Способ определения напряженного состояния стержня

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1411 82 (5O 4 С 01 В 17/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСНОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СОСР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3927847/25-28 (22) 11.07.85 (46) 23.07.88. Бюл. У 27 (71) Кишиневский сельскохозяйственный институт им. М.В. Фрунзе (72) Л.Г. Штейнберг (53) 531 .781.2 (088.8) (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО

СОСТОЯНИЯ СТЕРЖНЯ .(57) Способ относится к неразрушающим методам контроля напряжений и может быть использован для определения остаточных напряжений в однородных цилиндрических стержнях. Цель изобретения — расширение области применения способа для определения текущих значений радиальных и окружных составляющих тензора остаточных напряжений в функции от радиуса стержня . Это достигается измерением диаметра, длины и плотности материала стержня и возбуждением в стержне крутильных колебаний на основной и высших формах с последующим решением системы уравнений для нахождения функции изменения радиальных и окружных составляющих тензора остаточных напряжений от радиуса. Стержень помещают в гибкие нити 4 и 3 подвески, соединенные с излучающим и приемным пьезопреобразователями 1 и 2, и возбуждают в нем крутильные колебания, перестраивая генератор 6 в заданной полосе частот.

Усиленный усилителем 7 сигнал поступает на вход цвухкоординатного регистратора 8, на второй вход которого поступает сигнал с генератора 6. Регистратор 8 ведет запись сигнала в координатах амплитуда колебаний — частота, что позволяет идентифицировать

Ж формы колебаний. Значение частоты мож- ф/ но контролировать по частотомеру 9.

Способ позволяет повысить несущую способность деталей типа стержней с создаваемыми в них в процессе .обработки остаточными напряжениями. 1 ил.

1 табл.

laaaL

Эвам

Виват

1411582

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к неразру.— ающим методам контроля напряжений, Й может быть использовано для опре5 деления напряжений в цилиндрических стержнях.

Целью изобретения является расрение области применения способа определения текущих значений раиальных и окружных составляющих тенора остаточных напряжений в функции т радиуса однородного цилиндрическо(о стержня, что достигается измереним диаметра, длины и плотноати мате 15 иала стержня и возбуждением в стерже крутильных колебаний на основной высших формах с последующим решеием системы уравнений для нахождеия функции изменения радиальных и 20 кружных составляющих тензора оста» очных напряжений от радиуса.

На чертеже представлена схема усановки для осуществления способа.

Установка содержит излучающий 1 25 и приемный 2 пьезопреобразователи с ибкими нитями 3 и 4 подвески соотетственно, предназначенными для усановки исследуемого стержня 5, генеатор 6 регулируемой частоты с автома-ЗО ическим регулированием выходного сиг, ала для стабилизации амплитуды коебаний на основной и высших формах олебаний, усилитель 7, двухкоординатый регистратор 8 и частотомер 9. Выод генератора 6 соединен с излучаюм пьезопреобразователем 1 и входами регистратора 8 и частотомера 9. ход усилителя 7 соединен с приемным ьеэопреобразователем 2, а его вы- 40 од — с другим входом регистратора 8.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемый цилиндрический стер кень 5 с однородным распределением внутренних напряжений по длине стержНя помещают в гибкие нити " и 4 подвески и возбуждают в нем крутильные колебания в полосе частот, соответствующей основной и нескольким высшим формам колебаний стержня. Генератор 6 регулируемой частоты плавно перестраивают в пределах указанного диапазона и регистрируют получаемую при этом частоту в ниде текущей координаты по одной из осей двухкоординатного регистратора 8, например двухкоординатного графопостроителя. Для визуального наблюдения за изменением частоты сигнал с генератора 6 подают на вход частотомера 9 ° Возбужденные в стержне крутильные колебания через гибкие нити 4 подвески передаются приемному пьезопреобразователю 2 и после усиления в широкополосном усилителе 7 так-, же поступают на второй вход регистратора 8, В результате получается запись сигнала с пьезопреобразователя 2 в координатах амплитуда напряжения частота, позволяющая идентифицировать основную и последующие высшие формы колебаний стержня 5.

Затем измеряют диаметр, длину и плотность материала стержня 5. Полученные данные подставляют в систему уравнений, описывающих зависимость между частотами колебаний и величинами окружных и радиальных составляющих тензора остаточных напряжений, После решения этой системы уравнений с учетом известных значений напряжений на цилиндрической поверхности стержня получают зависимости величины окружных и радиальных составляющих тензора напряжений от радиуса стержня.

Пример. Берут стержневой образец круглого поперечного сечения ) длиной 1 = 1, 5 10 м и диаметром

D = 2,0-10 м из материала сталь 45, подвергнутой термической обработке без отпуска. Для этого материала плотность = 7,8 ° 10 кг/м и модуль сдвига G = 8,01 ° 10 МПа. В результате измерения собственных частот крутильных колебаний стержня получают частоты f > = 5630 Гц, f < = 18735 Гц.

По следующему алгоритму вычисляют значения

М

В = и G- f2 n =(--) С вЂ” f> n

1 01 I Ó 21 ) — 8,5 ° 10 МПа/м в = с- ю =(- -) с- гу=

7, 7 ° 10 МПа/м .

Составляют систему уравнений относительно

A gg 1+ A fQ 2 В т

Az„4,+ Agz4g= В

Э!1

21Е а2 г, 1! " где А" = ) 2 sin- — — — соз2) --)d / 1 р с г2 D о

2 2

2 в1п - — d (М )

11582 деталей типа стержней с создаваемыми в процессе их обработки остаточными напряжениями и гарантировать 6олее высокую несущую способность таких деталей.

3 14

-1, 6 «10 е(— 8,24 х10 d = 8, 5 м10

4 2х10 4 5,6«10 7,7«10 ю(1= -182 (ИПа); с(= -25 (ИПа) .

Подставляя с ; в выражения для

fP . 20з

6 = 2 sin — + o(sin — — получают

1 0

Формула изобретения

0 0,15

05 075 1

6,МПа

0 -103, 7 -182 -153, 7 О

0 -204,8 -221,3 149,5 650,3

Составитель Н. Тимошенко

Техред Л.Олийнык Корректор О. Кравцова

Редактор И. Шулла

Заказ 3643/36 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

G = -182 sin(314r) + 25 sin(628r), MIIa; 10

6 = -57 1(77r соз(314г) — 182 sin(314r)<

+ 7854r соз(6?8г) + 25 sin(628r) ÌÏà.

Результаты ра<:чета можно представить также в виде таблицы числовых значений 4",.6 для 2 с (О, 10 ).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет, определив спектр частот крутильных колебаний однородного 20 стержня, найти значения остаточных напряжений вдоль радиуса и по касате льной к окружности этого радиуса для всех внутренних сечений стержня. Это дает возможность ограничиться нераз- 25 рушающим контролем при изготовлении

Способ определения напряженного состояния стержня, заключающийся в том, что в стержне возбуждают колебания стабилизированной амплитуды на основной и высших формах колебаний, измеряют частоты этих колебаний и по этим данным определяют напряженное состояние, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения способа для определения текущих значений радиальных и окружных составляющих тензора остаточных . напряжений в функции от радиуса однородного цилиндрического стержня-, измеряют диаметр, длину и плотность материала стержня, а в самом стержне возбуждают крутильные колебания.