Расчёт составного цилиндра методами теории упругости

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Содержание

Введение

1. Составные цилиндры с точки зрения теории упругости

2. Методика расчёта составного цилиндра, нагруженного внутренним давлением

2.1 Расчётные формулы

2.2 Расчёт напряжений от осевого натяга

2.3 Расчёт напряжений от внутреннего давления

2.4 Расчёт суммарных напряжений

2.5 Расчёт внутреннего давления по третьей теории прочности

2.6 Численный расчёт составного цилиндра

3. Неразрушающие методы контроля

3.1 Основные виды неразрушающих методов контроля. Особенности контроля составных цилиндров

3.2 Магнитные методы неразрушающего контроля (МНК)

3.2.1 Общие сведения

3.2.2 Способы намагничивания цилиндров

3.2.3 Выбор способа регистрации дефектов в цилиндрах при МНК

3.2.4 Размагничивание цилиндров

3.2.5 Оборудование МНК для цилиндров

3.3 ВИЗУАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ (ВОК)

3.3.1 Задачи, решаемые ВОК

3.3.2 Классификация и общие требования к оптическим приборам для ВОК

3.3.3 Приборы ВОК

3.3.4 ВОК цилиндров

Выводы

Список использованной литературы



Введение

Одной из основных задач в области машиностроения является повышение надежности машин и механизмов и снижение их материалоемкости. Для решения этой проблемы требуются расширенные теоретические и экспериментальные исследования по вопросам прочности и долговечности. составной цилиндр упругость давление неразрушающий

В промышленности довольно часто находят применение составные цилиндры, которые могут выдерживать большие внутренние давления. Это могут быть цилиндры машин, цилиндры для изготовления искусственных алмазов, всевозможные напрессованные детали и т.д.

В данной работе рассмотрен метод расчёта составного цилиндра методами теории упругости. Теория упругости - это раздел механики деформируемых твердых тел. Задачей теории упругости является определение деформаций и напряжений в упругом теле, которое подвергается силовому или тепловому внешнему воздействию. С помощью этих методов можно рассчитать максимальное давление, максимальные напряжения и требуемую толщину цилиндров.

Такие цилиндры представляют собой устройства повышенной опасности, выход из строя которых может привести к человеческим жертвам. Для предотвращения аварий необходима высокая степень надежности, поэтому в данном случае незаменимы методы дефектоскопии, а именно неразрушающие методы контроля, которые позволяют определить состояние объекта без нарушения его эксплуатационных свойств. Неразрушающие методы контроля - это комплекс мероприятий, используемых для обнаружения нарушений сплошности или однородности макроструктуры, отклонений химического состава и других целей, не требующих разрушения образцов материала и/или изделия в целом. Ценность этих методов состоит в том, что они позволяют обнаруживать как явные, так и скрытые дефекты в материале, предотвращая возможность аварии.

Ниже перечислены методы и приборы неразрушающего контроля качества и диагностики состояния объектов и выбраны наиболее подходящие способы.



1. Составные цилиндры с точки зрения теории упругости.

Для увеличения несущей способности толстостенных цилиндров их выполняют составными путем запрессовки друг в друга. При расчете составных цилиндров задача заключается в определении величины контактного давления по контактной поверхности сопрягаемых поверхностей цилиндров. Контактные давления зависят от величины натяга. Величина натяга - это разность между цилиндрами сопрягающихся поверхностей (рис. 1).

Поскольку после посадки одного цилиндра на другой наружный радиус внутреннего цилиндра и внутренний радиус наружного становятся одинаковыми то, очевидно, что сумма абсолютных величин радиальных перемещений обоих цилиндров на радиусе поверхности контакта равна.

(1.1)

Контактное давление будет наружным для внутреннего цилиндра и внутренним для наружного цилиндра. Рассмотрим случай, когда внутренний цилиндр изготовлен из материала с характеристиками и и нагружен внешним давлением , действующим по сопрягающейся поверхности радиуса . Для определения перемещения воспользуемся выражением для перемещения. Для этого цилиндра и .

(1.2)

Приняв соотношение окончательно выражение (1.2) можно представить в виде:

(1.3)

Далее рассмотрим случай, когда внешний цилиндр нагружен внутренним давлением по его внутренней контактной поверхности. Пусть цилиндр изготовлен из материала с характеристиками и .

Для этого цилиндра и . В соответствии с выражением для перемещения, имеем:

(1.4)

Приняв соотношение окончательно выражение (1.4) можно представить в виде:

(1.5)

Подставляя абсолютные значения перемещений и в уравнение (1.1) имеем:

(1.6)

Решая уравнение (1.6) относительно получим:

(1.7)

Если оба цилиндра изготовлены из одного материала, то и . В этом случае выражения (1.7) принимает вид:

(1.8)

Следует отметить, что формулы (1.7) и (1.8) справедливы в том случае, когда напряжения не превосходят предела пропорциональности ни в одной из сопрягаемых областей.



2. Методика расчёта составного цилиндра, нагруженного внутренним давлением

Требуется вычислить в общем виде максимальное внутреннее давление по третьей теории прочности, которое может выдержать составной цилиндр, состоящий из двух запрессованных друг в друга цилиндров, изготовленных из одного и того же материала.

Исходные данные:

Е - модуль Юнга,

д - осевой натяг,

r1 - внутренний радиус внутреннего цилиндра,

rc - внешний радиус внутреннего цилиндра, равный внутреннему радиусу наружного цилиндра,

r2 - наружный радиус наружного цилиндра,

упц -напряжение пропорциональности.

2.1 Расчётные формулы

Из теории упругости известны следующие формулы:

радиальные напряжения

тангенциальные напряжения:



усилие от осевого натяга:

где , ,

Р1, Р2 - внутреннее и внешнее давление соответственно,

2.2 Расчёт напряжений от осевого натяга

Опасные точки - А и В

(т.к. максимальные напряжения в цилиндрах возникают на внутренней стороне).

Рассмотрим внутренне кольцо, которое будет нагружено внешним давлением, равным осевому натягу. Радиальные и тангенциальные напряжения в этом случае для точки А запишутся в виде (из формул 2.1 и 2.2):

Рассмотрим внешнее кольцо, которое будет нагружено внутренним давлением, равным осевому натягу. Радиальные и тангенциальные напряжения в этом случае запишутся в виде (из формул 2.1 и 2.2):

2.3 Расчёт напряжений от внутреннего давления

Теперь цилиндр рассматривается не как составной, а как один целый цилиндр.

Радиальные и тангенциальные напряжения, в соответствии с формулами (2.1) и (2.2), запишутся в виде:

Для точки А:

Для точки В:

2.4 Расчёт суммарных напряжений

Суммарные напряжения (напряжения от внутреннего давления и напряжения от осевого натяга) в точках А и В записываются в виде:

Упростим выражения (2.4), (2.5), (2.6), (2.7), (2.8), (2.9), (2.10), (2.11).

Из (2.4) имеем:



Из (2.8) имеем:

Суммарные напряжения , из (2.12), с учётом (2.14) и (2.15) запишется в виде:

Из (2.5) имеем:

Из (2.9) имеем:

Суммарные напряжения , из (2.12), с учётом (2.17) и (2.18) запишется в виде:

Из (2.6) имеем:

Из (2.10) имеем:

Суммарные напряжения , из (2.13), с учётом (2.20) и (2.21) запишется в виде:

Из (2.7) имеем:

Из (2.11) имеем:



Суммарные напряжения , из (2.13), с учётом (2.23) и (2.24) запишется в виде:

2.5 Расчёт внутреннего давления по третьей теории прочности

Эквивалентное напряжение уэкв, в соответствии с третьей теорией прочности, записывается в виде:

где у1>у2>у3.

В нашем случае у1=уr, у2=0, у3= уt.

Рассмотрим точку А.

Подставив формулы (2.16) и (2.19) в выражение (2.26), получаем:

Из полученного выражения находим первое допускаемое значение внутреннего давления:

где Рс вычисляется по формуле (2.3).

Для проверки решения полученное значение

подставляем в выражение и проверяем, выполняется ли условие, получаемое подстановкой выражений (2.22) и (2.25) в (2.26):

Если неравенство не выполняется, то выражаем Р из (2.29) и получаем выражение для допускаемого внутреннего давления:

2.6 Численный расчёт составного цилиндра

Рассмотрим цилиндр, у которого внутренний радиус внутреннего цилиндра , а наружный радиус внутреннего цилиндра равен . Внутренний радиус наружного цилиндра и наружный . Разность радиусов до насаживания равна . Материал цилиндра сталь и , упц=600 МПа.

Находим значения :



По формуле (2.3) вычисляем Рс:

Используя формулу (2.28), получаем:

Проверяем полученное значение Pmax=311 МПа подстановкой в (2.29):

Условие выполняется. Следовательно, максимальное давление, которое может выдержать рассматриваемый цилиндр Р=311 МПа (3110 атм.).



3. Неразрушающие методы контроля

Основными областями применения неразрушающих методов контроля (НМК) являются дефектоскопия особенно ответственных деталей и устройств (атомные реакторы, летательные аппараты, подводные и надводные плавательные средства, космические корабли и т.п.); дефектоскопия деталей и устройств длительной эксплуатации (портовые сооружения, мосты, краны, атомные электростанции, котлы, цилиндры высокого давления, искусственные спутники Земли); непрерывная дефектоскопия особо ответственных агрегатов и устройств (котлы атомных, тепло- и электростанций), контроль подземных выработок; проведение исследований структуры материалов и дефектов в изделиях с целью усовершенствования технологии.

3.1 Основные виды неразрушающих методов контроля. Особенности контроля составных цилиндров

В зависимости от принципа работы все НМК делятся на акустические (ультразвуковые); капиллярные; магнитные (или магнитопорошковые); оптические (визуально оптические); радиационные; радиоволновые; тепловые; контроль течеисканием; электрические; электромагнитные, или токовихревые (методы вихревых токов).

Акустические методы основаны на регистрации колебаний, возбуждаемых или возникающих в контролируемом объекте. Их применяют для обнаружения поверхностных и внутренних дефектов (нарушений сплошности, неоднородности структуры, межкристаллитной коррозии, дефектов склейки, пайки, сварки и т.п.) в деталях и изделиях, изготовленных из различных материалов.

Капиллярные методы основаны на капиллярном проникновении капель индикаторных жидкостей в полости поверхностных дефектов. При контроле этими методами на очищенную поверхность детали наносят проникающую жидкость, которая заполняет полости поверхностных дефектов. Затем жидкость удаляют, а оставшуюся в полостях дефектов часть обнаруживают с помощью проявителя, который образует индикаторный рисунок.

Магнитные методы контроля основаны на регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектами, или на определении магнитных свойств контролируемых изделий.

Визуально оптические методы контроля основаны на взаимодействии светового излучения с контролируемым объектом (КО), широко применяют из-за большого разнообразия способов получения первичной информации о наличии наружных дефектов независимо от материала контролируемого изделия.

Радиационные методы контроля основаны на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения. Проходя через толщу изделия, проникающие излучения по-разному ослабляются в дефектном и бездефектном сечениях и несут информацию о внутреннем строении вещества и наличии дефектов внутри изделия.

Радиоволновые методы основаны на регистрации параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с КО. Обычно используются волны сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона длиной 1-100 мм.

Тепловые методы основаны на регистрации изменений тепловых или температурных полей КО.

Контроль течеисканием основан на регистрации индикаторных жидкостей и газов, проникающих в сквозные дефекты КО.

Электрические методы основаны на регистрации параметров электрического поля, взаимодействующего с КО, или поля, возникающего в КО в результате внешнего воздействия.

Термоэлектрический метод применяют для контроля химического состава материала. Например, нагретый до постоянной температуры медный электрод прижимают к поверхности изделия и по возникающей разности потенциалов определяют марку стали, титана, алюминия или другого материала.

Электромагнитный метод (вихревых токов) основан на регистрации изменений взаимодействия электромагнитного поля катушки с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых этой катушкой в КО.

Особенностью составных цилиндров является то, что максимальные напряжения возникают на внутренних поверхностях, именно там начинают зарождаться поверхностные дефекты (трещины), которые необходимо вовремя выявлять для предотвращения аварии. Контроль затрудняет ограниченность возможности подхода к внутренней поверхности. Ниже рассмотрены два наиболее подходящие способа контроля составных цилиндров неразрушающими методами.

3.2 Магнитные методы неразрушающего контроля (МНК)

3.2.1 Общие сведения

МНК применяются только для контроля деталей и изделий, изготовленных из ферромагнитных материалов, находящихся в намагниченном состоянии. Ферромагнетики - это материалы, которые хорошо намагничиваются даже при малых магнитных полях. Для них магнитная восприимчивость

МНК основаны на регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектами, поэтому эти методы позволяют определять только поверхностные и подповерхностные дефекты, залегающие в ферромагнетиках на глубинах, не превосходящих 15 мм. Дефекты наиболее легко обнаруживаются, когда направление намагничивания контролируемой детали перпендикулярно направлению дефекта. Для оптимального выявления дефектов при МНК намагничивание контролируемых изделий производят в двух направлениях, а деталей сложной формы - в нескольких направлениях.

На рис. 3.1 приведена схема образования магнитного поля над дефектом.

Рис. 3.1. Схема образования магнитного поля над дефектом

Контролируемая деталь 1 с трещиной 2 помещена между полюсами NS постоянного магнита (электромаг-нита). Над трещиной возникает магнит-ное поле рассеяния 3, эквивалентное маленькому магниту с полюсами NS.

Магнитные свойства контролируемых деталей характеризуются коэрцитивной силой.

Коэрцитивная сила -- это напряжённость Hc магнитного поля, в котором ферромагнитный образец, первоначально намагниченный до насыщения, размагничивается.

На приведенном ниже рисунке изображена зависимость магнитного момента М ферромагнитного образца от напряжённости Н внешнего магнитного поля (кривая намагничивания).

В достаточно сильном магнитном поле образец намагничивается до насыщения (при дальнейшем увеличении поля значение М практически не изменяется, точка А). При этом образец состоит из одного домена с магнитным моментом насыщения Ms, направленным по полю. При уменьшении напряжённости внешнего магнитного поля Н магнитный момент образца М будет уменьшаться по кривой I преимущественно за счёт возникновения и роста доменов с магнитным моментом, направленным против поля.

Рост доменов обусловлен движением доменных стенок. Это движение затруднено из-за наличия в образце различных дефектов (примесей, неоднородностей и т.п.), которые закрепляют доменные стенки в некоторых положениях и требуются достаточно сильные магнитные поля для того, чтобы их сдвинуть. Поэтому при уменьшении поля Н до нуля у образца сохраняется остаточный магнитный момент Mr (точка В).

Образец полностью размагничивается лишь в достаточно сильном поле противоположного направления, называемом коэрцитивным полем (коэрцитивной силой) Нс (точка С). При дальнейшем увеличении магнитного поля обратного направления образец вновь намагничивается вдоль поля до насыщения (точка D). Перемагничивание образца (из точки D в точку А) происходит по кривой II. Таким образом, при циклическом изменении поля кривая, характеризующая изменение магнитного момента образца, образует петлю магнитного Гистерезиса. Если поле Н циклически изменять в таких пределах, что намагниченность насыщения не достигается, то получается непредельная петля магнитного Гистерезиса (кривая III). Постепенно уменьшая амплитуду изменения поля Н до нуля, можно образец полностью размагнитить, т. е. прийти в точку О (более подробно процесс размагничивания описан в пункте 3.2.4). Намагничивание образца из точки О происходит по кривой IV.

При магнитном Гистерезисе одному и тому же значению напряжённости внешнего магнитного поля Н соответствуют разные значения магнитного момента М. Эта неоднозначность обусловлена влиянием состояний образца, предшествующих данному (т. е. магнитной предысторией образца).



3.2.2 Способы намагничивания цилиндров

Рис. 3.2. Схема спектра магнитного поля вокруг полюсно намагниченной детали

Продольным (полюсным) намагничиванием называется такое намагничивание, при котором магнитные силовые линии часть пути проходят по изделию, а часть - по воздуху. Это намагничивание осуществляется путём помещения контролируемого протяжённого изделия правильной формы (цилиндрического, прямоугольного и т.п.) либо между полюсами постоянного магнита (электромагнита), либо в соленоид. После удаления изделия из намагничивающего поля за счёт остаточной намагниченности в изделии возникают два магнитных полюса, N и S, как показано на рис. 3.2, поэтому такой метод намагничивания назван полюсным.

На рис. 3.3. схематично изображен прием полюсного намагничивания внешним полем соленоида, который позволяет выявлять дефекты на внутренней поверхности отверстия.

Рис. 3.3. Способ создания полюсного намагничивания полем соленоида.

Циркулярным называется намагничивание, при котором магнитные силовые линии имеют вид концентрических окружностей, расположенных в плоскости, перпендикулярной направлению тока. При отсутствии дефектов магнитные силовые линии замыкаются внутри детали, магнитные полюса не образуются. При наличии дефекта магнитное поле выходит из детали, как показано на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Схема циркуляционного намагничивания детали пропусканием тока по стержню.

1 - трещина;

2 - поле рассеяния над трещиной;

3 - стержень;

4 - магнитные линии;

5 - деталь;

I - ток

3.2.3 Выбор способа регистрации дефектов в цилиндрах при МНК

При магнитном контроле применяются различные способы регистрации дефектов. Их выбор обусловлен следующими факторами: 1) геометрией контролируемого изделия; 2) необходимой чувствительностью контроля; 3) заданной разрешающей способностью контроля; 4) производительностью контроля.

Для цилиндров лучше всего подходит порошковый способ регистрации дефектов. Он заключается в нанесении порошка ферромагнитного материала на намагниченное контролируемое изделие и в регистрации скоплений этого порошка вблизи дефектов. Над дефектом образуются локальные магнитные поля рассеяния. На попавшие в поле частицы действуют силы, стремящиеся затянуть их в места наибольших концентраций магнитных силовых линий. Частицы накапливаются вблизи дефекта и одновременно намагничиваются полем рассеяния дефекта. Притягиваясь друг к другу, эти частицы образуют цепочечные структуры, ориентированные по магнитным силовым линиям поля дефекта. В результате происходит накопление частиц осевшего порошка в виде полосок (валиков, жилок, шнуров) над дефектом. Ширина полоски из осевшего порошка значительно больше ширины трещины, волосовины, поэтому магнитопорошко-вым способом могут быть выявлены мельчайшие трещины.

Поскольку внутренняя поверхность цилиндров ограниченна подходами для выявления дефектов, то применяют каучуковую смесь с ферромагнитным порошком. Эту смесь наносят на контролируемое изделие путем полива, а дефекты обнаруживают по распределению магнитного порошка в отпечатке (реплике) - в затвердевшей каучуковой смеси. Каучуковая смесь фактически представляет собой дефектограмму - запись распределения дефектов. Разработано несколько способов изготовления съемных дефектограмм, которые могут подлежать архивированию.

Один из них использует бумажную кальку толщиной до 30 мкм. Калька плотно накладывается на поверхность контролируемой детали, образец намагничивают, и на поверхность кальки наносят клеевую суспензию на основе легко высыхающего клея. Жидкий клей быстро высыхает, и осевший над дефектами порошок остается прочно приклеенным к подложке. Подкладка снимается с детали и может храниться длительное время. При других способах получения дефектограмм применяют целлофан и резиновый клей; закрепляющий лак, наносимый на магнитный порошок после контроля; липкую прозрачную ленту, которую наклеивают на закрепленный лаком магнитный порошок. Также дефектограммы получают фотографированием распределения магнитного порошка по поверхности контролируемой детали. Основная трудность последнего способа состоит в устранении световых бликов.

3.2.4 Размагничивание цилиндров

После контроля изделие необходимо размагнитить, так как остаточная намагниченность может вызвать нежелательные последствия. Например, неразмагниченные детали могут нарушить ход часов и электронных приборов.

Любое размагничивание сводится к периодическому изменению величины и направления магнитного поля, в котором находится КО, с постепенным уменьшением этого поля до нуля. На рис. 3.5 представлен график изменения индукции в объекте при размагничивании.

Когда напряженность размагничивающего поля достигнет нулевого значения, остаточная индукция в детали будет также близка к нулю.

Рис. 3.5. график изменения индукции в объекте при размагничивании.

3.2.5 Оборудование МНК для цилиндров

При контроле цилиндров удобно пользоваться магнитным дефектоскопом В8-1008 Parker (Рис.3.6). Назначение: легкий переносной электромагнит с регулируемыми полюсами, позволяющий создавать магнитное поле на поверхностях любых ферромагнитных материалов при выполнении магнитопорошковой дефектоскопии в машиностроительной, химической, газовой, нефтяной, аэрокосмической, металлургической и многих других отраслях промышленности.

Рис.3.6. магнитный дефектоскоп В8-1008 Parker

Технические характеристики:

Параметр	Ед. изм.	Значение
Максимальный ток	А	2000
Длительность процесса размагничивания	сек	20ч25
Габариты преобразователя	мм	220x185x50
Рабочее напряжение	В	220ч230

С помощью двух регулируемых полюсов, электромагнит можно подстроить под любую кривизну или форму поверхности

Дополнительно используется аппликатор для нанесения магнитного порошка Parker РВ5. Назначение: нанесение магнитного порошка на вертикальные поверхности, поверхности с затрудненным доступом с возможностью регулировки подачи порошка.

Технические характеристики

Конструкция	Металлический танк для суспензии емкостью 2,5 л и алюминиевый пистолет - распылитель
Напряжение питания	220ч230 В, 50-60 Гц
Ток	1А
Напряжение на выходе	12 В, переменное
Длина шланга	4 м
Габариты, мм	229x286x149

3.3 Визуально-оптический контроль (ВОК)

3.3.1 Задачи, решаемые ВОК

Глаз человека исторически являлся основным контрольным прибором в дефектоскопии. Глазом контролируют исходные материалы, полуфабрикаты, готовую продукцию, обнаруживают отклонения формы и размеров, изъяны поверхности и другие дефекты в процессе производства и эксплуатации: остаточную деформацию, пористость поверхности, крупные трещины, подрезы, риски, надиры, следы наклёпа, раковины и т.д.

Однако возможности глаза ограничены, например, при осмотре быстро перемещающихся объектов или удалённых объектов, находящихся в условиях малой освещённости. Даже при осмотре предметов, находящихся в покое на расстоянии наилучшего зрения в условиях нормальной освещённости, человек может испытывать трудности из-за ограниченной разрешающей способности и контрастной чувствительности зрения.

Для расширения возможностей глаза используют оптические приборы (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Лупы для визуального контроля: а - лупа с 4-х кратным увеличение,б - лупа с 10-и кратным увеличением

Они увеличивают угловой размер объекта, при этом острота зрения и разрешающая способность глаза увеличиваются примерно во столько же раз, во сколько увеличивает оптический прибор. Это позволяет увидеть мелкие дефекты, невидимые невооружённым взглядом, или их детали. Однако при этом существенно сокращается поле зрения и глубина резкости, поэтому обычно используются оптические приборы с увеличением не более 20-30х.

Также используют оптические приборы, называемые эндоскопами, которые позволяют осматривать детали и поверхности элементов конструкции, скрытые близлежащими деталями и недоступные прямому наблюдению.

Визуальный контроль с использованием оптических приборов называют визуально-оптическим. Визуально-оптический контроль и визуальный осмотр - наиболее доступный и простой метод обнаружения поверхностных дефектов деталей. Основные преимущества этого метода - простота контроля, несложное оборудование, сравнительно малая трудоёмкость.

3.3.2 Классификация и общие требования к оптическим приборам для ВОК

По виду приёмника лучистой энергии различают три группы оптических приборов: визуальные, детекторные и комбинированные.

У визуальных приборов приёмник - глаз (сведения о некоторых характеристиках зрения, которые следует учитывать при ВОК, приведены в приложении Б). Это обзорные эндоскопы, лупы, микроскопы и т.п. К детекторным приборам относятся приборы, в которых приёмником служат различные детекторы: химические реагенты (фотоэмульсии), люминесцирующие вещества и т.д.

Комбинированные приборы пригодны для обзора объекта визуально и с помощью детектора.

По назначению приборы ВОК делятся на три группы: 1) приборы для контроля мелких близкорасположенных объектов, находящихся от глаз контролёра в пределах расстояния наилучшего зрения 1<=250 мм (лупы, микроскопы);

приборы для контроля удалённых объектов (1>250мм) -телескопические лупы, бинокли, зрительные трубы;

приборы для контроля скрытых объектов (эндоскопы, бороскопы, перископические дефектоскопы).

Различают также приборы цехового назначения и приборы полевого использования.

Приборы должны иметь малую массу, быть пригодными к переноске, иметь удобно расположенные ручки панели управления. Должны быть предусмотрены устройства для уменьшения отрицательного влияния рассеянного света (бленды, диафрагмы, светопоглощающая отделка деталей).

Важное значение имеют внешний вид и форма прибора, особенно эндоскопа. Он не должен иметь выступающих элементов и резких переходов в сечении погружаемой части, затрудняющих ввод в проверяемый механизм и вывод его оттуда.

Освещенность на рабочем месте для контроля и система искусственного освещения выбираются в зависимости от цвета и яркости проверяемых деталей, размеров отыскиваемых дефектов и их контраста с фоном. Лампы для местного освещения необходимо размещать так, чтобы прямые лучи не попадали в глаза контролера. Материал и цвет покрытия рабочего стола выбирают так, чтобы уменьшить яркостные контрасты в поле зрения контролера и ускорить переадаптацию при чередовании наблюдения деталей и фона, а также не допустить слепящего действия света, отраженного от покрытия. Поверхность стола не должна быть белой, ее нельзя покрывать стеклом.

3.3.3 Приборы ВОК

Для контроля близко расположенных деталей (находящихся на расстоянии не более 250 мм от глаз контролера) используют лупы и микроскопы различного типа (рис 4.2). Они позволяют обнаруживать трещины различного происхождения, поверхностные коррозионные повреждения, забоины, открытые раковины, поры, надиры, риски и дефекты лакокрасочных и гальванических покрытий. При анализе характера дефектов эти приборы позволяют отличать усталостные трещины от горячих, трещины - от рисок, заусенцев, сколов окисной пленки и т.д. Лупы и микроскопы, используемые при капиллярном и магнитопорошковом контроле, позволяют обнаруживать более мелкие, чем без применения оптических средств, трещины, непровары, волосовины, расслоения и другие дефекты.

Рис. 4.2. Лупа с 10-и кратным увеличением, с подсветкой и белой измерительной шкалой.

Для контроля удалённых объектов используются телескопические приборы прямого зрения - телескопические лупы, зрительные трубы, бинокли. Такие приборы применяют для контроля деталей сложной формы (с глубокими выемками, отверстиями, пазами), а также деталей и силовых элементов конструкций, находящихся в пределах прямой видимости.

Рис. 4.3. Жесткие эндоскопы

Для осмотра внутренних поверхностей деталей используются оптические трубки цитоскопов, бронхоскопов и т.п.

Цитоскоп - тонкая трубка с оптической системой, имеет устройство, позволяющее изменять положение объектива и направление осмотра полостей диаметром более 8 мм. Оптическая система, как правило, состоит из сменных окуляров, объективов и оборачивающих систем. Может быть предусмотрена подсветка на конце трубки.

Гибкие телескопические приборы (рис. 4.4) включают в себя наборы стекловолокон. Основным элементом волоконной оптики является световод, представляющий собой сердечник из оптического стекла с высоким показателем преломления nc с оболочкой также из оптического стекла, но с меньшим показателем преломления nn.

Рис. 4.4. Гибкий эндоскоп.

Лучи света, падающие на один торец такого световода, благодаря полному внутреннему отражению распространяются вдоль волокна до другого торца. Важным преимуществом волоконной оптики является возможность передачи световой энергии по криволинейным каналам, свободно ориентированным в пространстве. Предельно допускаемый радиус изгиба световода при прохождении лучей без вытекания зависит от показателей преломления сердечника и оболочки.

За единицу измерения радиуса изгиба световода условно принят радиус самого световода. Чем больше разница в показателях преломления сердечника nc и оболочки nn, тем меньше предельно допустимый радиус изгиба световода.

Одной из особенностей волоконной оптики является разложение изображения на элементарные площадки размером, равным диаметру световода (от единиц до десятков микрон), и передача их по отдельным световодам, изменяющим форму и положение в пространстве, на значительные расстояния (до сотен метров). Это расстояние зависит от светопропускания световодов, определяемого коэффициентом светопропускания ф.

Единичный световод передает только световую энергию, а для передачи изображения применяются жгуты из регулярно уложенных и склеенных или спеченных световодов. В осветительных жгутах оптические волокна расположены беспорядочно; в жгутах для передачи информации волокна располагаются идентично на обоих концах жгута. На выходном конце получается мозаичное изображение.



Рис. 4.5. Схема интроскопа с раздельными информационным и осветительным каналами:

1 - источник; 2 - световод;

3 - объект отражения; 4 - жгут;

5 - окуляр наблюдателя; 6 - транспорант

На рис. 4.5 представлена схема интроскопа с раздельными информационным и осветительным каналами. Такая конструкция способствует расширению доступности в зоны ограниченных габаритов. На схеме оптическое излучение создается источником 1, передается по гибкому световоду 2, отражается от объекта 3 и воспринимается жгутом 4. Изображение считывается через окуляр наблюдателем 5 или отображается, например, на транспоранте 6.

3.3.4 ВОК цилиндров

Как отмечалось ранее, в цилиндрах следует контролировать внутренние поверхности (этот вопрос рассмотрен в п.3.1), доступ к которым затруднён. Поэтому при диагностике рекомендуется использовать гибкие эндоскопы.

Например, возможно использование прибора Video-Probe XL-PRO. Это один из самых современных приборов, который в то же время очень прост в эксплуатации. Он предназначен для визуально-оптического контроля деталей в труднодоступных местах механизмов, машин и оборудования. На рис. 4.6 представлен внешний вид прибора.

Рис.4.6 Внешний вид прибора Video-Probe XL-PRO

В комплект прибора входят: ССD -цветная видеокамера с разрешением 440.000 точек, 500 НТV-линий (технология Hyper HAD), источник света Welch Allyn Solarc TM 50 Вт с ресурсом лампы 1500 ч. Для затемненных объектов предусмотрен режим длительной экспозиции. Запатентованная технология высокоточных измерений ShadoProbe позволяет получить хорошее изображение без потери разрешения; программное обеспечение XL-PROwareTM применяется для повторных измерений объектов контроля, создания структуры каталогов для хранения изображений в ПК, сравнения текущего изображения с ранее архивированными благодаря системе разделения экрана. Встроенная система архивирования записывает до 450 во внутреннюю флэш-память и до 900 на карту памяти SmartMedia одновременно с записью звуковых комментариев через встроенный микрофон. Функция цифрового увеличения с кратностью 1,2; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 5,0 позволяет увеличивать изображение на экране без замены объектива зонда.

Рис. 4.7. Набор специализированных зондов.

При работе используется набор специализированных зондов (рис. 4.7).

На рис.4.8.показан изгиб управляемой части зонда.

Рис.4.8. Изгиб управляемой части

Предусмотрены комбинированные S-видео входы и выходы для подсоединения мониторов, записывающих устройств, для работы с внешними источниками видеосигналов (видеокамеры, тепловизоры и т.д.).

Video Probe XL-PRO с диаметром зонда 7 мм имеет внутренний инструментальный канал для захвата посторонних мелких объектов в зоне контроля. В комплект также могут входить специализированные зонды: летающий с воздушными соплами, промышленный, зонд для скрытого наблюдения с возможностью отключения источника света.

XL-PRO с диаметром зонда 3 мм - самый тонкий видеозонд в мире. Его разрешающая способность в 10 раз выше, чем у волоконно-оптического эндоскопа того же диаметра. Он идеален для применения в промышленности.

Видеозонды Video Probe XL-PRO с диаметрами 3,9 и 7 мм решают задачи контроля, ранее недоступные для других видеоэндоскопов, особенно на авиационных и космических объектах.



Выводы

В данной работе рассмотрены составные цилиндры с точки зрения теории упругости. Описана методика расчёта составных цилиндров, нагруженных внутренним давлением.

Произведён численный расчёт для заданных параметров составного цилиндра и найдено максимальное допустимое внутреннее давление, равное 311 МПа.

Также рассмотрены основные методы неразрушающего контроля и описаны особенности диагностики составных цилиндров.

Выбраны два наиболее подходящих способа контроля цилиндров - магнитный, с использованием магнитного порошка и визуально-оптический. Подробно описаны суть этих методов, области применения, выбраны способы регистрации дефектов.

Описаны приборы, которые можно использовать при контроле составных цилиндров магнитными и визуально-оптическими методами, приведены их технические характеристики.



Список использованной литературы

1. Неразрушающий контроль материалов и изделий. Справочник.

Под ред. Г.С.Самойловича. М., Машиностроение, 1976, стр. 285 - 359.

3. Пономарёв С. Д., Расчёты на прочность в машиностроении, том №2, 1958.

4. Машиностроение: энциклопедия в 40 томах. Т. III-7. Измерения, контроль, испытания и диагностика. (Под ред. и сост. чл. - корр. РАН В. В. Клюева), М. Машиностроение, 1996 г., 459 с.

5. Каневский, И.Н. Неразрушающие методы контроля: учеб. пособие / И.Н. Каневский, Е.Н. Сальникова. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. - 243 с.

Размещено на Allbest.ru

...