Способ определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела (его варианты)

 

1. Способ определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела, заключающийся в том, что на поверхности тела закрепляют датчики деформации, выполняют между ними прямолинейный надрез так, что датчики располагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него, измеряют деформации тела и по ним определяют остаточные напряжения, о т л и ч а™ ю щ и и с я тем, что, с целью определения остаточных напряжений также и по сечению тела, датчики закрепляют на разноудаленных от надреза расстояниях, зависящих от глубины надреза и связанных с ней соотношением -luS -лд 5,5 0,7 hпри 0,1, йд-Ду где ujj- и Лд - расстояния от кромки надреза до ближнего и дальнего концов базы датчика деформации соответственно , h, - глубина надреза, надрез поэтапно углубляют, а деформацию измеряют после каждого этапа. 2.Способ по п.1, отличаюс S щий с я тем, что, с целью опре (Л деления как нормальных, так и касательных остаточных напряжений, измеряют деформации на каждой стороне надреза по крайней мере в двух направлениях . 3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что при углублении надреза его ширину уменьшают поэтапно, а затем, начиная с поверхности тела, увеличивают до размера большего, чем первоначальный, затем повторно поэтапно уменьшают ширину надреза. 4.Способ определения остаточных на пряжений в поверхностных слоях тела, заключакяцийся в том, что на поверхности тела Закрепляют датчики деформации , выполняют между ними прямолинейный надрез так, что датчики 1 асполагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него, измеряют деформа

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (192 (112 (5124 С 01 В 5 30

С г 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4,, 1.Г42 ь а

0 7 h а5 5

Ф при ь3

) 0,1, (1д АГ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3234744/25-28 (22) 13.01.81 (46) 15.10.86. Бюл. 12 38 (71) Научно-исследовательский институт тяжелого машиностроения Про-изводственного объединения "Уралмаш" (72) О.Н. Михайлов (53) 531 ° 781.2 (088.8) (56) 1. Гликман Л.А., Писаревский М.М.

Измерение остаточных напряжений в поверхностном слое крупных изделий с помощью проволочных тензодатчиков. — Заводская лаборатория, 1951, 22 1, с. 75.

2. Авторское свидетельство СССР

В 654849, кл.. G 01 В 5/30, !979. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ

НАПРЯЖЕНИЙ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ

ТЕЛА (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) 1. Способ определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела, заключающийся в том, что на поверхности тела закрепляют датчики деформации, выполняют между ними прямолинейный надрез так, что датчики располагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него, измеряют деформации тела и по ним определяют остаточные напряжения, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью определения остаточных напряжений также и rio сечению тела, датчики закрепляют на разноудаленных от надреза расстояниях, зависящих от глубины надреза и связанных с ней соотношением где Ь и Ь вЂ” расстояния от кромки надреза до ближнего и дальнего концов базы датчика деформации соответственно, h; — глубина надреза, надрез поэтапно углубляют, а деформацию измеряют после каждого этапа.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью определения как нормальных, так и касательных остаточных напряжений, измеряют деформации на каждой стороне надреза по крайней мере в двух направлениях.

3. Способ по пп. 1 и 2, о.т л ич а ю шийся тем, что при углублении надреза его ширину уменьшают поэтапно, а затем, начиная с поверхности тела, увеличивают до размера большего, чем первоначальный, затем повторно поэтапно уменьшают ширину надреза.

4. Способ определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела, заключающийся в том, что на поверхности тела закрепляют датчики деформации, выполняют между ними прямолинейный надрез так, что датчики располагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него, измеряют деформа1263993 ции тела и по ним определяют остаточные напряжения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью определения остаточных напряжений также и по сечению тела, датчики закрепляют на разноудаленных от надреза расстояниях, надрез углубляют непрерывно, одновременно измеряют его глубину и деформации и учитывают или компенсируют влияние нагрева стенок надреза на показание датчиков.

Изобретение относится к механическим способам определения остаточных напряжений и может быть использовано для определения остаточных напряжений в деталях машин, заготовках, конструкциях, образцах и т.д. в любой отрасли.машиностроения.

Известен способ определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела, при котором закрепляют на поверхности тела датчики деформации, выполняют вокруг датчиков кольцевую прорезь, измеряют деформации и по ним определяют остаточные напряжения (1) .

Недостатками этого способа явля.ются снижение точности эа счет усреднения определяемых напряжений по столбику, охваченному круговой канавкой, искажения показаний датчиков от нагрева поверхности столбика, деформации резания при сверлении столбика, невозможность определить распределение напряжений по сечению тела, так как при углублении прорези датчики быстро перестают изменять свои показания.

Наиболее близким к изобретению является способ определения остаточных напряжений в поверхностном слое тела, при котором на поверхность тела закрепляют датчики деформации, выполняют между ними прялинейный надрез так, что датчики располагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него. Измеряют

5. Способ по п.4, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью компенсации влияния нагрева стенок надреза, на недеформируемой части тела выполняют второй надрез, подобный первому, закрепляют на поверхности тела рядом с этим надрезом и перпендикулярно к нему компенсационный датчик и нагревают поверхность второго надреза до температуры, равной температуре поверхности первого надреза. деформации тела и по ним определяют остаточные напряжения (2) .

Недостатком этого способа является низкая точность определения

5 остаточных напряжений при неравномерном их распределении по высоте сечения за счет усреднения значений напряжений по толщине контролируемого слоя.

Цель изобретения — определение остаточных напряжений по сечению тела.

Поставленная цель по первому варианту способа достигается тем, что согласно способу определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела, заключающемуся в том, что на поверхности тела закрепляют датчики деформации, выполняют между ними прямолинейный надрез так, что датчики располагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него, измеряют деформации тела и по ним определяют остаточные напряжения, датчики закрепляют на разноудаленных от надреза расстояниях, зависящих от глубины надреза и связанных с ней соотношением

35 где d S H 6 g расстояния oT KpoMKH надреза до ближнего и дальнего концов базы датчика деформа1263993 шают, а затем, начиная с поверхности тела, увеличивают до большего размера, чем первоначальный размер, затем повторно поэтапно уменьшают ширину надреза.

Поставленная цель (по второму варианту способа) достигается тем, что согласно способу определения остаточных напряжений, заключающемуся в том, что на поверхности тела закрепляют датчики деформации, выполняют между ними прямолинейный надрез так, что датчики располагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него, измеряют деформации тела и по ним определяют остаточные напряжения, датчики закрепляют на разно- 30 удаленных от надреза расстояниях, надрез углубляют напрерывно, одновременно измеряют его глубину и деформации, и учитывают или компенсируют влияние нагрева стенок надреза на показания датчиков.

При этом для компенсации влияния нагрева стенок надреза на показания датчиков на недеформируемой части тела выполняют второй надрез, подобный первому, закрепляют на поверхности тела рядом с этим надрезом и перпендикулярно к нему компенсационный датчик и нагревают поверхность второго надреза до температуры,4 равной температуре поверхности первого надреза.

На фиг. 1 показана схема расположения датчиков деформаций на поверхности тела около надреза при оп- gp ределении нормаЛьных остаточных напряжений по сечению тела, на фиг.2— то же, при определении нормальных и касательных остаточных напряжений по сечению тела, на фиг,3 — схема поэтапного уменьшения ширины надреза вместе с его углублением и последующее увеличение его ширины.

40 ции, соответственно;

h; — глубина надреза, надрез поэтапно углубляют, а деформацию измеряют после каждого этапа.

При этом дле определения как нормальных, так и касательных остаточных напряжений, измеряют деформации на каждой стороне надреза по крайней мере в двух направлениях.

Кроме того, в том случае, если 10 это целесообразно, при углублении надреза его ширину поэтапно уменьСпособ осуществляют следующим образом.

Для определения эпюры остаточо ных напряжений 6„по сечению YZ поверхностного слоя h тела 1 (фиг. 1) до глубины 40 мм задают параметры этапов углубления надреза, напри мер, мм: 2,3, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30,35,40. Выбирают ширину надреза равной 1,4 мм. На поверхности тела 1 после разметки места надреза

2 закрепляют датчики деформации, например тензорезисторы 3, 4, 5, вдоль оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него.

Датчики закрепляют на разноудаленных от надреза расстояниях, зависящих от глубины надреза, и определяют их по соотношению и получают Ь5 = 2,5 мм; Л, =11,5 мм;

4 14 мм — 26 мм; hg = 35 мм.

Измеряют начальные показания датчиков. Выполняют прямолинейный надрез на глубину 2 мм. Измеряют показания датчиков и по полученным деформациям тела определяют остаточные напряжения в слое глубиной 2 мм.

Затем поэтапно углубляют надрез, после каждого этапа измеряют показания датчиков и по деформациям определяют остаточные напряжения во всех более глубоких слоях.

На этапах углубления О, 2, 3, 4, 6 мм для расчета остаточных напряжений используют показания пары датчиков 3, так как она, согласно приведенным формулам, на этих этапах обладает оптимальной чувствительностью и точностью. На этапах углубления

6-25 мм для расчета используют показания пар датчиков 4; и в интервале 12-40 мм — показания пар датчиков 5.

Для определения эпюр нормальных остаточных напряжений 0 и ках сательных остаточных напряжений с„, о и „ по сечению YZ поверхностного слоя h тела 1 (фиг.2) закрепляют на поверхности Х тела 1 розетки датчиков, например, тензореэисторы

3, 6, 9 4, 7, 10 5, 8, 11, напри1263993

5 мер, под углами 45, О, 315 с одной стороны надреза, и 135, 180 и 225 с другой стороны.

Затем выполняют надрез и измеряют деформации тела так же, как в предыдущем случае. Остальные напряжения (р определяют из приращео

Х а

+ 18() иий,пол»сумм Лефпрмапии (-и†а-). î

Остаточные напряжения (,„2 определяют

I а о )ар по приращениям деформаций () о а остаточные напряжения (»„ — по приращениям полусумм деформаций д а», а (Г» б,,а) (Е, »E„q )» г формация поверхности тела, возникающая за счет перераспределения остаточных напряжений и тела в результате выполнения надреза q — угол между направлением продольной оси датчика и правой нормали к надрез у.

Во многих случаях соотношение а между продольными Я и поперечными р

Я р деформациями можно установить заранее. В этом случае измеряют деформации тела только в двух направо о лениях, например: О, 45, (180, 225) или 45 ° 315 (135, 225). (До глубины 25-40 мм целесообразно выполнять надрез вулканитовыми кругами, уменьшая его ширину через каждые 4-6 мм,углубления на 0,1—

0,2 мм. Дальнейшее углубление надреза можно осуществлять любым удобным инструментом, например, фрезой, для чего выбирают ее ширину большей, чем ширина надреза на первом этапе.

По мере углубления надреза ширину фрез также поэтапно уменьшают (фиг.3). При такой технологии, устанавливая на поверхности тела новые пары датчиков, можно увеличить величину контролируемого слоя практически без ограничения.

Второй вариант способа используют при автоматизированном определении остаточных напряжений. При этом датчики деформации закрепляют таким же образом, как и при использовании первого варианта.

Надрез углубляют непрерывно, например, осуществляя непрерывную по-.. дачу режущего инструмента по норма10 ли к поверхности тела. Одновременно измеряют специальным датчиком глубину надреза и деформации тела.

Сигналы с этих датчиков подают либо на электронный самописец, либо на ЭВИ.

При непрерывном углублении надреза его стенки нагреваются от контактного трения с режущим инструментом, что искажает показания датчиков

2п деформации. Эти искажения либо учитывают, либо компенсируют. Искажения учитывают при использовании ЭВМ.

При этом учет влияния нагрева стенок на показания датчиков деформации зак"

25 ладывают в программу ЭВМ.

При компенсации этих искажений на недоформируемой части тела выпол,няют второй надрез, подобный первому, закрепляют на поверхности теgp ла рядом с этим надрезом и перйеидикулярно к нему компенсационный датчик и нагревают поверхность второго надреза до температуры, равной температуре первого (рабочего) над35 реза

Предлагаемый способ и его варианты позволяют определять остаточные напряжения не только в поверх- . ностных слоях гела, но также и по

4б его сечению. Онй позволяют определять как нормальные, так и касательные остаточные напряжения. Второй вариант способа позволяет повысить производительность исследований и повышает точность определения остаточных напряжений в деталях машин, заготовках,, конструкциях и т.д, с большими градиентами остаточных напряжений.

l 263993

Составитель В. Панкратьев

Техред В.Кадар Корректор Е. Рошко

Редактор М. Товтин

Заказ 5549/40

Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4