Для измерения в абсолютных единицах приложенных напряжений калибровка должна производиться на растягиваемых/сжимаемых или изгибных образцах с известными нагрузками в пределах диапазона упругих деформаций.

Метод магнитной анизотропии основан на изучении анизотропии магнитных свойств, возникающих в ферромагнитном материале под действием механических напряжении. Данный метод позволяет определить характер распределения параметров поля механических напряжений, с помощью предварительно полученных тарировочных зависимостей на эталонном образце для определённой марки стали, типоразмера и технологии изготовления. Существующая начальная анизотропия магнитных свойств способна внести значительную погрешность в результат измерения.

Метод, основанный на измерении коэрцитивной силы. Коэрцитивной силой является напряженность внешнего магнитного поля, при которой намагниченность в материале, предварительно намагниченном до насыщения, становится равной нулю. Задерживать смещение границ между доменами могут неферромагнитные включения разной формы и дисперсности, напряжения обусловленные дислокациями и другими причинами, градиенты напряжений и прочие дефекты кристаллического строения. Это обуславливает тот факт, что коэрцитивная сила является одной из наиболее структурно-чувствительных характеристик ферромагнитных материалов. Определение нулевого магнитного момента изделия осуществляется магнитометрическим или индукционным способом [11].

Ещё одним из способов неразрушающего контроля, основанным на измерении нормальной составляющей ц в малом магнитном поле Земли, является, так называемый, способ «магнитной памяти».

Метод магнитной памяти металла позволяет провести оценку изменения напряженности магнитного поля Нр , но не даёт количественной оценки действующих механических напряжений. В некоторых случаях этот метод позволяет определить зоны концентрации напряжений, при этом используется естественная намагниченность изделий.

По мнению некоторых исследователей, помимо того, что магнитное поле Земли варьируется в широких пределах в зависимости от долготы, широты и даже от времени суток, магнитного поля Земли для использования

данного метода недостаточно, а уровень вносимой «производственной» намагниченности не представляется возможным учесть, что в свою очередь вносит погрешность в результаты измерения данным методом [12].

В ряде публикаций [13, 14] ставится под сомнение возможность оценки напряженно-деформированного состояния методом магнитной памяти.

Применение метода вихревых токов возможно для материалов, у которых существует зависимость электрической проводимости или магнитной проницаемости от напряжений. Если последняя зависимость хорошо выражена в широком диапазоне магнитных полей, то зависимость электропроводности от напряжений для обычных конструкционных материалов очень слабая. Она наиболее значительна для слабо проводящих металлических материалов, например, титановых сплавов, однако, и для них она не превышает 3% при достижении предела упругости. Поэтому перспективы имеют технологии, обеспечивающие высокую точность измерений проводимости на фоне возможных отклонений зазора и других параметров измерения. Среди них следует особенно выделить метод меандровой магнитометрии (М\УМ). Имеется большое число работ, посвященных теории и применению М"\¥М-технологий, в том числе , для измерения напряжений, ссылки на которые можно найти в [47, 48]. Глубина измерения напряжений обычно не превышает 1 мм.

Применение методов фотоупругости ограничено оптически прозрачными материалами или требует сложных модельных экспериментов и расчетов. Поэтому их широкое использование в практических целях ограничено только экспериментальными исследованиями.

Естественно, не существует универсального метода, пригодного в любых условиях, хотя их сочетание часто дает весьма эффективные результаты.

1.3. Акустический метод определения напряжений

Акустические методы, основанные на распространении упругих колебаний, применяются для изучения физико-механических характеристик твердых тел. По параметрам распространения упругой волны можно судить о физических свойствах и техническом состоянии твердых тел.

Явление «акустического двулучепреломления» впервые экспериментально наблюдалось в 1959 году Бенсоном и Рилсоном [49] и было названо акустоупругостью по аналогии с фотоупругим эффектом. Они описали метод определения величины одноосного напряжения в изотропном материале с использованием сдвиговых волн взаимно перпендикулярной поляризации. Суть эффекта состоит в том, что скорости сдвиговых волн с поляризацией параллельно и перпендикулярно действию напряжения различны, то есть напряжённый материал становится, с точки зрения распространения волн, анизотропной средой.

Конструкционные материалы, используемые в промышленности, в большинстве своем акустически анизотропны. Как показывают теоретические исследования, например, работы [17, 18, 50 - 52], алгоритмы расчета скоростей упругих волн в анизотропном напряженном твердом теле (соотношения акустоупругости) содержат большое количество упругих постоянных второго и третьего порядков, величины которых для реальных конструкционных материалов неизвестны или измерены с недостаточной точностью. В связи с этим при разработке алгоритмов практического определения напряжений методами акустоупругости неизбежен компромисс между строгостью физических и удобством феноменологических моделей.

При анализе значительного числа элементов оборудования допустимо считать материал ортотропным с осями симметрии, расположенными в плоскости действия напряжений.

В свое время решением проблем акустоупругости занимались украинские ученые А.Н. Гузь, Ф.Г. Махорт, О.И. Гуща [26], отечественные

ученые В.М. Бобренко [19, 20], Н.П. Алёшин, Н.Е. Никитина [21], А.Л. Углов [22], М.А. Прилуцкий [23], немецкий ученый Э.Шнайдер [53] и другие.

Метод позволяет определить главные напряжения в конструкциях без дополнительных процедур разгрузки. Он обладает достаточно высокой разрешающей способностью, обеспечивает оперативность контроля. За счет использования различных типов волн (объемных, поверхностных волн Рэлея, головных волн) метод позволяет проводить измерения как поверхностных напряжений, так и напряжений, действующих внутри материала.

В основе акустических методов контроля напряжённо-деформированного состояния конструкционных материалов лежит явление акустоупругого эффекта - зависимости скорости распространения упругих волн от механических напряжений в материале.

Основным преимуществом акустического метода контроля напряжённо-деформированного состояния является тот факт, что используются волны той же природы, что и свойства материала, которые надо с их помощью определить. Повышенная информативность параметров упругих волн обеспечивает идентификацию структуры материала. Отсюда же вытекает и главный недостаток: влияние различных факторов, вовсе не связанных с напряжениями (деформациями), на скорости распространения упругих волн в реальном материале.

Результаты применения метода акустоупругости в реальных инженерных ситуациях для материалов со сложной структурой показывают их меньшую суммарную погрешность по сравнению с методами, основанными на других физических принципах (таких как фотоупругость, магнитоу пру гость и др).

Помимо этого к преимуществам акустических методов относятся также сравнительная дешевизна аппаратных средств, относительная простота реализации, оперативность контроля, физическая наглядность, портативность, безвредность для обслуживающего персонала, гибкость

применения на различных стадиях производства, хранения, эксплуатации и ремонта изделий и технических объектов различного назначения.

Сравнительный анализ возможностей неразрушающих методов контроля механических напряжений показывает, что в настоящее время акустический метод является наиболее перспективным методом контроля напряжённо-деформированного состояния реальных объектов на стадии изготовления или во время эксплуатации.

1.4. Проблемы современной акустической тензометрии

Однако до сих пор не решена проблема экспресс-метода диагностики напряженно-деформированного состояния магистрального трубопровода. На практике на реальных объектах метод акустической тензометрии так и не получил широкого распространения. Это объясняется следующими причинами.

Одной из главных проблем акустической тензометрии основного металла опасных производственных объектов является малая повторяемость результатов измерений. Это происходит из-за наличия контактной жидкости при использовании пьезоэлектрических преобразователей для возбуждения и приема ультразвука.

Ниже приведены основные недостатки метода, связанные с применением пьезоэлектрических преобразователей:

- необходимость специальной качественной подготовки поверхности (удаление грязи, ржавчины, зачистка поверхности объекта до шероховатости не хуже Яг40);

- необходимость применения контактных веществ (для ввода продольной волны необходимы жидкие контактные вещества, для ввода поперечной волны прямым преобразователем необходимы густые контактные вещества, такие как мед или эпоксидная смола);

- различная толщина контактной жидкости при различном положении преобразователя (во время тарировки оборудования на образцах, а также во время измерений на объекте контроля толщина слоя контактного вещества

может отличаться в зависимости от усилий прижатия преобразователя, качества поверхности и других параметров);

- различные усилия прижатия преобразователя к объекту контроля;

- износ пьезопластин (поскольку для задач определения напряжений применяются преобразователи с открытыми пьезопластинками, то их надежность и долговечность невелика);

- необходимость контроля качества акустического контакта (т.к. недостаточное качество акустического контакта может вносить существенные погрешности);

- различные точки ввода различных типов волн (на пьезоэлектрических комбинированных преобразователях пьезопластинки для ввода различных типов волн разнесены, поэтому говорить, что измеряются значения напряжений в точке можно говорить с некоторыми оговорками);

- сложность применения при высоких температурах.

Из выше сказанного следует, что для практического применения методов акустоупругости на реальных инженерных объектах необходимо применять бесконтактные электромагнитно-акуетические преобразователи (ЭМАП) для возбуждения и приема ультразвуковых волн.

Ещё одним фактором, препятствующим применению метода акустической тензометрии на практике, является несовершенство методики измерения напряжений. На изменение характеристик распространения упругих волн влияет не только изменение упругих модулей, т.е. в конечном счёте - деформация, но и иные физические поля (температурное, электромагнитное др.) [15]. Поэтому не всегда достаточно судить о величине напряжений лишь по одному параметру. Необходима методика, основанная на измерении акустических параметров различных типов волн.

В данном работе предложена методика определения напряжений с использованием в комплексе головной волны для определения поверхностных значений напряжений, а также объемных волн для определения интегральной по толщине величины напряжений.

1.5. Электромагнитно-акустическое преобразование

Понятие электромагнитного возбуждения ультразвука сформировалось в 60х годах в работах В.М. Канторовича с соавторами [36 - 38], М.И. Каганова и В.Б. Фикса [39 - 41] при изучении процессов трансформации электромагнитных и упругих волн в металлах. Источником возникновения упругих колебаний в таких средах выступают силы, действующие со стороны электронной подсистемы металла на кристаллическую решетку.

Основным отличием электромагнитно-акустического преобразователя (ЭМАП) является то, что при его использовании не требуется создания акустического контакта, так как ультразвуковые колебания возникают непосредственно в поверхностном слое контролируемого металла.

ЭМА методы возбуждения и приема ультразвуковых колебаний основаны на явлениях магнитострикции, магнитного и электродинамического взаимодействия. Магнитострикцией называют явление изменения геометрических размеров ферромагнитных материалов под воздействием изменяющегося внешнего магнитного поля. Обратный эффект называют магнитоу пру гостью.

Бесконтактное возбуждение и прием ультразвуковых колебаний осуществляют за счет магнитострикционного и магнитоупругого эффектов, наблюдаемых непосредственно в контролируемом изделии. Схема ЭМАП (рис. 1.2). В намагниченном магнитом 1 изделии 3 под действием катушки 2 с переменным током возбуждается переменное магнитное поле, которое вызывает в объеме изделия вблизи поверхности эффект магнитострикции.

Рис. 1.2. Схема простейшего ЭМА-преобразователя

Магнитное взаимодействие заключается во взаимном притяжении и отталкивании ферромагнитного материала и проводника (катушки) с переменным электрическим током. Например, под действием постоянного магнитного поля изделие намагнитится. Катушка с переменным током будет притягиваться и отталкиваться от него в зависимости от направления образовавшегося в ней магнитного поля. Притяжение и отталкивание катушки будет оказывать обратное механическое воздействие на изделие, что приведет к возбуждению упругих колебаний на его поверхности. Возникающие при этом силы будут поверхностными, поскольку магнитный полюс образуется на поверхности изделия. Прием упругих колебаний будет происходить в результате того, что поверхность изделия будет приближаться и удаляться от катушки, изменяя в ней магнитное поле, что в свою очередь приведет к возникновению электрического тока в катушке.

Электродинамическое взаимодействие состоит в возбуждении в токопроводящем материале вихревых токов, которые взаимодействуют с постоянным магнитным полем и вызывают колебания "электронного газа", а это в свою очередь приводит к возбуждению колебаний атомов, т.е. кристаллической решетки материала. Например, вихревые токи (рис. 1.2), индуцируемые в изделии катушкой 2 с переменным током, будут направлены перпендикулярно плоскости чертежа (отмечены точками), а силы их взаимодействия с магнитным полем - параллельно поверхности изделия. В результате в изделии возбудится поперечная волна. Поскольку вихревые токи распределены в слое конечной толщины, возникающие упругие силы будут носить объемный характер, но вследствие скин-эффекта они будут концентрироваться в узком подповерхностном слое. Обратный эффект состоит в возбуждении вихревых токов в металле, колеблющемся в постоянном поле под действием упругих волн. Эти вихревые токи индуцируют переменный ток в катушке 2, которая в данном случае служит приемником.

Эффекты магнитострикции и магнитного взаимодействия позволяют возбуждать продольные ультразвуковые волны как в ферромагнитных металлах, так и в магнитодиэлектриках. При определенной взаимной ориентации поля подмагничивания и переменного поля эффект магнитострикции может обеспечить возбуждение поперечных волн. Электродинамический эффект обуславливает возбуждение волн разных типов в любых токопроводящих материалах.

За счет электродинамического эффекта ЭМА-преобразователи возбуждают волны самых разных типов. При проектировании ЭМА-преобразователя для возбуждения волн определенного типа следует иметь в виду, что возникающие при электродинамическом взаимодействии силы пропорциональны векторному произведению индуцированного в изделии тока на индуктивность магнитного поля. Отсюда следует, что направление колебаний в волне перпендикулярно направлениям как электрического тока, так и магнитного поля [56].

Вопросами закономерностей электромагнитного метода приема и излучения различных типов волн много занимались С.Н. Шубаев, Ю.М. Шкарлет, Н.Н. Локшина, Г.А. Буденков и др.

Для задач определения напряжений больше подходят ЭМА-преобразователи, основанные на электродинамическом принципе возбуждения. Это обусловлено, как возможностью возбуждать различные типы волн как в магнитных, так и в немагнитных материалах. Также размеры и база этих преобразователей гораздо меньше, чем размеры и база преобразователей, основанных на эффекте магнитострикции [61].

1.6. Постановка задач исследования

1. Выявить наиболее чувствительные типы волн для задач измерения напряжений в основном металле линейной части магистрального трубопровода.

2. Установить зависимости акустических параметров головных волн от действующих механических напряжений.

3. Разработать и создать оборудование для бесконтактного определения напряжений.

4. Провести экспериментальную проверку созданного оборудования с использованием разработанных алгоритмов.

5. Разработать методику определения механических напряжений линейной части магистральных трубопроводов.

Выводы главы 1

1. Поскольку магистральные газопроводы находятся под действием множества различных видов нагрузок, то для определения его остаточного ресурса, помимо информации о механических и физических свойствах материала, наличии в нем дефектов и их параметров, необходимо знать реальные значений механических напряжений. На данный момент отсутствует экспресс-метод, способный определять механические напряжения на действующем магистральном трубопроводе.

2. Анализ всех методов неразрушающего определения механических напряжений показал, что наиболее перспективным является акустический метод.

3. Малая применимость метода акустической тензометрии на практике объясняется использованием пьезоэлектрических преобразователей для возбуждения ультразвука. Чтобы избежать проблем, связанных с контактным методом, предложено использование ЭМА-метода.

Заключение диссертации по теме «Методы контроля и диагностика в машиностроении», Щипаков, Никита Андреевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Поскольку магистральные газопроводы находятся под действием множества различных видов нагрузок, то для определения их остаточного ресурса, помимо информации о механических и физических свойствах материала, наличии в нем дефектов и их параметров, необходимо знать реальные значений механических напряжений. На данный момент отсутствует экспресс-метод, способный определять механические напряжения на действующем магистральном трубопроводе.

2. Малая применимость метода акустической тензометрии на практике объясняется некорректным измерением относительных акустических параметров упругих волн в объекте контроля из-за наличия слоя контактной жидкости, необходимой при использовании контактных пьезоэлектрических преобразователей, а также несовершенством методики контроля. Чтобы избежать проблем, связанных с контактным методом, предложено для задач определения интегральных по толщине значений напряжений использование ЭМА-метода. Погрешность определения интегральных по толщине значений напряжений с использованием бесконтактных ЭМА-преобразователей в 3,5 раза ниже по сравнению с контактными преобразователями.

3. Анализ чувствительности различных типов волн к действующим напряжениям показал, что в случае определения напряжений с поверхности контролируемого объекта параллельной плоскости действия напряжений наиболее чувствительной является головная волна, распространяющаяся вдоль действия нагрузки.

4. Показано, что в случае одноосного НДС более достоверные результаты определения значений поверхностных напряжений с применением головных волн получены при использовании акустического параметра, который представляет собой относительную разницу времен распространения головной волны вдоль действия нагрузки и без нагрузки.

5. Получены зависимости для определения поверхностных значений механических напряжений в случае двухосного НДС через 4 акустоупругих коэффициента и 2 акустических параметра, представляющих собой относительные разницы времен распространения головных волн вдоль действия нагрузки и без нагрузки, распространяющихся в перпендикулярных направлениях относительно друг друга. Эксперименты подтверждают возможность определения напряжений при двухосном НДС при помощи головных волн с погрешностью, не превышающей 10 % от предела текучести материала.

6. Разработано оборудование АСБАТ и комплексный ЭМА-преобразователь для оперативного бесконтактного определения интегральных по толщине значений механических напряжений.

7. Предложена оригинальная методика определения напряжений в точке с применением в комплексе объемных волн, для определения интегрального значения напряжений по толщине стенки трубопровода, а также головных волн, для определения поверхностных значений напряжений.

95

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Щипаков, Никита Андреевич, 2012 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Российский статистический ежегодник. 2011: Стат.сб. Р76.- М.: Росстат, 2011. - 795 с.

2. СНиП 2.05.06-85 Магистральные трубопроводы. - М.: Государственный комитет СССР по делам строительства, 1985. - 40 с.

3. MP 103-83. Методические рекомендации. Расчёты и испытания на прочность. Экспериментальные методы определения напряженно-деформированного состояния элементов машин и конструкций. Определение макронапряжений рентгеновским методом. - М.: ВНИИНМАШ, 1983.- 48 с.

4. Клюев В.В. Неразрушающий контроль и диагностика - фундамент технической безопасности 21 века// Дефектоскопия.- 1994.- № 5.- С. 8-24.

5. Матросов Ю.И., Литвиненко Д.А., Голованенко С.А. Сталь для магистральных трубопроводов. - М.: Металлургия, 1989.- 288 с.

6. Гриб В.В. Диагностика технического состояния оборудования нефтегазохимических объектов. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2002. -268 с.

7. Остаточные напряжения в деформируемых твердых телах / Г.Н. Чернышев [и др.]. - М.: Наука.Физматлит, 1996. - 63 с.

8. Антонов A.A. Разработка научных основ метода определения остаточных напряжений в сварных конструкциях с применением голографической интерференции: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - М., 1984. - 470 с.

9. Венгринович В.Л. Принципы и практика диагностики напряженно-деформированного состояния конструкций, изделий и сварных соединений // В мире неразрушающего контроля.- 2005.- №1 (27).- С. 4-9.

10. Венгринович В.Л., Денкевич Ю.Б., Цукерман В.Л. Новые возможности НК напряжений методом эффекта Баркгаузена // В мире неразрушающего контроля.- 2005.- №1 (27).- С. 36-40.

11. Матюк В.Ф., Кулагин В.Н. Контроль структуры, механических свойств и напряженного состояния ферромагнитных изделий методом

коэрцитиметрии // Неразрушающий контроль и диагностика.- 2010.- №3.- С. 4-14.

12. Алёшин Н.П., Прилуцкий М.А. Возможности методов неразрушающего контроля при оценке напряженно-деформированного состояния нагруженных металлоконструкций // Сварка и диагностика.-2011.-№6.-С. 44-47.

13. Щербинин В.Е., Мужицкий В.Ф., КулеевВ.Г. О «новых физических эффектах», открытых А.А. Дубовым и В.Т. Власовым // Контроль. Диагностика.- 2003.- № 9.- С. 27-29.

14. О проблемах применимости метода магнитной памяти металла при контроле напряженно-деформированного состояния металлоконструкций / М.Б. Аркулис [и др.] // Дефектоскопия.- 2009.- №12.- С. 10-12.

15. Трофимов А.И., Минин С.И., Трофимов М.А. Методы контроля динамических напряжений в элементах конструкций ЯЭУ. - М.: Энергоатомиздат, 2005. - 203 с.

16. Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. - М.:

Наука, 1977.-399 с.

17. Рыжова Т.Б. Оценка достоверности ультразвукового контроля качества заклепочных соединений с натягом // Дефектоскопия.- 1994.- № 6.-С.17-21.

18. Лифшиц И.М., Пархомовский Г.Д. К теории распространения ультразвуковых волн в поликристаллах // ЖЭТФ.- 1950.- №20, вып. 2.- С. 175-182.

19. Бобренко В.М., Вангели М.С., Куценко А.Н. Акустические методы контроля напряжённого состояния материала машин.- Кишинёв: Штиинца, 1981.- 148 с.

20. Бобренко В.М., Куценко А.Н., Малахов И.П. Акустический контроль механических напряжений.- Одесса: Аз^оргЫ, 1997.- 272 с.

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

22. Углов A.JI. Разработка спектрально - акустического метода оценки физико - механических характеристик конструкционных материалов и его аппаратно - программных средств поддержки: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - Нижний Новгород, 2004. - 270 с.

23. Прилуцкий М.А. Разработка методики и оборудования определения напряженно-деформированного состояния линейной части газопроводов: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М., 2009. - 103 с.

24. Ботаки A.A., Ульянов B.JL, Шарко A.B. Ультразвуковой контроль прочностных свойств конструкционных материалов.- М.: Машиностроение, 1983.- 80 с.

25. Truesdell С. General and theory of waves in finite elastic strain // Arch. Rati. Mech. Anal.- 1961.- Vol. 8.- P. 263-296.

26. Гузь A.H., Махорт Ф.Г., Гуща О.И. Введение в акустоу пру гость.-Киев: Наукова думка, 1977.- 148 с.

27. Муравьев ВВ., Зуев Л.Б., Билута Л.Б. Взаимосвязь структуры и механических свойств инструментальной углеродистой стали со скоростью распространения ультразвуковых колебаний // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 1992. - № 2. - С. 69 - 71.

28. Никитина Н.Е. Исследование структурного и напряженного состояния твердых сред с помощью упругих волн: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук - Нижний Новгород, 1994. - 327 с.

29. Неразрушающий контроль: Справочник; В 7 т. / Под общ. Ред. В.В. Клюева.- М.: Машиностроение, 2004.- Т.З: Ультразвуковой контроль / И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. - 864 с.

30. Неразрушающий контроль; В 5 кн. / Под ред. В.В. Сухорукова. -М.:Высшая Школа, 1991. - Кн. 2: Ермолов И.Н., Алёшин Н.П., Потапов А.И. Акустические методы контроля: Практ. пособие .- 283 с.

31. Акустические методы и средства исследования напряженно-деформированного состояния металла конструкций и сооружений / A.A.

Самокрутов [и др.] // В мире неразрушающего контроля. - 2005.- №1(27).- С. 22-26.

32. Пат. RU 2190212 С2 Российская Федерация, МПК G01N29/00. Способ измерения механических напряжений в конструкционных материала / А.Л. Углов, В.М Попцов, О.Ю. Баталии. - № 2000132492/28; заявл. 25.12.2000; опубл. 27.09.2002 // БИ.- 2002.- № 19.

33. Пат. RU 2192634 С1 Российская Федерация, МПК G01N29/00. Способ измерения осевых механических напряжений в трубопроводах / А.Л. Углов, О.Ю. Баталин. - № 2001103566/28; заявл. 06.02.2001; опубл. 10.11.2002//БИ.-2002.-№ 32.

34. Углов А.Л., Попцов В.М. Новая автоматизированная система неразрушающего контроля прочности и надежности элементов машин и конструкций // Машиностроитель. - 1993. - №11. - С.2-4.

35. Кондратьев А.И. Прецизионные измерения скорости и затухания ультразвука в твердых телах // Акустический журнал. - 1990. - № 3. - С.470-476.

36. Канторович В.М., Глуцюк A.M. Преобразование звуковых и электромагнитных волн на границе проводника в магнитном поле // ЖЭТФ.-1961.-Т. 41.-С. 1195.

37. Канторович В.М., Тищенко H.A. Преобразование звуковых и электромагнитных волн на границе упругого проводника в магнитном поле // Изв. Вузов. Радиофизика.- 1963.- Т. 6, Вып. 1.- С.24-36.

38. Канторович В.М. Увлечение кристаллической решетки электронами проводимости и соотношения Онсагера между электроакустическими коэффициентами // ЖЭТФ.- 1970.- Т.59, вып.6(12).- С.2116-2129.

39. Каганов М.И., Фикс В.Б. Возбуждение звука током в металлических пленках//ФММ.- 1965.-Т. 19.-С. 489.

40. Каганов М.И., Фикс В.Б., Шикина Н.И. Возбуждение звука электромагнитной волной на поверхности металла // ФММ.-1968.- Т.26, № 1.-СЛ1-17.

41. Каганов М.И., Фикс В.Б. О генерации длинно волновых фононов электромагнитными волнами // ЖЭТФ.- 1972.- Т.62, №4.- С. 1461-1471.

42. Бучельников В.Д., Васильев А.Н. Электромагнитное возбуждение ультразвука в ферромагнетиках // Успехи физических наук / МГУ им. М.В. Ломоносова.- 1992.-Т. 162, №3.- С. 89 - 128.

43. Белов К.П. Магнитострикционные явления и их технические приложения. — М.: Наука, 1987.- 150 с.

44. Acoustic methods for obtaining Barkhausen noise stress measurements / Burkhardt G.L. [et al.] // Mat. Eval.- 1982.- V. 40, № 6.- P. 669-675.

45. Vengrinovich V., Vishnevsky A., Knyazev M. The principles of depth analysis of surface hardened layers by magnetic noise method // J. Res. in NDE.-1992.-V. 4, №1.-P. 19-27.

46. Tsukerman V., Vengrinovich V. Stress and texture measurements using Barkhausen noise and angular scanning of driving magnetic field // 16 Int.conf. WCNDT: Book of Abstracts. - Montreal (Canada), 2004.-P. 95.

47. Goldfme N.J., Melcher J.R. Magnetometer having periodic winding structure and material property estimator / U.S. Patent № 5,453,689, Sep. 26, 1995.

48. Residual and applied stress estimation from directional magnetic permeability measurments with MWM sensors / V. Zilberstein [et al.] // ASME J. Pressure Vessel Techn.-2002.-№ 3.-P. 127-136.

49. Benson R.W., Raelson V.J. From ultrasonics to a new stress-analysis technique. Acoustoelasticity // Product. Eng.- 1959.- Vol. 30, № 29.- P. 56-59.

50. Consideration of nondestructive inspection using frequency analysis method of ultrasonic pulse signals / Y.Tomikawa [et al.] // Jap. Journ. Appl. Phys.-1987.-№ 26, Suppl. 26-2.- P.162-166.

51. Kroner E., Datta В. K. Non-Local Theory of Elastisity for a Finite Ingo-mogeneous Medium - a Derivation from Lattice Theory // Fundamental Aspects of Dislocation Theory. - 1970.- V. 2.- P. 737 - 746.

52. Narayana P.A., Ophir J. Spektral shift of ultrasonic propagation; a study of theoretical and experimental model // Ultrasonic Imaging.- 1983.- №5.- P.22-29.

53. Schneider E. Untersuchung der materialspezifischen Einflüsse und verfahrenstechnische Entwicklungen der Ultraschallverfahren zur Spannungsanalyse an Bauteilen. - Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, 2000. -154 s.

54. Pao Y.-H., Sachse W., Fukuoka H. Acoustoelasticity and Ultrasonic Measurements of Residual Stresses // Physical Acoustics.- 1984.-Vol. XVII, Chapter 2.-P. 61-143.

55. Schreider E., Chu S.L., Salama K. Nondestructive determination of mechanical properties // Rev. Progr. Quant. Nondestruct. - 1985. - № 2.- P.867-873.

56. Методы акустического контроля металлов/ Н.П. Алёшин [и др.]; Под. ред. Н.П. Алёшина. - М.: Машиностроение, 1989. - 456 с.

57. Об оценке влияния длительной эксплуатации на механические свойства и структуру металла магистральных нефтепроводов / Н.П. Лякишев [и др.] // Заводская лаборатория.Диагностика материалов.-2007.-№1-С. 75-82.

58. Структура и свойства металла магистрального газопровода после 30 лет эксплуатации в условиях крайнего севера / О.И. Слепцов [и др.] // Деформация и разрушение материалов.- 2006.-№3- С. 21-23.

59. Щипаков H.A. Применение электромагнитно-акустического способа возбуждения ультразвука для контроля механических напряжений // Сварка и диагностика.-2010.- №4.- С. 55-56.

60. Щипаков H.A., Козлов Д.М. Аппаратное средство бесконтактной акустической тензометрии // Сварка и диагностика.-2010.- №5.- С. 53 - 54.

61. Щипаков H.A. Оценка напряженного состояния с применением акустической тензометрии // Будущее машиностроения России: Сб. тр. Всерос. конф. молодых ученых и специалистов - М., 2010.- С. 113.

62. Алёшин Н.П., Щипаков H.A., Прилуцкий М.А. Перспективы определения механических напряжений головными волнами // Будущее машиностроения России: Сб. тр. Всерос. конф. молодых ученых и специалистов-М., 2011.-С. 116.

63. Пат. RU 2441230 С1 Российская Федерация, МПК G01N 29/04. Электромагнитно-акустический преобразователь / Н.П. Алёшин, М.А. Прилуцкий, Д.М. Козлов, H.A. Щипаков; Патентообладатели: Российская Федерация, от имени котор. выступ. Министер. образов, и науки РФ, ФГУ НУЦ «Сварка и контроль» при МГТУ им. Н.Э. Баумана.- № 2010143309/28; заявл. 25.10.2010; опубл. 27.01.2012//БИ.-2012.-№3.

64. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учебник для вузов. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 592 с.

65. Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела / Под ред. И.Г. Михайлова, В.В. Леманова - М.: Мир, 1972.307 с.

66. Углов А.Л., Ерофеев В.И., Смирнов А.Н. Акустический контроль оборудования при изготовлении и эксплуатации. - М.: Наука, 2009. - 280 с.