Evaluation of Structural Metal Materials Damage by Acoustic Methods

Authors

  • A. A. Khlybov Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev
  • A. L. Uglov Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev
  • D. A. Ryabov Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev
  • M. S. Anosov Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2022-4-18-26

Keywords:

safe operation, structural changes, fatigue, ultrasonic monitoring

Abstract

The purpose of this research is to study the damage of structural metal materials by acoustic method under various external fatigue and thermal influences. A structural model describing the process of accumulation of scattered micro-damages in the material is proposed, the parameters of which can be measured by acoustic method. It is shown that irreversible processes occur in the structure of structural metal materials during cyclic loading, leading to changes in physical and mechanical characteristics. The assessment of changes in a large number of informative parameters of acoustic control in the process of damage accumulation was carried out. It is established that the parameters of elastic waves depend on the characteristics of the medium under study. It is shown that the state of the surface layer can be used in the tasks of earlier assessment of the developed resource of the structural material. A model that takes into account the influence of degradation processes of the surface layer on the parameters of surface waves is proposed. The results of experimental studies confirming the proposed model are presented. Methods for determining material mechanical characteristics are proposed: elastic modulus, yield strength, fracture toughness, internal stresses, grain size, etc. on structural elements, without violating their strength characteristics. The results of studies of medium influence on parameters of elastic waves serve as the basis for constructing a complex acoustic method for determining physical and mechanical characteristics of structural materials. Examples of practical use of the obtained results in the tasks of ensuring the safe operation of critical structural elements are considered. The data obtained during the study make it possible to assess the damaged state and properties of metal materials under cyclic loading quickly using the parameters of acoustic waves.

Author Biographies

A. A. Khlybov, Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev

DSc in Engineering, Professor

A. L. Uglov, Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev

DSc in Engineering

D. A. Ryabov, Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev

Postgraduate

M. S. Anosov, Nizhny Novgorod State Technical University named after R. E. Alekseev

PhD in Engineering

References

Трефилова Т. А., Бирюкова Г. А. Меры по обеспечению надежности на этапах проектирования, производства и эксплуатации изделий // Проблемы качества и надежности, сертификация, стандартизация. 2020. № 4. С. 41-44.

Терентьев В. Ф., Терентьев В. Ф., Кораблева С. А. Усталость металлов / Ин-т металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН. М. : Наука, 2015. 484 с.

Gonchar A.V., Mishakin V.V., Klyushnikov V.A. The effect of phase transformations induced by cyclic loading on the elastic properties and plastic hysteresis of austenitic stainless steel.International Journal of Fatigue, 2018, vol. 106, pp. 153-158.

Электромагнитные методы неразрушающего контроля: методики, аппаратура, практическое применение / А. Н. Разыграев, Н. П. Разыграев, В. В. Примаков, М. Н. Дегтярев, В. В. Панков, Д. С. Померанцев // Тяжелое машиностроение. 2020. № 3. С. 35-39.

Муравьев В. В., Тапков К. А., Леньков С. В. Неразрушающий контроль внутренних напряжений в рельсах при изготовлении с использованием метода акустоупругости // Дефектоскопия. 2019. № 1. С. 10-16.

Обзор статистических методов оценки вероятности обнаружения дефектов при неразрушающем контроле / В. Ю. Чертищев, М. А. Далин, А. С. Бойчук, И. С. Краснов // В мире неразрушающего контроля. 2021. Т. 24, № 2 (92). С. 4-14.

Иванов А. Д., Минаев В. Л., Вишняков Г. Н. Неразрушающий контроль изделий, изготовленных с использованием аддитивного производства, оптическими методами // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85, № 10. С. 76-82.

Валиев А. С., Кузеев И. Р. Оценка степени повреждения образцов из стали 09Г2С, подверженных малоцикловой усталости акустико-эмиссионным способом контроля // Нефтегазовое дело. 2022. Т. 20, № 3. С. 142-152.

Uglov A.L., Khlybov A.A., Pichkov S.N., Shishulin D.N. An acoustic method for estimating the thermal-pulsation-induced damage in austenitic steel.Russian Journal of Nondestructive Testing, 2016, vol. 52, is. 2, pp. 53-59. DOI: 10.1134/S106183091602008X.

Murav’eva O., Murav’ev V., Volkova L., Kazantseva N., Nichipuruk A., Stashkov A. Acoustic properties of low-carbon 2% Mn-doped steel manufactured by laser powder bed fusion technology. Additive Manufacturing, 2022, vol. 51 (102635). DOI: 10.1016/j.addma.2022. 102635.

Khlybov A.A. Studying the Effect of Microscopic Medium Inhomogeneity on the Propagation of Surface Waves.Russian Journal of Nondestructive Testing, 2018, 54 (6), pp. 385-393. DOI: 10.1134/S1061830918060049.

Разработка акустического метода определения степени наводороживания в конструкциях из титановых сплавов / А. А. Хлыбов, Д. А. Рябов, С. Н. Пичков, Д. Н. Шишулин, Д. А. Захаров // Дефектоскопия. 2019. № 4. С. 8-14.

Оценка поврежденности конструкционных материалов элементов оборудования ядерных энергетических установок при термопульсациях акустическим методом / А. В. Мамаев, Р. Р. Рязапов, А. Е. Соборнов, А. В. Котин, Е. В. Пликин, Е. С. Кречетов, Л. Н. Храпунова // Научно-технический вестник Поволжья. 2016. № 5. С. 106-108.

Аскаров Р. М., Исламов И. М. Оценка напряжений магистральных трубопроводов на пересечениях с геодинамическими зонами методами внутритрубной дефектоскопии // Нефтегазовое дело. 2017. Т. 15, № 4. С. 118-124.

Определение параметров математической модели накопления повреждений в конструкционных материалах оборудования ЯЭУ / А. В. Козин, Д. А. Лапшин, В. А. Панов, В. А. Пахомов, М. А. Легчанов // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2020. № 1 (128). С. 63-74.

Максимов А. Б., Ерохина И. С. Неразрушающий контроль качества стальных изделий в машиностроении // Современные материалы, техника и технологии. 2021. № 4 (37). С. 30-35.

Работнов Ю. Н. Ползучесть элементов конструкций. М. : Наука,1966. 753 с.

Skudnov V.A., Khlybov A.A., Kharitonov S.V., Oshurina L.A. Structure and phase transformations in an elinvar alloy after various regimes of heat treatment. Physics of metals and metallography, 2011, vol. 112, is. 3, pp. 283-289. DOI: 10.1134/S0031918X11030276.

Published

22.12.2022

How to Cite

Khlybov А. А., Uglov А. Л., Ryabov Д. А., & Anosov М. С. (2022). Evaluation of Structural Metal Materials Damage by Acoustic Methods. Vestnik IzhGTU Imeni M.T. Kalashnikova, 25(4), 18–26. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2022-4-18-26

Issue

Section

Articles