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 №8	Сталь 12Х18М10Т, t = 600°С
Образец №5	Сталь 20К, t = 380°С
Число измерений	n = 5

Нормы безопасности

Нормированные допустимые напряжения стали для расчётного срока 200000 ч.:

1. Сталь 12Х18М10Т, .

2. Сталь 20К, .

Схема лабораторного стенда

1-дефектоскоп УД2-12; 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-разъемы коаксиального кабеля; 10- бутылочка масла; 11-цифровой индикатор.

Результаты измерений

Данные измерений времени локации образцов № 8 и № 5 приведены в таблице 1.

Таблица 1

Измерение времени локации металлических образцов

Время локации τ, мкс
Образец № 8	Образец № 5
8,57	5,92
8,53	5,91
8,61	5,93
8,55	5,94
8,56	5,93

Обработка результатов исследования с оценкой ошибок величин, участвующих в расчётах

В таблицах 2 и 3 показана обработка экспериментальных данных.

Таблица 2

Обработка экспериментальных данных для образца № 8

№ п/п	τ1i, мкс	τ1- τ1i	(τ1- τ1i)^2
1	8,57	0,01	0,0001
2	8,53	0,03	0,0009
3	8,61	0,05	0,0025
4	8,55	0,01	0,0001
5	8,56	0	0
Среднее значение τ1, мкс	8,56

Таблица 3

Обработка экспериментальных данных для образца № 5

№ п/п	τ2i, мкс	τ2- τ2i	(τ2- τ2i)^2
1	5,92	0,01	0,0001
2	5,91	0,02	0,0004
3	5,93	0	0
4	5,94	0,01	0,0001
5	5,93	0	0
Среднее значение τ2, мкс	5,93

1. Среднее время локации образца № 8:

2. Среднее время локации образца № 5:

3. Ошибка измерения времени локации образца № 8:

4. Ошибка измерения времени локации образца № 5:

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

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

.

Для образца № 8:

Для образца № 5:

(1 ат = 9,8∙10⁴ Па)

7. Значения эквивалентных напряжений для шара рассчитывают по соотношению:

Для образца № 8:

Для образца № 5:

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

Для образца № 8 ,

для образца № 5 .

Анализ полученного результата

Образец № 8

Для образца № 9 . Доверительный интервал I_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 № 5

Для образца № 1 . Доверительный интервал I_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%.

Лабораторная работа №6