Диаграмму предельных

На рис. 1.34, а штриховая линия — график / в случае излучения коротких импульсов. Предполагается, что импульсы имеют колоколообразную форму, причем за период колебаний амплитуда уменьшается в 5 раз. Как видно из рисунка, в случае излучения коротких импульсов максимумы и минимумы заметно сглаживаются. Такой же эффект дает учет затухания ультразвука и множителя х, определяющего диаграмму направленности элементарных источников.

При этом нежелательно увеличение внешних размеров преобразователя, так как это расширяет поперечное сечение поля в ближней зоне и затрудняет контакт преобразователя с поверхностью ОК. Нежелательно также уменьшение площади рабочей поверхности, так как это приводит к понижению чувствительности к дефектам. Выполнить все эти требования одновременно не удается. Например, кольцеобразный преобразователь имеет более узкую диаграмму направленности, чем дискообразный и другие типы преобразователей при одном и том же значении внешнего размера. Однако увеличивается уровень помех от боковых лепестков, имеются значительные осцилляции в ближней зоне и уменьшается полезная площадь.

Пьезопластину ПЭП делают обычно круглой. Размеры выбирают с учетом поля излучения-приема. Увеличение диаметра сужает диаграмму направленности в дальней зоне, но в то же время увеличивет протяженность ближней зоны, где оценка размеров и местоположения дефектов затрудняется наличием максимумов и минимумов сигнала. Целесообразно применять пластины малого размера для контроля тонких изделий и большого — для контроля изделий значительной толщины.

Здесь б = ф —6 — угол падения луча на дефект. Последний множитель определяет диаграмму направленности отражателя, который рассматривается как вторичный излучатель; например, для дискообразного отражателя

Диаграмму направленности наклонного преобразователя Ф представим, как образованную мнимым излучателем (см. п. 1.6.3) размером 2ai = 2a cos a/cos р\ Путем в призме пренебрегаем. Введем 0=а — «i, где a—угол ввода, а eti — текущее значение угла при перемещении преобразователя по поверхности. Угол а экспериментально определяют по максимуму амплитуды излучения на цилиндрической поверхности образца типа СО-3.

Сухой точечный контакт. Преобразователи дефектоскопов, реализующих перечисленные методы, имеют контактные наконечники с рабочими поверхностями в форме сфер с радиусами кривизны 2.. .25 мм. Преобразователь прижимают к сухой поверхности ОК с силой FO, которая обычно намного больше амплитуды переменной силы F~, обусловленной колебаниями преобразователя. Ввиду того что площадь контакта мала (сотые и десятые доли квадратного миллиметра), преобразователи имеют круговую диаграмму направленности.

АНТЕННАЯ РЕШЁТКА - сложная ан-тенна, состоящая, как правило, из рядов однотипных элементов (напр., вибраторов, щелей, рупоров), сфа-зированныхопредел. образом. Расположение элементов и соотношение фаз возбуждаемых в них колебаний в совокупности обеспечивает А.р. острую (в виде луча) диаграмму направленности. Различают А.р. с неизменяемой диаграммой направленности (синфазные антенны, антенны бегущей волны, др. А.р. из мн. вибраторов) и с электронным управлением диаграммой направленности (т.н. синтезированные А.р.).

Дифференциальный режим создается благодаря наличию перед излучающей антенной металлического стержня, имеющего двухлепестковую диаграмму направленности, что обеспечивает выделение сигнала только в случае различных условий распространения энергии СВЧ по этим двум направлениям. Если условия одинаковые, то сигнал отсутствует.

Диаграмму направленности в совмещенном режиме снимают на том же образце. Прямой или наклонный преобразователь смещают относительно отверстия (изменяют L на L'). При этом изменяется угол 9, отсчитываемый от прямой, определяемой углом ввода а (для прямого преобразова-

теля а = 0). Измеряют изменение ам" плитуды эхо-сигнала р (0) и учитывают поправку, связанную с изменением расстояния от преобразователя до отверстия, с помощью формул, приведенных в табл. 8. Влиянием затухания УЗК в образце пренебрегают. Диаграмму направленности при излучении-приеме О2 (9) определяют •• по формуле

отражения ультразвука от структурных неоднородностей изделия (структурные шумы); являются основным фактором, ограничивающим возможность контроля или предельную чув-.ствительность при проверке изделий из крупнозернистых материалов [21]. Для улучшения выявляемое™ дефекта на фоне структурных шумов акустическое поле преобразователя следует максимально сконцентрировать в зоне предполагаемого расположения дефекта. Если дефект находится в дальней зоне, по возможности сужают диаграмму направленности, увеличивая диаметр преобразователя. Если дефект попадает в ближнюю зону преобразователя, рекомендуется применять фокусировку ультразвука. Полезно также уменьшать длительность импульсов, применять импульсы колоколо-образной формы, продольные волны вместо поперечных (для них меньше коэффициент рассеяния), раздельные преобразователи. Выявляемость дефектов на фоне структурных шумов облегчается при использовании системы ВАРУ и компенсированной отсечки в усилителе дефектоскопа.

Чтобы дать характеристику усталостной прочности материала, определяют опытным путем наибольшие напряжения различных предельных циклов, на основании которых строят диаграмму предельных напряжений. Одна из таких диаграмм, построенная в координатах (0т, оа), показана на рис. 157

Имея диаграмму предельных циклов для того или иного материала, построенную по экспериментальным данным, всегда можно определить степень опасности рассматриваемого цикла напряжений в отношении усталостной прочности. Вначале по формуле (15.4) находят угол ср, а затем под этим углом проводят луч до пересечения с кривой ABC. Сумма координат точки пересечения равна величине аг. Совершенно очевидно, что если точка М, характеризующая заданный цикл, расположена внутри области ОАВС, то циклическая прочность материала будет обеспечена.

Для расчета винтов обычно используют диаграмму предельных напряжений в координатах: средние напряжения а„, — предельные напряжения агп.Х (рис. 7.28).

Можно более точно построить диаграмму предельных циклов, если кроме о Л известно также и <т0.

Для того чтобы охарактеризовать сопротивляемость металла действию переменных напряжений с различной асимметрией цикла, строят так называемую диаграмму Смита или диаграмму предельных напряжений при асимметричных циклах (рис. 6). По оси ординат откладывают наибольшее напряжение цикла о~тах, а по оси абсцисс — среднее напряжение цикла 0т. Линия CAB на этой диаграмме соответствует предельным по разрушению условиям. Точки, лежащие ниже этой линии, характеризуют те сочетания ат и 0Шах, которые не вызывают разрушения при числе циклов до NB . Точки, лежащие выше линии CAB, характеризуют те сочетания напряжений ат и amaz, при которых разрушение происходит при числе циклов Л?<МБ .

Испытания на усталость, как правило, производят при средних напряжениях ниже предела текучести стали; поэтому при средних напряжениях, превышающих предел текучести as, диаграмму предельных напряжений не строят (пунктир на рис. 9). Теоретически обе ветви диаграммы должны сходиться в точке Е с ординатой о„, равной пределу прочности материала, т. е. при ат = ов.

С целью количественной оценки взаимодействия циклических и статических повреждений при разных уровнях напряжений, температур и частот нагружения представляется целесообразным перестроить диаграмму предельных состояний исследуемого сплава в терминах повреждений, используя деформационно-кинетический критерий. Тогда диаграмма предельных состояний преобразуется в диаграмму повреждений, построенную для тех же частот в координатах Т — lg rfcp, где dcp = йцИкл/(^цикл + <^ст) — усредненное относительное повреждение (рис. 1.7). На диаграмме

Для приближенной оценки долговечности сталей для барабанов паровых котлов при комбинированных режимах в коррозионных условиях при умеренном уровне температур можно использовать диаграмму предельных циклов в виде прямой линии АВ, отсекающей на оси ординат отрезок, равный пределу усталостной прочности при симметричном цикле нагружения в кипящей воде на заданной базе по числу циклов ацк, а на оси абсцисс — отрезок, равный пределу длительной коррозионной прочности в воде при рабочих температурах на заданной базе по сроку службы сгдкп.

181 Диаграмму предельных напряжений при переменных напряжениях в виде зависимости o-max(am;n)=f (am) — максимального атоах и минимального amin напряжения цикла от среднего напряжения цикла om=(amax-r-amm)/2 предложил Смит (Smith J. H. Some experiment of fatigue of metals.— Journal of Iron and Steel Institute, 1910, v. 82, No. 2, p. 246—318). Сокращенную версию см. в Engineering, 1910, v. 90, October 7, p. 494—495. См. также статью: Reynolds О., Smith J. H. On a throw-testing machine for reversals of mean stress. — Philosophical Transactions Royal Society, Series A, 1902, v. 199, November, p. 265—297. Сокращеннее изложение этой работы можно найти в Proceedings of the Royal Society, 1902, vol. 70, pp. 44 — 46. Автор называет эту диаграмму диаграммой Гудмана, что неверно — у Гудмана диаграмма имеет иной вид.

Часто для расчетных целей удобнее представить эти .осред-ненные кривые в другой, но эквивалентной форме, чтобы дать диаграмму предельных напряжений, на которой чертятся кривые ограниченных пределов выносливости для долговечностей N в 1, 10, Ю2, Ю3 и [т. д. циклов (рис. 1.2). Эта диаграмма представляет усталостные характеристики при всех Значениях сред-

1) диаграмму предельных напряжений или эквивалентную ей аналитическую формулу для гладкого образца;