СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ПОЛЗУЧЕСТИ

Изобретение относится к неразрушающему контролю, в частности к раннему выявлению и измерению опасных деформаций ползучести в труднодоступных элементах конструкций, в том числе из бетона, и может быть использовано в машиностроении, теплоэнергетике, строительстве, гидротехнических сооружениях, транспортном тоннелестроении и шахтостроении.

Известно устройство для диагностики предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения, содержащее набор хрупких тензоиндикаторов, настроенных на уровень пороговой деформации, и фильтр отделения сигналов образования трещин в хрупком слое тензоиндикаторов от сигналов помех, по патенту RU №2403564, опубликован 20.07.2010 г. Данное техническое решение имеет ряд ограничений по условиям применения, требует доступности свободной поверхности для наклейки одноразовых датчиков, пониженную надежность.

Известен также способ контроля поверхностных деформаций по патенту RU №2121655, опубликован 10.11.1998 г. Согласно данному изобретению, над испытуемым объектом устанавливают плоский штатив, в вертикальных внутренних гнездах которого находятся фиксированно разнесенные подпружиненные пишущие узлы, рабочие окончания которых вводят в контакт с противолежащими им элементами поверхности испытуемого объекта. Штатив крепят к неподвижной части стенда и определяют деформацию испытуемого объекта. Такое техническое решение имеет ограниченную применимость из-за необходимости доступной свободной поверхности контролируемого элемента и пространства вокруг нее.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по достигаемому результату является «Способ определения деформации ползучести труб паропроводов и пароперегревателей», заключающийся в периодическом измерении размеров контролируемого элемента на участках с максимальной скоростью деформации ползучести, по заявке RU №95109627, опубликовано 10.05.1997 г. Недостаток этого способа - он подходит только для объектов, доступных для прямых обмеров.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является выявление и периодическое либо постоянное дистанционное измерение деформаций ползучести с повышенной надежностью и точностью в труднодоступных элементах конструкций.

Для решения поставленной задачи предложен способ выявления и измерения деформаций ползучести, включающий размещение в труднодоступном контролируемом элементе, подверженном в условиях эксплуатации вероятности деформации текучести, ползучести и даже разрушения от некоторой возможной нагрузки, датчиков деформации в местах и направлениях максимальных напряжений; дополнительное размещение вблизи и параллельно этим датчикам деформации таких же дублирующих датчиков, причем все дублирующие датчики вмонтированы в добавочный элемент конструкции, эквидистантный контролируемому, но выполненный из более прочного упругого материала; проведение периодических измерений посредством опроса каждой пары датчиков; констатацию проявления текучести или ползучести контролируемого элемента при условии, что величина его деформации в течение некоторого периода времени растет при меньшем или нулевом росте величины деформации добавочного элемента в этом же месте; определение величины деформации текучести или ползучести по формуле: Е_т/п=(|Е₂|-|E₁|)>0, где |E₁| - абсолютная величина деформации добавочного элемента, а |Е₂| - абсолютная величина деформации контролируемого элемента.

Технический эффект предлагаемого изобретения заключается в упрощении и повышении точности определения деформаций ползучести в труднодоступных элементах конструкций.

Способ осуществляется следующим образом: размещают в труднодоступном контролируемом элементе, подверженном в условиях эксплуатации вероятности деформации ползучести и разрушения от некоторой постоянной нагрузки, датчики деформации в местах и направлениях максимальных напряжений. Существенное отличие предлагаемого способа в том, что для раннего выявления в контролируемом элементе перехода от упругих деформаций к текучести и далее к ползучести и для количественного ее определения к каждому датчику добавляют вблизи и параллельно дублирующий датчик. Все дублирующие датчики размещены в добавочном элементе конструкции, эквидистантном, т.е. подобном, контролируемому, являющемуся по существу его частью и воспринимающему такие же напряжения, но выполненному из безусловно более прочного упругого материала, исключающего в нем проявления ползучести в данных условиях. После чего проводят периодические измерения посредством опроса каждой пары датчиков.

Эксперименты авторов показали, что в зоне упругих деформаций обоих материалов элементов конструкции показания в каждой паре датчиков совпадают. Заметные различия в деформации возникают, когда с ростом нагрузки в контролируемом материале начинает проявляться текучесть и затем ползучесть, то есть нелинейность деформации от нагрузки, в то время как упругий материал добавочного элемента деформируется все также по линейному закону.

Определяют величины деформации текучести или ползучести по формуле: E_т/п=(|Е₂|-|E₁|)>0, где |E₁| - абсолютная величина деформации (растяжения или сжатия) добавочного элемента, a |E₂| - абсолютная величина деформации контролируемого элемента.

Оценка разности деформаций в парах датчиков позволяет вовремя принять меры по предотвращению разрушения контролируемого элемента.

Пример. Предложенный способ используют при размещении дублирующих датчиков в тех элементах конструкции, которые уже заложены при проектировании и имеют безусловно упругие свойства в рабочем диапазоне нагрузок. Это может быть стальная арматура в железобетоне или чугун либо сталь в комбинированных оболочках тоннелей и шахт.

На фиг.1 показана схема размещения датчиков деформации в вертикальном стволе шахты с комбинированной цилиндрической оболочкой. Слой 1 оболочки - металлический, слой 2 - бетонный, контролируемый на предмет возникновения ползучести. Бетон окружает земная порода 3. Датчики 4, например высоконадежные серийные струнные, вмонтированы попарно в металл и бетон тангенциально, по направлению максимальных деформаций (как показали исследования авторов) и с момента затвердения бетона начинают реагировать на горное давление 5, сжимающее оболочку шахты. Проводятся периодические измерения посредством опроса каждой пары датчиков. Пока деформации обоих слоев упругие, их величины одинаковы: E₁=Е₂, где E₁ - величина деформации металлической оболочки, а Е₂ - величина деформации бетонной оболочки. Как только рост Е₂ начинает опережать рост E₁, это означает появление критического состояния текучести бетона. А если деформация бетона в течение некоторого периода времени растет при нулевом изменении деформации металла, то это явление ползучести бетона. Величина добавочной деформации от текучести или ползучести бетонной оболочки равна разности абсолютных величин измеренных значений деформации (растяжения или сжатия) в паре датчиков: Е_т/п=(|Е₂|-|E₁|)>0.