Estimation of the structural elements damage based on coercitiveve force measurements report 1. Development of the coercimetric control method for estimation of metal structures damage degree under mechanical loading

Abstract

Наведено аналіз відомих методів неруйнівного контролю для діагностування технічного стану відповідальних елементів конструкцій в умовах експлуатації шляхом виявлення деградації службових властивостей металу й еволюції структури та дефектів різного походження. Встановлено, що еволюція вихідної структури в локальних високонавантажених зонах у процесі циклічного пружнопластичного деформування призводить до втрати суцільності металу з наступним руйнуванням. Показано, що моніторинг залишкового ресурсу відповідальних елементів конструкцій в умовах експлуатації зазвичай проводять за методиками з використанням спеціальних приладів і обладнання неруйнівного контролю, зміни параметрів яких характеризують деградацію механічних властивостей металу, тобто ступінь пошкодження матеріалу. Встановлено, що увесь процес накопичення пошкоджень в умовах експлуатації поділяють на дві основні стадії: стадії зародження і стадії поширення тріщин, оскільки закономірності процесів пластичного деформування і руйнування при різних видах навантаження мають багато спільного. Показано вплив виду навантаження на природу походження та вид накопичених пошкоджень. Для оцінювання ступеня пошкодження металу при механічному навантаженні використовували неруйнівний метод контролю, де основним параметром діагностування обрана коерцитивна сила, як найбільш чутлива до структурних змін і пов'язана лінійною залежністю з механічними властивостями, відображає деградацію механічних властивостей металу і може слугувати мірою накопичення пошкоджень. Показано, що чутливість і точність вимірювання магнітних властивостей (коерцитивної сили) в локальних поверхневих зонах руйнування буде залежати від габаритів датчика і глибини намагнічування металу. На основі проведених пошукових досліджень розробникові приладу запропоновано удосконалити наявний структуроскоп шляхом зменшення розмірів датчика для вимірювання значень коерцитивної сили та глибини намагнічування металу. Використання удосконаленого структуроскопу для коерцитивного контролю в умовах циклічного навантаження дозволить проводити повноцінну діагностичну експертизу поточного стану елементів конструкції одним і тим же приладом, а не сумішшю дефектоскопії з дефектометрією, як це має місце сьогодні.

Analysis of the known methods of non-destructive testing for diagnosing the technical condition of critical construction elements under operation conditions is carried out by means of detection of the metal service properties degradation and the evolution of the structure and defects of various origins. It is determined that the initial structure evolution in local high-loaded areas in the course of cyclic elastic-plastic deformation results in metal solidity loss with subsequent destruction. It is shown that monitoring of the residual resource of the structure critical elements under operation conditions is usually carried out according to the techniques using special devices and equipment for non-destructive testing, which parameters change characterizes the degradation of metal mechanical properties, that is, the material damage degree. It is determined that the whole process of damage accumulation under operation conditions is divided into two main stages: the stages of cracks origin and propagation, since the laws of processes of plastic deformation and fracture under different load types have a lot in common. The influence of the load type on the origin nature and the accumulated damage type is shown. To estimate the metal damage degree under mechanical loading, non-destructive control method was used, where the coercive force was chosen as the main parameter of diagnosis, as the most sensitive to structural changes and bound by linear dependence with mechanical properties, reflects metal mechanical properties degradation and can serve as a measure of damage accumulation. It is shown that the sensitivity and accuracy of the magnetic properties (coercive force) measurement in the local surface destruction areas depends on the sensor dimensions and metal magnetizing depth. On the basis of conducted researches the developer of the device is proposed to improve the existing structroscope by reducing the dimensions of the sensor for measuring the values of the coercive force and the metal magnetizing depth. The use of improved structuroscope for coercive control under cyclic loading makes it possible to carry out complete diagnostic examination of the current state of structure elements by the same device, and not the combination of defectoscopy with defectometry, as it is done at present.