Определение прочности металла неразрушающими методами
Обновлено: 08.05.2024
Настоящий стандарт распространяется на сортовой, листовой, полосовой, фасонный прокат, листы с немагнитными покрытиями, трубы, многослойные листы и ленты из углеродистых, легированных и электротехнических марок стали, изделия из вышеперечисленной металлопродукции и устанавливает неразрушающий магнитный метод контроля механических и технологических свойств, микроструктуры и ресурсных характеристик.
Стандарт может быть распространен на другие виды металлопродукции по согласованию изготовителя с потребителем.
Неразрушающий магнитный метод контроля применяется наряду с методами испытаний, установленными в стандартах по определению:
предела текучести физического, условного, временного сопротивления, относительного удлинения после разрыва, относительного сужения поперечного сечения после разрыва по ГОСТ 1497 и ГОСТ 10006;
относительного равномерного удлинения по ГОСТ 1497;
коэффициента пластической анизотропии, показателей деформационного упрочнения и неравномерной пластической деформации по ГОСТ 11701;
истинного сопротивления разрыву по ГОСТ 10006;
величины зерна по ГОСТ 5639;
полосчатости и структурно-свободного цементита по ГОСТ 5640;
чувствительности стали к механическому старению по ГОСТ 7268;
ударного изгиба по ГОСТ 9454;
доли вязкой составляющей в изломе по ГОСТ 10006;
глубины лунки по ГОСТ 10510;
числа перегибов по ГОСТ 13813;
угла изгиба или оценки предельной пластичности при изгибе по ГОСТ 14019;
глубины обезуглероженного слоя по ГОСТ 1763;
относительной деформации при осадке по ГОСТ 8817;
(Измененная редакция, Изм. № 1).
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения
ГОСТ 27.202-83 Надежность в технике. Технологические системы. Методы оценки надежности по параметрам качества изготовляемой продукции
ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытания на растяжение
ГОСТ 1763-68 Сталь. Методы определения глубины обезуглероженного слоя
ГОСТ 2999-75 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу
ГОСТ 5639-82 Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна
ГОСТ 5640-68 Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и лент
ГОСТ 7564-97 Прокат. Общие правила отбора проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний
ГОСТ 8695-75 Трубы. Метод испытания на сплющивание
ГОСТ 8817-82 Металлы. Метод испытания на осадку
ГОСТ 9012-59 Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю
ГОСТ 9013-59 Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу
ГОСТ 9454-78 Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах
ГОСТ 10006-80 Трубы металлические. Метод испытания на растяжение
ГОСТ 10510-80 Металлы. Метод испытания на выдавливание листов и лент по Эриксену
ГОСТ 11701-84 Металлы. Методы испытания на растяжение тонких листов и лент
ГОСТ 13813-68 Металлы. Метод испытания на перегиб листов и лент толщиной менее 4 мм
ГОСТ 14019-80 Металлы. Методы испытания на изгиб
ГОСТ 15467-79 Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения
ГОСТ 15895-77* Статистические методы управления качеством продукции. Термины и определения
ГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения
ГОСТ 18321-73 Статистический контроль качества. Методы случайного отбора выборок штучной продукции
ГОСТ 20736-75** Статистический приемочный контроль по количественному признаку. Планы контроля
ГОСТ 22975-78 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Роквеллу при малых нагрузках (по Супер-Роквеллу)
ГОСТ 23273-78 Металлы и сплавы. Измерение твердости методом упругого отскока бойка (по Шору)
ГОСТ 27772-88 Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия
** На территории РФ действует ГОСТ Р 50779.74-99».
3 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
3.1 Неразрушающий магнитный метод контроля применяется при наличии устойчивых парных или множественных вероятностных соотношений между контролируемыми показателями качества и магнитными характеристиками стали.
Все вероятностные оценки, используемые в настоящем стандарте, применяются при доверительной вероятности не ниже 0,95.
При сплошном или поштучном неразрушающем магнитном методе контроля принятая вероятность обеспечения норм стандартов должна обеспечиваться в каждой партии.
3.2 Корреляционная связь между магнитными характеристиками и показателями качества определяется на каждом предприятии на основании информационного массива для каждой марки или групп марок сталей, отличающихся, в основном, содержанием углерода.
Допускается группировка различных марок стали и однотипных профилей проката, если рассчитанное по объединенной выборке уравнение регрессии имеет значимый коэффициент корреляции.
При необходимости контроль осуществляется с учетом других структурно-чувствительных характеристик, химического состава металла и технологических параметров и условий службы металлоизделий.
3.3 Термины, основные понятия и обозначения - в соответствии с ГОСТ 16504, ГОСТ 15895, ГОСТ 15467, ГОСТ 18321, ГОСТ 20736.
4 СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ
4.1 Для неразрушающего контроля по настоящему стандарту применяют приборы, измеряющие одну или несколько структурно-чувствительных характеристик с основной погрешностью не более 5 % в рабочем диапазоне измерений.
4.2 На результаты измерений магнитных характеристик металла магнитным методом не должны влиять другие ферромагнитные тела и электромагнитные поля, характеристики которых не соответствуют требованиям и условиям эксплуатации приборов.
5 ПОРЯДОК ПОДГОТОВКИ К ПРОВЕДЕНИЮ КОНТРОЛЯ
5.1 Отбор образцов для проведения испытаний - по ГОСТ 7564.
5.2 Количество образцов, подвергаемых неразрушающему контролю, должно быть оговорено в нормативных документах на металлопродукцию.
5.3 Количество измерений магнитного параметра и направление установки двухполюсных датчиков на испытуемых участках образцов должно быть оговорено в нормативных документах на проведение неразрушающего контроля.
5.3а Порядок определения предельного состояния изделия должен быть указан в нормативном документе на металлоизделие.
(Введен дополнительно, Изм. № 1).
5.4 При неразрушающем контроле показателей качества, оцениваемых по признаку «удовлетворительно - неудовлетворительно», устанавливается допустимый предел измеряемой магнитной характеристики, гарантирующий установленные нормы с принятой в стандарте вероятностью.
5.5 Допускается использовать уточненные показатели качества металлопродукции, исключающие погрешность разрушающих испытаний.
5.6 Нижняя граница доверительного интервала коэффициента корреляции по абсолютной величине должна быть выше его критического значения при уровне значимости α = 0,05.
6 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ КОНТРОЛЯ
6.1 Обязательному определению подлежат статистические характеристики по каждому информационному массиву, состав которых приведен в приложении А.
6.2 Значения приемочных чисел вычисляют по формулам:
C н i = Х oi + t · S ост i - для характеристик, нормированных снизу;
C в i = Х o i + t · S ост i - для характеристик, нормированных сверху,
где Х oi - норма i -го показателя качества, установленная соответствующим стандартом для характеристик, нормированных снизу;
Х o i - норма i -го показателя качества, установленная соответствующим стандартом для характеристик, нормированных сверху;
S ост i - остаточное среднее квадратическое отклонение i -го показателя качества, определяемое по формулам:
или
где Xi , X ' I - показатели качества, определяемые при неразрушающих и разрушающих испытаниях;
N - объем выборки;
S i - среднее квадратическое отклонение i -го показателя качества;
R - коэффициент корреляции;
T - значение критерия Стьюдента для принятой доверительной вероятности.
Если значения результатов неразрушающего контроля выходят за пределы, ограниченные приемочными числами, партия подвергается испытаниям арбитражными методами.
6.3 Уровень показателя качества X i в партии соответствует требованиям нормативных документов, если по каждой характеристике выполняются следующие условия:
X i ≥ С н i - для характеристик, нормированных снизу;
X i ≤ C в i - для характеристик, нормированных сверху;
С н i ≤ X i ≤ C в i - для характеристик, нормированных сверху и снизу.
Контролируемая металлопродукция, удовлетворяющая вышеуказанным условиям, испытаниям не подвергается, а в протоколе испытаний проставляются расчетные значения показателей качества.
6.5 Для оценки совпадаемости результатов определения показателей качества неразрушающим и разрушающим методами предприятие-изготовитель должно подвергать параллельным испытаниям указанными методами не менее 10 % контролируемых партий металла за период контроля проката.
6.5а Готовые изделия из металлопродукции подвергаются неразрушающему контролю у изготовителя и у потребителя перед вводом в эксплуатацию, а в процессе эксплуатации контролируются с периодичностью, устанавливаемой нормативным документом на металлоизделие.
6.6 Трубы и проволока, изготавливаемые из заготовок, поставляемых с оценкой показателей качества, подвергаются параллельным испытаниям указанными методами в объеме, необходимом для образования представительной выборки за период контроля.
7 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
7.1 Для обеспечения единства методики и получения сопоставимых результатов неразрушающего магнитного контроля механических свойств проката и труб рекомендуется придерживаться формализованной процедуры принятия решений при построении математических моделей показателей механических свойств. Описание технологии автоматизированного построения математических моделей приведено в приложении Б.
7.2 Допускается проведение расчетов парных и множественных корреляционных связей и построение уравнений регрессии методом восстановления корреляционных зависимостей по данным несогласованных измерений, то есть измерений, полученных на образцах, отдельно взятых, но принадлежащих данной совокупности, по методике, приведенной в приложении В.
7.3 Оценка совпадаемости результатов определения показателей качества неразрушающим и разрушающим методами проводится с помощью контрольных карт, аналитическим или графическим методами.
Допускается объединять в контрольную карту результаты параллельного контроля механических свойств группы толщин проката и марок стали.
7.4 Количество отклонений, выходящих за контрольные границы, не должно превышать 5 % за период контроля. При неудовлетворительных результатах испытаний контроль партий проводится в соответствии с требованиями государственных стандартов и технических условий на металлопродукцию.
7.5 Оценка показателей качества является удовлетворительной, если смещение центра распределения относительно центральной линии не превышает ±0,5 S ост i . При большем смещении центра распределения отклонений осуществляется корректирование уравнений регрессии; заключение о необходимости указанного корректирования выносится на основании обработки выборки объемом не менее 50 партий.
7.6 В протокол испытаний заносят номер нормативного документа, по которому поставляется продукция, марку стали, толщину, типоразмер контролируемого изделия, номер плавки и партии, значения магнитной характеристики и показателей качества.
7.6а В протоколе испытаний металлоизделий указывают: нормативный документ, по которому они изготовлены; условия и режимы эксплуатации; средство измерения; значение измеренных магнитных характеристик; значения параметров механических и технологических свойств, микроструктуры или ресурсных характеристик, рассчитанных на основе физически обоснованной связи с магнитными характеристиками для каждой марки стали и технологии изготовления изделия с указанием источника, в котором представлена использованная зависимость.
7.7 В протоколе испытаний на продукцию, проконтролированную по настоящему стандарту, указывают механические свойства в единицах измерения, установленных стандартами на продукцию.
7.8 В случае сплошного или поштучного неразрушающего контроля в технологическом потоке производства в протоколе испытаний указывается уровень свойств партии, обеспеченный нормативными документами на продукцию с принятой в стандарте доверительной вероятностью.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)
СОСТАВ ХАРАКТЕРИСТИК, ПОДЛЕЖАЩИХ ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПРИ НЕРАЗРУШАЮЩЕМ МАГНИТНОМ МЕТОДЕ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Определение прочности металла неразрушающими методами
Нужен полный текст и статус документов ГОСТ, СНИП, СП?
Попробуйте профессиональную справочную систему
«Техэксперт: Базовые нормативные документы» бесплатно
Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля
Concretes. Determination of strength by mechanical methods of nondestructive testing
Дата введения 2016-04-01
Предисловие
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Структурным подразделением АО "НИЦ "Строительство" Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона им.А.А.Гвоздева (НИИЖБ)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 18 июня 2015 г. N 47)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Минэкономики Республики Армения
Госстандарт Республики Беларусь
Госстандарт Республики Казахстан
5 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения в части требований к механическим методам неразрушающего контроля прочности бетона следующих европейских региональных стандартов:
EN 12504-2:2001* "Испытание бетона в конструкциях. Часть 2. Неразрушающий контроль. Определение критерия отскока" ("Testing concrete in structures - Part 2: Non-destructive testing - Determination of rebound number", NEQ);
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.
EN 12504-3:2005 "Испытание бетона в конструкциях. Часть 3. Определение усилия отрыва" ("Testing concrete in structures. Part 3: Determination of pull-out force", NEQ).
7 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Февраль 2019 г.
ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 1, 2022 год, введенная в действие с 23.08.2021
Поправка внесена изготовителем базы данных
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на конструкционные тяжелые, мелкозернистые, легкие и напрягающие бетоны монолитных, сборных и сборно-монолитных бетонных и железобетонных изделий, конструкций и сооружений (далее - конструкции) и устанавливает механические методы определения прочности на сжатие бетонов в конструкциях по упругому отскоку, ударному импульсу, пластической деформации, отрыву, скалыванию ребра и отрыву со скалыванием.
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия
ГОСТ 577-68 Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. Технические условия
ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики
ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
ГОСТ 18105-2010 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности
ГОСТ 28243-96 Пирометры. Общие технические требования
ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций
ГОСТ 31914-2012 Бетоны высокопрочные тяжелые и мелкозернистые для монолитных конструкций. Правила контроля и оценки качества
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 18105, а также следующие термины с соответствующими определениями:
разрушающие методы определения прочности бетона: Определение прочности бетона по контрольным образцам, изготовленным из бетонной смеси по ГОСТ 10180 или отобранным из конструкций по ГОСТ 28570.
3.2 неразрушающие механические методы определения прочности бетона: Определение прочности бетона непосредственно в конструкции при локальном механическом воздействии на бетон (удар, отрыв, скол, вдавливание, отрыв со скалыванием, упругий отскок).
3.3 косвенные неразрушающие методы определения прочности бетона: Определение прочности бетона по предварительно установленным градуировочным зависимостям.
3.4 прямые (стандартные) неразрушающие методы определения прочности бетона: Методы, предусматривающие стандартные схемы испытаний (отрыв со скалыванием и скалывание ребра) и допускающие применение известных градуировочных зависимостей без привязки и корректировки.
3.5 градуировочная зависимость: Графическая или аналитическая зависимость между косвенной характеристикой прочности и прочностью бетона на сжатие, определенной одним из разрушающих или прямых неразрушающих методов.
3.6 косвенные характеристики прочности (косвенный показатель): Величина прикладываемого усилия при местном разрушении бетона, величина отскока, энергия удара, размер отпечатка или другое показание прибора при измерении прочности бетона неразрушающими механическими методами.
4 Общие положения
4.1 Неразрушающие механические методы применяют для определения прочности бетона на сжатие в установленном проектной документацией промежуточном и проектном возрасте и в возрасте, превышающем проектный, при обследовании конструкций.
4.2 Неразрушающие механические методы определения прочности бетона, установленные настоящим стандартом, подразделяют по виду механического воздействия или определяемой косвенной характеристики на метод:
- отрыва со скалыванием;
4.3 Неразрушающие механические методы определения прочности бетона основаны на связи прочности бетона с косвенными характеристиками прочности:
- метод упругого отскока на связи прочности бетона со значением отскока бойка от поверхности бетона (или прижатого к ней ударника);
- метод пластической деформации на связи прочности бетона с размерами отпечатка на бетоне конструкции (диаметра, глубины и т.п.) или соотношения диаметра отпечатка на бетоне и стандартном металлическом образце при ударе индентора или вдавливании индентора в поверхность бетона;
- метод ударного импульса на связи прочности бетона с энергией удара и ее изменениями в момент соударения бойка с поверхностью бетона;
- метод отрыва на связи напряжения, необходимого для местного разрушения бетона при отрыве приклеенного к нему металлического диска, равного усилию отрыва, деленному на площадь проекции поверхности отрыва бетона на плоскость диска;
- метод отрыва со скалыванием на связи прочности бетона со значением усилия местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства;
- метод скалывания ребра на связи прочности бетона со значением усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции.
4.4 В общем случае неразрушающие механические методы определения прочности бетона являются косвенными неразрушающими методами определения прочности. Прочность бетона в конструкциях определяют по экспериментально установленным градуировочным зависимостям.
4.5 Метод отрыва со скалыванием при проведении испытаний в соответствии со стандартной схемой по приложению А и метод скалывания ребра при проведении испытаний в соответствии со стандартной схемой по приложению Б являются прямыми неразрушающими методами определения прочности бетона. Для прямых неразрушающих методов допускается использовать градуировочные зависимости, установленные в приложениях В и Г.
Примечание - Стандартные схемы испытаний применимы в ограниченном диапазоне прочности бетона (см. приложения А и Б). Для случаев, не относящихся к стандартным схемам испытаний, следует устанавливать градуировочные зависимости по общим правилам.
4.6 Метод испытания следует выбирать с учетом данных, приведенных в таблице 1, и дополнительных ограничений, установленных производителями конкретных средств измерений. Применение методов за пределами рекомендуемых в таблице 1 диапазонов прочности бетона допускается при научно-техническом обосновании по результатам исследований с использованием средств измерений, прошедших метрологическую аттестацию для расширенного диапазона прочности бетона.
Проверка металла на прочность. Как и чем проводят испытания? на сайте Недвио
Вопрос от читателя нашего портала: Проверка металла на прочность. Как и чем проводят испытания?
Ответ: Металл и металлоконструкции проверяют на прочность в специальных лабораториях и специальными машинами — экстензометрами. Это приборы, которые создают очень высокую нагрузку и позволяют измерить насколько деформируется образец металла при проведении его испытаний на растяжение и сжатие.
Эти испытания металла могут проводиться как неразрушающими, так и разрушающими образец методами. Сами же экстензометры могут быть разных видов:
- пневматические экстензометры;
- видео экстензометры;
- лазерные экстензометры и др.
Все эти машины позволяют тщательно исследовать металл на прочность и определить его качественные характеристики. Для проверки огнестойкости металла дополнительно эти машины могут быть оснащены температурной камерой с нагревом до 350 ⁰С или печью с нагревом изделий до 1200 ⁰С. Все это позволяет определить прочность будущих металлоконструкций в строительстве, а также их потенциальную огнестойкость.
Как исследуют металл на прочность?
Как правило, тест металла на прочность заключается в постепенном растяжении образца экстензометром вплоть до его разрыва. Во время испытания регистрируется зависимость растягивающего усилия от приращения длины образца.
Помимо момента разрыва при помощи испытательной машины можно определить следующие свойства материала:
- Предел прочности при растяжении Rm — это максимальное напряжение, полученное при испытании. Его рассчитывают относительно начальной площади поперечного сечения образца в Н/мм2;
- Удлинение образца в процентах A% — это отношение изменения длины образца после проведенного испытания к его исходной длине;
- Предел текучести Rp — это значение напряжения, при котором начинают проявляться необратимые микроскопические деформации в атомной структуре металла. Если материал не имеет четкого предела текучести, условный предел текучести определяется, когда образец уже остаточно деформирован на 0,2%;
- Разрушающее напряжение Ru — так обозначают силу, при которой материал начинает разрушаться;
- Предел пропорциональности RH — это максимальное напряжение, при котором деформация изделия пропорциональна напряжению, которое ее вызывает;
- Предел упругости Rsp — это напряжение, после которого материал уже не возвращается к исходным размерам. За условный предел упругости Rsp принимается сила, при приложении которой, после разгрузки материала, деформация составляет 0,05% для испытаний на растяжение и 0,01% для испытаний на сжатие.
Разрешение на проведение таких испытаний металла выдается только аккредитованным организациям, имеющим обученный штат сотрудников и специальные лаборатории для тестов. Если вас интересует насколько прочный металл вам предлагают для строительства вашего дома рекомендуем обратиться в Центр Строительного Контроля.
В чем отличие разрушающих и неразрушающих методов?
В первом случае образец испытывают вплоть до его разрушения и непригодности к дальнейшим тестам. Неразрушающие методы исследований металла позволяют полностью использовать исходный образец, при этом не повредить его состав.
В большинстве случаев при работе с металлическими сплавами используют оба метода — просто разделяют исходный образец на составляющие, а затем проводят его испытания и анализы, а также выполняют некоторые измерения и вычисления для полного определения состава.
Основными методами неразрушающего исследования прочности металла являются:
- визуальный осмотр;
- контроль проникновения краски;
- тест магнитных частиц;
- радиографический контроль;
- ультразвуковой контроль;
- испытание на герметичность;
- испытание на вихревые токи;
- испытание на электромагнитное поле в дальней зоне;
- и ультразвуковое испытание на большом расстоянии.
Основными разрушающими методами испытания металлов являются:
- испытание на изгиб;
- испытание на удар (тест Шарпи и испытание изодом);
- испытание на твердость;
- испытание на растяжение;
- испытание на усталость;
- испытание на коррозионную стойкость;
- и испытание на износ.
После идентификации компоненты можно протестировать и сопоставить с известными сплавами. В этом случае исходный образец при проведении испытаний уничтожается.
Не забудьте добавить сайт Недвио в Закладки. Рассказываем о строительстве, ремонте, загородной недвижимости интересно, с пользой и понятным языком.
Метод оценки прочности металла неразрушающим способом с использованием априорной информации Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ / МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ / ПРОЧНОСТЬ / ДИАГНОСТИКА / АПРИОРНАЯ ИНФОРМАЦИЯ / ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛА / NONDESTRUCTIVE CONTROL / MECHANICAL CHARACTERISTICS / DURABILITY / DIAGNOSTICS / APRIORISTIC INFORMATION / METAL TESTS
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Вернези Никос Леонидович
Рассмотрены вопросы, связанные с оценкой механических свойств стальных элементов строительных металлоконструкций. Измерения производятся неразрушающим методом на основе анализа характеристик внедрения конического индентора в поверхность материалла. Такой метод позволяет оперативно получать значения всех механических характеристик металла. При этом измерения механических характеристик можно производить к в любой точке конструкции. В то же время, при больших размерах конструкции и больших объемах измерительных работ, необходимо оценить достаточное количества измерений в конкретном месте. Предложен и реализован байесовский метод учета априорной информации для снижения числа измерений и трудоемкости процесса получения механических характеристик .
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Вернези Никос Леонидович
Использование температурных следов для неразрушающей диагностики остаточных напряжений в сварном соединении
Method of an assessment of durability of metal in the nondestructive way with use of aprioristic information
Considered the questions connected with estimation of mechanical properties of steel elements of metal construction. The measurements are performed in a non-destructive method on the basis of the analysis of the characteristics of the implementation of the conical indenter in surface materials. This method allows you to get the values of all mechanical characteristics of metal. The measurement of mechanical characteristics can be made to anywhere in the design. At the same time, when large amounts of construction and large volumes of measuring works, you need to evaluate a sufficient number of measurements in a particular place. Proposed and implemented the Bayesian method of consideration of a priori information to reduce the number of dimensions and complexity of the process of receiving mechanical characteristics .
Текст научной работы на тему «Метод оценки прочности металла неразрушающим способом с использованием априорной информации»
Метод оценки прочности металла неразрушающим способом с использованием априорной информации.
В случае необходимости реконструкции бывшего в эксплуатации сооружения важно провести диагностику его состояния с точки зрения прочностного ресурса, поскольку с течением времени эксплуатации металл изменяет свои механические характеристики [1,2], а реконструкция, как правило, приводит к перераспределению сил, действующих в элементах будущего сооружения. В соответствии с [3]при исследовании ииспытании металла необходимо оценить предел текучести, предел прочностии относительное удлинение. При этом количество элементов, проверяемых в партии должно быть не менее двух, образцов от каждого элемента не менее двух от всей партии. Однако, в определенных случаях [4] запрещается применение разрушающих методов прочности металла, получить знание можно только методами неразрушающего контроля. Один из них лежит в основе, разработанной в РГСУ системы безобразцовой оценки механических свойств «Прочность»[5,6,7,8,9], основанный на ударном внедрении конического индентора в испытуемый металл. При этом значение механической характеристики (МХ) определяется в любой его точке. Такая оценка имеет суммарное рассеивание, обусловленное реальным разбросом свойств в объеме металла и погрешностью измерения.
Разброс значений МХ, полученных стандартными разрушающими методами испытаний образцов одной партии металла, может достигать ±10% и более. Проведенные исследования по определению погрешности измерения системой «Прочность» МХ в различных точках единичных образцов показали предельные ее значения в границах ± 8%. Суммарное рассеивание значений МХ имеет вероятностный характер и наилучшим образом может быть описано трехпараметрическим законом распределения Вейбулла[10,11,12,13,14].Этот закон имеет несомненное преимущество,
поскольку дает информацию о сдвиге распределения или минимальном значении МХ. Вместе с тем, нормальный закон часто используется вследствие большого удобства применения и наличия в виде параметров как математического ожидания механической характеристики, так и ее среднеквадратичного отклонения.
Неразрушающий контроль МХ удобен, оперативен, прост. Однако остается открытым вопрос достаточного количества измерений в данном месте, особенно в случае масштабного обследования больших объемов металлоконструкций, а также в труднодоступных местах (например, на большой высоте), где бывает сложно произвести даже 1-2 измерения.
В этом случае неоценимую помощь может оказать применение байесовских процедур на основе использования априорной информации, Апостериорная плотность распределения параметра ^измеряемой случайной величины£по Байесу выражается:
где: К(Т\ Ь ) - плотность априорного распределения параметра Гили доопытное знание о принимаемых им значениях;
Н(Т ) - плотность априорного распределения параметра Гили доопытное знание о его возможных значениях
д(Х\Т ) — функция правдоподобия или условная плотность
распределения полученных значений £ при данном значении Т.
Практическое применение формулы (1)облегчается при условии сопряженности Н(Т )ид(^\Т )[15, 16].
Этот момент можно обойти, приняв в качестве £ не мгновенное, а среднее значение параметра Т, тогда в соответствии с центральной предельной теоремой и Н(Т Зщд^Г ) можно принять нормально распределенными
и апостериорная плотность распределения параметра Т выразится:
где:£— средние значения измеряемой опытной величины Т, д и 5 —
соответственно их математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение. При этом )будет также иметь нормальный вид, а
апостериорные оценки среднего М[д]и среднеквадратичного
отклонения ^[д] примут вид:
где: д - в ыборочная средняя измеренных случайных величин;
— математическое ожидание случайной величины д;
5^ и5а - соответственно среднеквадратичные отклонения среднего
значения случайной измеряемой величины от д и д от Да;
Необходимое число измерений п определится:
Натурный эксперимент по оценке МХ при обследовании реконструируемого здания в г. Батайске по ул. 1 Пятилетки выявил следующее. Средние значения предела прочности металла класса С285 марки Ст.3 имели размах 137 МПа. Это позволило, используя правило трех сигм,
задаться значением 5^ = 23МПа. Значением 3МПа задались в
предположении, что размах Дможет находиться в границах 10 МПа.
Значение °м — 11 МПа принято из регламентированного размаха значения временного сопротивления для сталей класса С285 [17]380-400МПа.
Расчет по формуле(2)показал, что достаточным при этих значениях исходных данных являются всего 2-3 измерения.
1. Природа усталости металлов. Иванова В.С., Терентьева В.Ф. - М. «Металлургия», 1975 - 456с.
2. Горицкий В.М. Диагностика металлов. - М.: Металлургиздат, 2004. -
3. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. -М. Госстандарт,1988,
4.СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. -М. Госстрой, 2004, 24с.
5. D.M. Belen’kii, A.N. Beskopyl’nyi, N.L. Vemezi, L.G. Cha.mra.ev. Determination of the strength of butt welded joints // Welding International.
6. D.M. Belen’kii, N.L. Vernezi, A.V. Cherpakov. Changes in the mechanical properties of butt welded joints in elastoplastic deformation//Welding International. 2004.- №18 (p.213-215).
7. Беленький Д.М., Бескопыльный А.Н., Вернези Н.Л. Опыт диагностики металлических конструкций // Изв. вузов. Строительство. 2003. №1. С.99-102.
8. Вернези Н.Л. Применение системы «Прочность» при диагностике металлических конструкций// Изв. Ростовского государственного
строительного университета. 2003. №7. С. 56-60.
9. Вернези Н.Л., Веремеенко А.А. Диагностика прочности металлических конструкций.// Изв. Ростовского государственного строительного университета. 2012. №17.
10. Крамер Г. Математические методы статистики. - М.: Мир, 1975. -
11. W.J. DeCoursey / Statistics and Probability for Engineering Applications With Microsoft® Excel. - 2003 - 400 р. - Elsevier Science (USA).
12. Серенсен С.В., Кагаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. - М.: Машиностроение, 1975. - 488с.
14. Касьянов В.Е., Щулькин Л.П., Котесова А.А., Котова С.В / Алгоритм определения параметров прочности, нагруженности и ресурса с помощью аналитического перехода от выборочных данных к данным совокупности [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012,
№4 (часть 2). - Режим доступа:
15. Кокс Д., Хинкли Д. Теоретическая статистика. - М.: Мир, 1978.500с.
16. М. Де Гроот. Оптимальные статистические решения. - М.: Мир, 1974.- 491 с.
17. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы
стальныхконстркций: Учеб. Пособие для строит.вузов/В.В.Горев,
Б.Ю.Уваров, В.В.Филиппов и др.; Под ред. В.В.Горева - М.: Высш. шк., 1997. - 527с.
Определение прочности материала
Прочность материала – важная эксплуатационная характеристика, которая во многом влияет на надежность всего сооружения. Данный показатель оценивают в рамках комплексного технического обследования сооружений или в качестве самостоятельной услуги по экспертизе отдельной конструкции, качества материала. Характеристика зависит от состава и свойств материала, а также и от условий эксплуатации.
Прочность – способность строительного материала сопротивляться внешним воздействиям и внутренним напряжениям. Это механическое свойство, отражающее устойчивость к деформациям и разрушению.
Определение прочности материала специалисты выполняют по методикам, описанным в ГОСТах. Они разработаны для кирпича, металла, бетона, цемента и других строительных изделий. При оценке характеристики исследуют образцы на сжатие, изгиб, растяжение, срез или скручивание.
- Предел прочности при сжатии – максимальное усилие, которое необходимо приложить для разрушения образца. Из наиболее распространенных строительных материалов наибольший показатель характерен для стали (210-600 МПа), тяжелый бетон (10-50 МПа) и древесина (30-65 МПа) демонстрируют самые низкие параметры предела прочности при сжатии.
- Предел прочности при изгибе – показатель, для определения которого точечно нагружают образец в форме параллелепипеда с прямоугольным сечением.
Во время эксплуатации здания необходимо периодически проверять строительный материал на прочность. Со временем она снижается из-за интенсивной эксплуатации, внешних и внутренних негативных воздействий: климатических и механических факторов, нагревания и охлаждения отдельных конструкций, неравномерной осадки грунтов. Регулярное проведение технических экспертиз позволит вовремя выявить наиболее опасные участки и конструкции, которые нуждаются в ремонте, предотвратить аварии и несчастные случаи из-за обрушения здания.
Методы определения прочности материала конструкции
Проведение статических испытаний на прочность – это тестирование шаблонных образцов определенной формы. По результатам экспериментов специалисты рисуют диаграмму, на которой можно наглядно увидеть, как деформируется материал под напряжением. Графические данные помогают оценить предел упругости и текучести, временное сопротивление. Для определения параметров определенного материала проводят специальные расчеты для вычисления усталостной нагрузки и предельного напряжения.
Методы определения прочности материала зависят его разновидности и типа строительной конструкции. Например, стандартный способ оценки характеристик кирпича – испытание на сжатие двух целых кирпичей, которые сложены друг на друга. Для исследования силикатного кирпича используют ультразвуковую методику.
Все способы исследования можно разделить на две большие группы:
- разрушающего контроля;
- неразрушающего контроля.
При возможности специалисты стараются отдавать предпочтение методам неразрушающего контроля, которые не требуют демонтажа и разбора конструкции. Несмотря на то, что образцы проб отбирают из наименее важных функциональных элементов, стандартные методы испытания прочности отражаются на устойчивости и надежности здания. Но не всегда и не у всех строительных изделий возможно оценить прочность методами неразрушающего контроля.
Методы разрушающего контроля
Отличительная особенность данного типа исследования – проведение испытаний на контрольных образцах до их полного разрушения. Например, кирпич могут сжимать или воздействовать извне иным способом до тех пор, пока он не даст трещину или не посыплется. Для этого из конструкции извлекают часть материала и отправляют в лабораторию для оценки прочностных характеристик.
Для определения участка отбора проб учитывают доступность образца, степень нагруженности, и поврежденности, интенсивность эксплуатации строительной конструкции. Методы разрушающего контроля позволяют с минимальной погрешностью вычислить физические свойства образца. Но они требуют серьезных трудозатрат. Главный недостаток исследования методом разрушающего контроля – необходимость нарушать целостность здания. Это не всегда возможно, поэтому специалисты стараются оценивать характеристики строительных материалов методом неразрушающего контроля.
Методы неразрушающего контроля
Исследование неразрушающими методами активно используется при технической экспертизе жилых, промышленных, административных зданий и построек, объектов исторического и культурного наследия. Они могут быть основаны на различных технологиях:
- механической: метод упругого отскока, исследование пластических деформаций и ударный импульс часто используют для экспертизы бетона;
- радиационной: методы базируются на применении радиоизотопов и нейтронов;
- магнитной: методы магнитопорошковой и индукционной оценки;
- акустической: исследование путем воздействия ультразвука, оценка эффектов акустоэмиссии;
- радиоволновой: исследование распределения в материале волн разной длины;
- электрической: определение характеристик через вычисление электросопротивления, электроиндуктивности и электроемкости строительного материала.
С помощью современных приборов и технологии можно определить прочностные характеристики изделия без конструктивных изменений и сохранить первоначальные физико-механические параметры материалы.
Где заказать определение прочностных характеристик?
В компании «Департамент» вы можете заказать определение прочностных характеристик любого строительного материала. Мы используем для оценки методы разрушающего и неразрушающего контроля, проводит исследование строго по ГОСТам. Специалисты выберут оптимальный вариант экспертизы с учетом назначения объекта, типа конструкции и разновидности материала, особенностей эксплуатации.
Получить бесплатную консультацию и уточнить стоимость услуги можно по телефону или электронной почте.
Читайте также: