Investigations of the Structural and Strain-Stress State of the Rails of Current Production by the Acoustic Elasticity Method
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2018-2-13-23Keywords:
non-destructive testing, acoustoelasticity, rail, residual stressesAbstract
The results of experimental measurements of residual stresses in rail elements, measured by the electromagnetically-acoustic structurescope SEMA using the acoustoelasticity method are presented. The evaluation of internal stresses is also given in individual rail elements. The sensitivity setting of the SEMA structurescope and the determination of the acoustoelastic coupling coefficient are performed in the laboratory by creating in section of rail a stress state of a uniaxial compression in the direction of the longitudinal axis in the rail of the Instron 300DX testing machine. High sensitivity and measurement reliability with an error of determination of mechanical stresses up to 2 MPa and correspondence of mechanical stresses of the rail registered by the structurescope, realized at the stand, are noted. Residual stresses are determined by the acoustoelastic method from the measured difference in the travel times of two orthogonally polarized shear waves on the section from the head to the sole and conversely are averaged over the section of the rail and carry information on the magnitude of the longitudinal stresses in the rail. The scatter range of the residual stresses measured in the laboratory in rails sections was 49-67 MPa. With the growth of the compressive load, the velocity of the head wave decreases along all measured sections of the rail. To measure the residual stresses in individual rail elements, measurements were made of the propagation velocity of acoustic waves along the head, neck and sole, showing that the residual stresses in the longitudinal direction of the rail are, as a rule, of a compressive nature for the head and tensile for the neck. For relative estimation of the residual stresses in individual rail elements, measurements were made of the propagation velocity of acoustic waves along the head, web and base, showing that the residual stresses in the longitudinal direction of the rail are, as a rule, of a compressive nature for the head and tensile for the web.References
Формирование полей внутренних напряжений в рельсах при длительной эксплуатации / О. А. Перегудов, К. В. Морозов, В. Е. Громов, А. М. Глезер, Ю. Ф. Иванов // Деформация и разрушение материалов. 2015. № 11. С. 34-37.
Самойлович Ю. А. Анализ термонапряженного состояния рельсов при объемной закалке // Металлург. 2011. № 11. С. 65-72.
Покровский А. М., Воронов Ю. В., Третьяков Д. Н. Численное моделирование температурно-структурного и напряженного состояний в процессе закалки железнодорожного рельса // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2016. № 6(675). С. 13-20.
Захаров В. А., Молин С. М., Леньков С. В. Контроль структуры ферромагнитного материала по напряженности магнитного поля между полюсами приставного двухполюсного намагничивающего устройства // Дефектоскопия. 2017. № 2. С. 53-59 [Zakharov V. A., Molin S. M., Lenkov S. V. (2017). Control of the structure of a ferromagnetic material by the strength of the magnetic field between the poles of a two-pole magnetizing device. Defektoskopija [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 53, no. 2, pp. 126-133. DOI: 10.1134/S1061830917020103].
Структуроскопия ферромагнитных изделий в режиме приложенного поля постоянных магнитов / В. А. Захаров, С. М. Молин, С. В. Леньков, Г. Я. Безлюдько // В мире неразрушающего контроля. 2016. Т. 19, № 2. С. 50-54.
Патент на полезную модель RUS 139165 22.11.2013. Сканирующее устройство для определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий / В. А. Захаров, С. М. Молин, С. В. Леньков, М. А. Гусев, А. А. Зотов
Необратимые изменения намагниченности как индикаторы напряженно-деформированного состояния ферромагнитных объектов / В. Н. Костин, Т. П. Царькова, А. П. Ничипурук, В. Е. Лоскутов, В. В. Лопатин, К. В. Костин // Дефектоскопия. 2009. № 11. С. 54-67.
Оборудование для контроля напряженно-деформированного состояния трубопроводов и металлоконструкций / Б. Н. Антипов, A. M. Ангалев, В. Л. Венгринович, Ю. П. Паньковский, В. Л. Цукерман // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2008. № 3. С. 66-69.
Бехер С. А., Курбатов А. Н., Степанова Л. Н. Использование эффекта акустоупругости при исследовании механических напряжений в рельсах // Вестник РГУПС. 2013. № 2. С. 104-110.
Исследование напряженного состояния рельса с использованием акустоупругости и тензометрии / Л. Н. Степанова, С. А. Бехер, А. Н. Курбатов, Е. С. Тенитилов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2013. № 7(655). С. 103-109.
Патент на изобретение RUS 2057330. Акустический способ определения внутренних механических напряжений в твердых материалах / В. Т. Власов, Б. Н. Марин, Е. С. Юрчук, Ю. А. Коровкин, В. Е. Ударцев.
Лазерно-ультразвуковая диагностика остаточных напряжений / М. Я. Марусина, А. В. Федоров, В. А. Быченок, И. В. Беркутов // Измерительная техника. 2014. № 10. С. 34-37.
Муравьева О. В., Зорин В. А. Метод многократной тени при контроле цилиндрических объектов с использованием рэлеевских волн // Дефектоскопия. 2017. № 5. С. 3-9 [Murav’eva O. V., Zorin V. A. (2017). The multiple shadow method for controlling cylindrical objects using Rayleigh waves. Defektoskopija [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 53, no. 5, pp. 337-342. DOI: 10.1134/S1061830917050059].
Муравьева О. В., Леньков С. В., Мышкин Ю. В. Факторы, влияющие на ослабление крутильных волн в трубах в условиях нагружения на контактные вязкоупругие среды // Дефектоскопия. 2016. № 9. С. 3-10 [Muraveva O. V., Myshkin Y. V., Lenkov S. V. (2016). Factors affecting the attenuation of torsional waves in pipes under stress conditions on contact viscoelastic media. Defektoskopija [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 52, no 9, pp. 485-491. DOI: 10.1134/ S1061830916090035].
Муравьева О. В., Соков М. Ю. Влияние глубины залегания дефекта на параметры многократно-теневого электромагнитно-акустического метода контроля прутков // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2016. № 3(71). С. 46-50.
Моделирование и исследование процесса распространения акустических волн, излучаемых проходным электромагнитно-акустическим преобразователем, по эллиптическому сечению прутка / О. В. Муравьева, К. В. Петров, М. Ю. Соков, М. А. Габбасова // Дефектоскопия. 2015. № 7. С. 17-23 [Murav’eva O. V., Petrov K. V., Sokov M. Y., Gabbasova M. A. (2015). Modeling and investigation of the process of propagation of acoustic waves radiated by a passive electromagnetic-acoustic transducer along the elliptical section of a rod. Defektoskopija [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 51, no. 7, pp. 400-406. DOI: 10.1134/S1061830915070050].
Оценка остаточных напряжений в рельсах с использованием электромагнитно-акустического способа ввода-приема волн / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, В. Е. Громов, А. М. Глезер // Деформация и разрушение материалов. 2015. № 12. С. 34-37 [Murav’ev V. V., Volkova L. V., Gromov V. E., Glezer A. M. (2016). Estimation of residual stresses in rails using electromagnetic-acoustic method of input-reception of waves. Deformacija i razrushenie materialov [Russian Metallurgy (Metally)], vol. 66, no. 10, pp. 992-995. DOI: 10.1134/S003602951610013X].
Электромагнитно-акустический метод исследования напряженно-деформированного состояния рельсов / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, А. В. Платунов, В. А. Куликов // Дефектоскопия. 2016. № 7. С. 12-20 [Murav’ev V. V., Volkova L. V., Platunov A. V. and Kulikov V. A. (2016). Electromagnetic-acoustic method for studying the stress-strain state of rails. Defektoskopija [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 52, no. 7, pp. 370-376. DOI: 10.1134/ S1061830916070044].
Измерение температуры рельсов в бесстыковом пути / В. А. Куликов, В. В. Муравьев, К. А. Никитин, Г. В. Брагин // Измерительная техника. 2017. № 5. С. 53-55 [Kulikov V. A., Murav’ev V. V., Nikitin K. A., Bragin G. V. (2017). Measurement of the temperature of rails in a bondless path. Izmeritel'naja tehnika [Measurement Techniques], vol. 60, no. 5, pp. 487-490. DOI: 10.1007/s11018-017-1222-3].
Оценка напряженно-деформированного состояния рельсов методами конечных элементов и акустоупругости / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, А. В. Платунов, И. В. Булдакова // Деформация и разрушение материалов. 2017. № 1. С. 41-44.
Информационно-измерительная система возбуждения, приема, регистрации и обработки сигналов электромагнитно-акустических преобразователей / В. А. Стрижак, А. В. Пряхин, С. А. Обухов, А. Б. Ефремов // Интеллектуальные системы в производстве. 2011. № 1. С. 243-250.
Аппаратно-программный комплекс контроля прутков зеркально-теневым методом на многократных отражениях / В. А. Стрижак, А. В. Пряхин, Р. Р. Хасанов, А. Б. Ефремов // Изв. вузов. Приборостроение. 2017. Т. 60, № 6. С. 565-571. DOI: 10.17586/0021-3454-2017-60-6-565-571.
Муравьев В. В., Булдакова И. В., Гущина Л. В. К вопросу об акустической структуроскопии сварных соединений рельсов // Сварка и диагностика. 2017. № 6 (66). С. 28-31.
