Лабораторная работа № 5. Экспериментальное исследование толщины металлических образцов методом ультразвуковой локации

Цель работы

Определение уровня безопасности тонкостенных оболочек, находящихся под нагрузкой.

Задание

Давление внутри оболочки	Р = 100 ат
Радиус оболочки	R = 20 см
Вид оболочки	Шар
Образец №7	Сталь 20К, t = 430°С
Образец №10	Сталь 12Х18Н10Т, t = 570°С
Число измерений	n = 6

Нормы безопасности

Нормированные допустимые напряжения стали для расчётного срока 200000 ч.:

1. Сталь20К, .

2. Сталь 12Х1МФ,

Схема лабораторного стенда

1 – дефектоскоп УД 2 – 12;

2 – ультразвуковой преобразователь;

3 – металлические образцы;

4 – коробка с металлическими образцами;

5 – экран осциллографа;

6 – кнопка включения электропитания;

7 – кнопка включения накала;

8 – сенсорный датчик;

9 – разъёмы коаксиального кабеля;

10 – бутылочка масла;

11 – цифровой индикатор.

Результаты измерений

Данные измерений времени локации образцов № 7 и № 10 приведены в таблице 1.

Таблица 1

Измерение времени локации металлических образцов

Время локации τ, мкс
Образец № 7	Образец № 10
8,16	10,20
8,22	10,26
8,15	10,30
8,13	10,28
8,12	10,32
8,11	10,27

Обработка результатов исследования с оценкой ошибок величин, участвующих в расчётах

Таблица 2

Обработка экспериментальных данных для образца № 7

№ п/п	τ1i, мкс	τ1- τ1i	(τ1- τ1i)2
1	8,16	-0,012	0,000144
2	8,22	-0,072	0,005184
3	8,15	-0,002	0,000004
4	8,13	0,018	0,000324
5	8,12	0,028	0,000784
6	8,11	0,038	0,001444
Среднее значение τ1, мкс	8,148

Таблица 3

Обработка экспериментальных данных для образца № 10

№ п/п	τ2i, мкс	τ1- τ1i	(τ1- τ1i)2
1	10,20	0,07	0,0049
2	10,26	0,01	0,0001
3	10,30	-0,03	0,0009
4	10,28	-0,01	0,0001
5	10,32	-0,05	0,0025
6	10,27	0	0
Среднее значение τ2, мкс	10,27

1. Среднее время локации образца № 7:

2. Среднее время локации образца № 10:

3. Ошибка измерения времени локации образца № 7:,

4. Ошибка измерения времени локации образца № 10:

5. Толщины образцов Н₁ и Н₂ вычисляют по формуле:

,

где υ – скорость распространения ультразвука в материале образцов. Для нержавеющей стали υ = 6200 м/с = 0,0062 м/мкс; для углеродистой стали

υ = 6100 м/с = 0,0061 м/мкс

6. Для сферического баллона главные нормальные напряжения – меридиональное и широтное – равны между собой, их вычисляют с помощью соотношения

.

Для образца № 7:

Для образца № 10:

(1 ат = 101325 Па)

7. Значения эквивалентных напряжений для цилиндра рассчитывают по соотношению:

Для образца № 7:

Для образца № 10:

8. Ошибку определения эквивалентного напряжения δ_э принимают равной ошибке измерения времени локации δ_τ.

Для образца № 7 ,

Для образца № 10 .

Анализ полученного результата

Образец № 7

Для образца № 7 . Доверительный интервалI_m вычисляют по результатам измерений эквивалентного напряжения с доверительной вероятностью 95%:

Область допустимой безопасности D оценочного параметра σ:

Вывод: прочность исследуемого баллона при давлении 100 ат

допустима с доверительной вероятностью более 95%.

Образец № 10

Для образца № 10 . Доверительный интервалI_m вычисляют по результатам измерений эквивалентного напряжения с доверительной вероятностью 95%:

Область допустимой безопасности D оценочного параметра σ:

Вывод: прочность исследуемого баллона при давлении 100 ат недопустима с доверительной вероятностью в пределах от 5% до 95%.