Способ определения остаточных напряжений при двухосном напряженном состоянии ферромагнитных изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволит путем регулирования отношения регистрируемых поперечных и продольных магнитоупругих эффектов повысить точность измерения остаточных напряжений при двухосном напряженном состоянии ферромагнитных изделий. Возбуждающие обмотки 15, 16 измерительного 3 и компенсационного 4 преобразователей запитывают от генератора 1 через усилитель 2 переменным током номинальной амплитуды. Компенсационный преобразователь 4 устанавливают эталонный образец, а измерительный 3 - на одноосно нагруженный образец. Снимают амплитудно-частотные характеристики изменений разностного сигнала преобразователей от частоты при ориентировании измерительного преобразователя поперек Δ*98M<SB POS="POST">1</SB>(F) и вдоль Δ*98M<SB POS="POST">11</SB>(F) направления попеременно нагружающей силы. При этом начальную амплитуду тока, поддерживают неизменной. Устанавливают частоту возбуждения F<SB POS="POST">в</SB>, при которой абсолютная величина отношения Δ*98M<SB POS="POST">1</SB>/Δ*98M<SB POS="POST">11</SB> равна ν 1+*987н/ 1-ν, где ν - коэффициент Пуассона материала изделия. На этой частоте проводят градуировку, строят градуировочную характеристику, из которой определяют коэффициент M, равный тангенсу начального угла наклона этой характеристики. Затем определяют разности Δ*98M<SB POS="POST">1</SB> и Δ*98M<SB POS="POST">2</SB> выходных сигналов *98M<SB POS="POST">1</SB> и *98M<SB POS="POST">2</SB> преобразователей при установке измерительного преобразователя на изделии в направлении главных напряжений σ<SB POS="POST">1</SB> и σ<SB POS="POST">2</SB> с выходным сигналом μ<SB POS="POST">0</SB> компенсационного преобразователя. Величину главных напряжений определяют по формулам Σ<SB POS="POST">1</SB>=*98M/1+*98H<SP POS="POST">2</SP> (Δ*98M<SB POS="POST">1</SB>-*98H1-*98H/1+*98HΔ*98M<SB POS="POST">2</SB>) Σ<SB POS="POST">2</SB>=*98M/1+*98H<SP POS="POST">2</SP> (1-*98H/1+*98HΔ*98M<SB POS="POST">2</SB>+*98HΔ*98M<SB POS="POST">1</SB>). выходные сигналы преобразователей, снимаемые с измерительных обмоток 7,8 и 9,10, подают на выпрямители 11,12, которые включены в плечи измерительной схемы. Мост 14 служит для установки нуля измерительной схемы. 2 с., 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 L 1 !2 гОсудАРстэенный КОмитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССЗ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4375315/24-10 (22) 05.02.88 (4б) 23 ° 05.90. Бюл. ¹ 19 (71) Научно-исследовательский и проектно-технологический институт машиностроения (72) А.Г.Сюстин, Н,Н.Зацепин, Н.П.1)рченко и В.Е.Никитин (53) 531.781(088 ° 8) (5б) Авторское свидетельство СССР

И4 1273754, кл, Г 01 L 1/12, 198б.

Орехов Г.Г., Состин А,Г. Измерение напряжений и деформаций магнитоупругим методом. — Известия АН БССР. Сер. физико-технических наук. — Иинск, 1974, № 3, с. 8-12.

Орехов Г,Т., Состин А.С., Орехов В.Т, Захаров В.А. Измеритель остаточных напряжений: Сб. Технология механосборочного производства. Краматорск, НИИПТмаш, вып. 14, 1973, с. 73-77.,SU„„1566234 А 1

2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧН! 1Х

НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ДВУХОСНОИ НАПРЯЖЕННО!1

СОСТОЯНИИ ФЕРРОИАГНИТН!4Х ИЗ, 1ЕШЙ И

УСТРОЙСТВО ДНЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволит путем регулирования отношения регистрируемых поперечных и продольных магнитоупругих эффектов повысить точность измерения остаточных напряжений при двухосном напряженном состоянии ферромагнитных изделий. Возбуждающие обмотки

15,1б измерительного 3 и компенсационного 4 преобразователей запитывают

Ф от генератора 1 через усилитель 2 переменным током номинальной амплитуды.

Компенсационный преобразователь 4 устанавливают на эталонный образец,а измерительный 3 — на одноосно-нагруженный образец. Снимают амплитудно-.частотные характеристики изменений разностного сигнала преобразователей от

1566234 частоты при ориентировании измерительного преобразователя поперек др„(Е) и вдоль 0p „(f) направления попеременно нагружающей силы. При этом начальную амплитуду Тока поддерживают неизменной. Устанавливают частоту возбуждения Г, при которой абсолютная величина отношения др /Др„рав1+J на 4 †-, где J — коэффициент Пуассо1 э на материала изделия. На этой частоте проводят градуировку, строят градуировочную характеристику, из которой определяют коэффициент М, равный тан- 15 генсу начального угла наклона этой характеристики. Чатем определяют разности Д р,и д р выходных сигналов р; и преобразователей при установИзобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при определении остаточньм напряжений после сварки толсто— стенных поковок на ферромагнитных изделиях, прошедших объемную .закалку, нормализацию и другие виды термической, химико-термической и так далее унрочняющих обработок, при которых главные напряжения на поверхности изделия близки по величине, а также в

35 изделиях нз проката, в литых и сварно-литых конструкциях.

Цель изобретения — повышение точности путем регулирования отношения регистрируемых поперечного и продольного магнитоупругих эффектов, На фиг. 1 схематично представлено устройство для определения остаточнь".. напряжений двухосного напряженного состояния ферромагнитных изделий; на фиг. 2 — амплитудно-частотные характеристики при установке измерительного преобразователя вдоль Д „= gf) и поперек Qp =ф 1 одноосно-нагружаемого

Х образца при постоянном начальном токе возбуждения; на фиг. 3 — градуировочная зависимость 6 =f(Dp > снятая на градуировочном образце.

Устройство для определения остаточных напряжений двухосного напряженного состояния ферромагнитных изделий (фиг. 1) состоит из последовательно соединенных генератора 1 и усилителя 2 низких частот, выполненного и ке измерительного преобразователя на изделии в направлении главных напряжений Q, н 6 с выходным сигналом р компенсационного преобразователя.

Величину главных напряжений определяют по формулам

М 1-4 (1И Ф )

1 1+42 4 1+1 t Ф

М 1-4

6 = — — (— — ар+ мр)

2 1+42 1+9 1 1

Выходные сигналы преобразователей, снимаемые с измерительных обмоток 7,S и 9,10, подают на выпрямители 11,12, которые включены в плечи измерительной схемы. Мост 14 служит для установки нуля измерительной схемы.

2 с.п. ф-лы, 3 ил. виде регулируемого усилителя напряжения, измерительного 3 и компенсационного 4 магнитоупругих преобразователей, например, с U-образнымп магннтопроводами 5 и 6, измерительные обмотки 7 — 10 преобразователей 3 и 4 расположены на крайних полюсах магнитопроводов 5 и 6, соединены попарно последовательно согласно и подключены к входам двухполупериодных выпрямителей

11 и 12, выходы которых соединены по дифференциальной мостовой схеме, в диагональ последней включены параллельно индикатор 13 выходного разностного сигнала преобразователей и мостовая схема 14 установки нуля, возбуждающие обмотки 15 и 16 преобразователей 3 и 4 расположены на средних полюсах магнитопроводов 5 и 6 и соеднены между собой последовательно, пр :чем одна из обмоток 16 через ин 1икатор 17 тока возбуждения соединена с первым выходом усилителя 2, а другая обмотка 15 — с вторым выходом усилителя.

Способ определения остаточных напряжений при двухосном напряженном состоянии ферромагнитных изделий осуществляют со следующей последовательностью выполнения операций.

Возбуждающие обмотки измерительного и компенсационного преобразователей питают переменным током .номинальной амплитуды. Компенсационный преобразователь устанавливаю " постоянно

5 156б2 на ненапряженный эталонный образец, а измерительный — на одноосно-нагружаемый в пропорциональной области градуировочный образец, изготовленные из материала изделия, и снимают амплитудно-частотные характеристики изменений разностного сигнала преобразователей от частоты при ориентиро вании измерительного преобразователя поперек дИ () и вдоль дИц(й) направления попеременно нагружающей силы постоянной величины, создающей в градуировочном образце напряжение, равное трети предела пропорциональности, т.е ° х 0,36„,. При напряжениях выше

0,5 6 сказывается нелинейность зависимости Ар„=Г(6) . Напряжение в образце определяют делением силы на поперечное сечение образца. При этом на- 2р чальную амплитуду тока возбуждения при нулевой силе нагружения и каждой частоте поддерживают равной номинальной. Из существенно нелинейных амплитудно-частотных характеристик (фиг.2) устанавливают частоту возбуждения при которой абсолютная величина отно1+4 шения 1d fl /5р» (ранна — —, где 4 коэффициент Пуассона материала изделия. На этой частоте и при начальной амплитуде тока возбуждения осуществляют градуирование преобразователей и определение напряжений, причем отношение дИ / йр„ остается практически

35 постоянным в пропорциональной области нагружения.

При градуировании измерительный преобразователь устанавливают на градуировочный образец вдоль направления 40 нагружающей силы, создающей в образце напряжения от нуля до предела пропорциональности в материала изделия и строят градуировочную зависимость напряжений в образце от изменения вы- 45 ходного сигнала преобразователей 6 =

f(dP,), из котороч определяют коэффициент пропорциональности М (фиг.3).

Затем определяют разности др„ и др выходных сигналон И,и И преобразователей при установке измерительного преобразователя на изделие в контролируемой точке в направлении главных напряжений g и 6< с выходным сигна1 лом р преобразователей, установленных на ненапряженном образце. Направление главных напряжений 6„ 6Z OII- .. ределяют по максимальному и минимальному выходным сигналам преобразовате34 6 лей при врашении измернтельнпгп llpl— образователя вокруг своей поп н» иэ,ч. лии в контролируемой точке. Вели:IIHó главных напряжений определчют пэ выражений

М 1-4

= — — (лр - — -дц) ° (1)

1+4 1 . г!

М 1 — l

= — --- (--- II a i + 4И<), (2)

Z 1+ 2 1+,! где дИ, и дИ равны с учетом знаков И И Р" Р Pz Р ед. выходного сигнала преобразователей, мкЛ;

H — коэффициент пропорциональности, равный тангенсу начального угла наклона Ч „„„(Аиг.3) градуироночной зависимости b=f(dp ), т.е.

ab

M=tp Нач д „„ Л ./ед выходного сигнала преобразователей; — коэфАициент Пуассона материала изделия.

Снятие амплитудно-частотных характеристик преобразователей при последовательном соединении их измерительных обмоток позволяет .регулировать регистрируемый поперечный магнитоупругий эффект и устанавливать егo определенным по отйошению к продольному, напри1+1 мер, равным, а полученные ныраже1- ния (1) и (2) для определения и

6 учитывают взаимное влияние продольного и поперечного магнитоупругих эАфектон при определении двухосного напряженного состоянИя ферромагнетиков предлагаемым способом, что повышает точность определения главных остаточных напряжений.

Предлагаемое устройство для определения остаточных напряжений двухосного напряженного состояния Аерромагнетиков (фиг. 1) работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает сигналы низких частот, усиливаемых регулируемым усилителем 2 напряжения, который обеспечивает ручной регулировкой IIoстоянство начальной амплитуды тока возбуждения на всех частотах в последовательно соединенных обмотках 15 и 16 возбуждения преобразователей 3 и 4, что контролируется индикатором

17 тока возбуждения. Переменный магнитный поток, наводимый в магнитопро—

7 1566234 8 нодах 5 и. б, проникает н изделие (или нчгружаемь»й образец)и в ненапряженный образец, на которых соответственно установлены преобразователи 3 и 4, Наводимые переменным магнитным потоком ЭДС в измерительных обмотках 7

10 зависят от магнитных проницаемостей (магнитных сопротивлений) напряженного и ненапряженного образцов. С изме- 10 рительных обмоток 7 — 10 выходные ЭДС поступают на двухполупериодные выпрямители 11 и 12, соединенные по дифференциальной мостовой схеме, в диагонали которой через индикатор 13 Bb» 15 ходкого разностного сигнала преобразователей протекает ток, пропорциональный разности ЭДС измерительных обмоток 7 — 10, а значит, и соотношению магнитных проницаемостей напряженного и,ненапряженного образцов и соответствующий величине.механического напряжения в напряженном образце (или изделии). При установке измерительного 3 и компенс»ционного .4 преоб-25 разователей на ненапряженный изотропный образец ток индикатора 13 равен нулю. Шкала индикатора 13 имеет среднюю точку, так как результирующие сигналы с преобразователей могут быть 30 разных знаков. Погрешности в изготовлении преобразователей и ненапряженных образцов усредняются мостовой схемой 14 установки нуля. Для исключения влияния зазора возбуждающ»»е полюса магнитопроводов могут быть выполнены подвижными и подпружиненными в осевом направлении, а конць1 всех полюсов полусферическими для обеспечения постоянства точе ного контакта (магHR;" щ ного сопротивления контакта) на плоских и криволинейных поверхностях.

Ф с „e1 у л - и з о б р е т е н и я 1 с, 1. Способ определения остаточных напряжений при двухосном напряженном состоянии ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что градуируют два накладных магнитоупругих преобразова- о теля путем установки измерительного преобразователя на одноосно-нагружаемый градуировочный образец вдоль направления нагружения, а компенсационногб - на эталонный образец, и построения градуировочной зависимости напряжений в образце от выходного сигнала преобразователей, регистрируют ,.выходные сигналы преобразователей при установке измерительного преобразователя на изделии и эталонном образце и по их разности судят о напряжении в изделии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем регулирования отношения регистрируемых поперечного и продольного магнитоупругих эффектов, перед градуированием при ориентации измерительного преобразователя на градуировочном образце поперек и вдоль направления нагру— жения снимают амплитудно-частотные характеристики изменений выходного сигнала преобразователей и устанавливают частоту напряжения возбуждения преобразователей, при которой абсолютная величина отношения этих изменений равна

1+» где 4 — коэффициент Пуассона

1- материала иэделий, а главные напряжения b и » определяют из выражений где dp и д » — разности выходных сигналов преобразователей при установке измерительного преобразователя на изделии вдоль главных напряжений

1 и Ь соответственно и выходного сигнала преобразователя на эталонном образце;

И вЂ” коэффициент пропорциональности, равный тангенсу начального угла наклона градуировочной зависимости.

2. Устройс о для определения остаточных напряжений при двухосном н=-.пряженном состо нии ферромагнитнь.",. изделий, содержащее последовательно соединенные генератор и усилитель низких частот, первый выход которого соединен с одной из возбуждающих обмоток двух накладных магнитоупругих преобразователей, измерительные обмотки которых соединены с выпрямиI тельными мостами, включенными в дифференциальную мостовую измерительную схему, в измерительную диагональ которой включены параллельно индикатор выходного сигнала и схема установки нуля, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что оно снабжено индика1566234

-10

120

d,юкА

Составитель В.Родин

Техред М.Дидык Корректор Н.Король

Редактор Н ° Бобкова

Тираж 475 Подписное

Заказ 1216

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10! тором тока возбуждения, соединенным с другой из последовательно соединенных возбуждающих обмоток и вторым выходом усилителя, который выполнен в виде регулируемого усилителя напряжения.