Способ определения температурных напряжений в призматических телах
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения напряжений в однородных и неоднородных призматических телах, подвергнутых тепловым воздействиям. Цель изобретения - повышение информативности за счет определения температурных напряжений в заданной точке поперечного сечения призматического тела путем определения температуры в этой точке и одновременного измерения продольных деформаций в четырех точках пересечения главных осей инерции поперечного сечения с поверхностью тела. Способ может быть использован в машиностроении и металлургии при определении технологических и эксплуатационных температурных напряжений в полуфабрикатах и готовых изделиях. 1 табл, 5 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 5/30
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4732605/28 (22) 22.08.89(46) 23.07;91. Бюл. М 27 (71) Запорожский машиностроительный институт им. В.Я.Чубаря (72) В:В.Абрамов, А .Г.Андриенко, М.И.Кузнецова, С.В.Кичаев, В.В.Крипак, П,П.Швец, И.М.Килимник и С.В.Родякин (53) 531.781.2 (088.8) (56) Баранов А.Н. и др. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов.
-M., 1974, с. 290-299. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПРЯ)фНИЙ В. ПР ИЗМАТИЧЕСКИХ ТЕЛАХ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения напряжений в однородных и неоднородных призматических телах, подвергнутых тепловым воздействиям.
Цель изобретения — повышение информативности за счет определения напряжений в заданной точке поперечного сечения, Способ заключается в следующем.
Деформации измеряют в четырех точках пересечения главных осей инерции рассматриваемого сечения с поверхностью тела, одновременно измеряют температуру в заданной точке поперечного сечения и определяют напряжения иэ выражения
vi = (— ziti + eo + Ox Yi + 0 Х ), (1) „„5U „„1665219A1
-определения напряжений в однородных и неоднородных призматических телах, подвергнутых тепловым воздействиям. Цель изобретения — повышение информативно.сти за счет определения температурных напряжений в заданной точке поперечного сечения призматического тела путем определения температуры в этой точке и одновременного измерения продольных деформаций в четырех точках пересечения главных осей инерции поперечного сечения с поверхностью тела. Способ может быть использован в машиностроении и металлургии при определении технологических и эксплуатационных температурных напряжений в полуфабрикатах и готовых изделиях. 5 ил., 3 табл. где zi — температура, измеряемая в заданной точке поперечного сечения с координатами Xi и Yi;
1 у А уз+ha T
2(у+у
+ + ) — осевая относительная йу4+й уг уг +y4 деформация тела на базе 1тензодатчика; Л1 — Аз 1 д„= (= г — — угол поперечного (У1+Уз ) сечения относительно главной оси инерции
Хс
62 — Л4 1 от = (=).— — угол поеоротепо(уг+уз ) 1 перечного сечения относительно главной оси инерции У<, 9z, уг, уз, у4, — расстояние от приведенного центра тяжести поперечного сечения
1665219 до точек 1, 2, 3, 4 пересечения главных осей инерции с поверхностью тела;
E — модуль упругости материала в точке I;
P — коэффициент температурного расширения материала в точке i;
p — осредненный коэффициент поперечной деформации.
На фиг,1 — схема крепления тензодатчи ков и термопар в изделиях; на фиг.2 — схема крепления тензодатчиков и термопар в про, катном валке; на фиг,3 — схема крепления
,, тензодатчиков и термопар в слитке прямо, угольного поперечного сечения; на фиг.4—
;, схема крепления тензодатчиков и термопар, при симметричном нагреве биметаллической полой призмы; на фиг.5 — схема крепления тензодатчиков и термопар при несимметричном нагреве биметаллической полосы.
Пример 1. Прокатный валок диаметром 800 мм и симметрично нагревается в течение 320 мин в печи с температурой
800 С, Требуется согласно предлагаемому
1 способу определить осевые температурные напряжения на поверхности валка и на глу( бине 40 мм от поверхности в процессе его ( нагрева.
Через центр окружности С проводят две взаимно перпендикулярные прямые до пересечения с окружностью (точки 1, 2, 3, 4 на фиг.2).
В точках 1 и 3, в направлении оси цилиндра, прикрепляют высокотемпературные датчики сопротивления с базой = 20 мм и шириной 5 мм, В точке 4 высверливают отверстие под термопару на глубину 40 мм.
В процессе нагрева валка в печи измеряют температуру в точке 2 (на поверхности) и в точке 4 на глубине 40 мм. Одновременно измеряются показания датчиков сопротивления-деформации.
В рассматриваемом примере, исходя из условий симметрии нагрева и симметрии формы поперечного (круглого) сечения, ограничиваются измерением деформаций только в двух точках (точки 1 и 3), В табл,1 приведены экспериментальные данные по изменению температуры в точках 2 и 4, э также среднее значение де1 формаций Ьев = — (Л + P ) на поверхно2 сти валка, Напряжения вычисляются по формуле (1), которая в данном случае упрощается (О =6 =0 ) и принимает вид
0=(eo — 1ф), (2) где е„= — = 12 10; Е =2 10 МПа; р = 0,3.
Из табл,1 следует, что максимальные
5 напряжения на поверхности (oп= -269 МПа) и на глубине h =40 мм (01 = -152 МПа) имеют место спустя 128 мин после начала нагрева валка, При этом температура на поверхности сп = 188 С, а на глубине h = 40 мм температура равна 154 С, Пример 2. Прямоугольный слиток размерами 500 х 600 х 1200 мм равномерно нагревается со всех сторон, Слиток посажен в печь при температуре 1000 С и нагревался в течение 2 ч. Начальная температура слитка 20 С. Требуется определить напряжения в точках 1 — 5, Вдоль оси призмы в точках 1, 3, 5, 7 прикреплены высокотемпературные датчики сопротивления с базой ! = 20 мм и термопары (фиг.3), Высверливают отверстия для определения температуры в центре поперечного сечения слитка в точке 5.
Среднее значение деформаций через 2 ч после посадки слитка в печь, полученное по показаниям датчиков в точках 1, 3, 5, 7, равнялось Ар = 10, l3 13 мм.
Значения температур в точках 1, 2, 3, 9 и напряжения, вычисленные по формуле (2), приведены в табл.2, При расчетах принято
Е =1,67 10 МПа,р=12 10 и и=025, Например, в точках 1 и 9
o1 = — 47,7 МПа; о9 =+171,5 МПа .
Из условия симметрии принимают
05 =01; 07 =03, 04 =гугб =0 =02 .
Пример 3. Предлагаемым способом требуется определить температурные напряжения в точках 1, 2, 3 биметаллического (медь + сталь) полого стержня, поперечное
40 сечение которого показано на фиг.4. Стержень нагревается симметрично, поэтому можно ограничиться прикреплением тензодатчиков с базой = 20 мм только в точках 1
45 и 4, Среднее значение деформации — — 0,83 10
2!
Значения температур в этот момент нагрева в точках 1, 2, 3 и напряжения, вычисленные по формуле (2), приведены в табл.3.
При расчетах принято для меди E„=
= 1 10 МПа и!9 и = 16 10; для стали Ec =
=2 10 МПа и! с=12 10
Например, для точек 1 и 3
ï! = — 237 МПа; <3 =(— Op3+ = 166 МПа . Пример 4. Определение температурных напряжений на поверхности биметаллической полосы при нагреве ее на 100 С (фиг,5). Плакированный слой медный с EM = 1665219 — 5,444 мм . 10 ус Таблица 1 = 1 10 МПа и Рм = 16 10, основной металл — сталь с Ес = 2 10 МПа и Д = = 12 10 . Толщина полосы 10 мм. толщина плакированного слоя 2 мм; а = 1p =0,2. Вычисляют приведенный центр тяжести поперечного сечения биметаллической полосы. Следовательно, y> = 5,444 мм и уз = = 10 - 5,444 = 4,556 мм. На поверхности полосы в точках 1 и 3 прикрепляют тензодатчики с базой 1 = 20 мм, Показания датчиков h< = 0,0287 мм и Дз = 0,0135 мм. Напряжения вычисляют по формуле (1), которая для.данного примера переписывается следующим образом: oi = (— t> Pi + е, + 6 yi ) Ei, где ее = =0,00124. h+Л . 2I бх = - - =0,0000384. у +уз 25 Напряжение в точках 1, 2, 3 т = -15,1 МПа; 02 =+ 8 МПа; Оз = -26 МПа. Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа определяется уменьшением брака, вызванного образова- 30 нием трещин и короблением полуфабрика-. тов и готовых изделий, повышением их надежности и долговечности путем управления напряжениями и деформациями в процессе их изготовления и эксплуатации. 35 Формула изобретения Способ определения температурных напряжений в призматических телах, включающий измерения продольных деформа- 40 ций на поверхности тела и температуры, о тличаю щийся тем, что,сцельюповышения информативности за счет определения напряжений в заданной точке поперечного сечения, деформации измеряют в четырех точках пересечения главных осей инерции рассматриваемого поперечного сечения с поверхностью тела, одновременно измеряют температуру в заданной точке поперечного сечения и определяют напряжения из выражения cubi = (— tr P> + ео + 9,с У! + 6 Х! ) Е где ti — температура, измеряемая в заданной точке i ïoïåðå÷íoão сечения с координатами Xiи Yi, 1 А уз+% у 2 у1 +уз и У4 + и У2 + ) — осевая относительная У2 + V4 деформация тела на базе I тензодатчика; ° Л1 — Ж 1 й= ) — — угол поворота поУ1 +Уз ) перечного сечения относительно главной оси инерции Х, й. Л4 1 бу = (- ) — — угол поворота У2 +Уз поперечного сечения относительно главной оси инерции Ус, у1, у2, уз, у4 — расстояние от приведенного центра тяжести поперечного сечения до точек 1, 2, 3, 4 пересечения главных осей инерции с поверхностью тела; Š— модуль упругости материала в точке ; P — коэффициент температурного расширения материала в точке i; p — осредненный коэффициент поперечной деформации. 1665219 Номе точки Номер точки Фиг.2 Показ этели Температура, С Нап яжение, МПа Показатели Температура, С Нап яжение, МПа 862 — 47,7 -237 942 — 262,4 106 904 — 160,0 Таблица 2 780 +171,5 Таблица 3 166 1665219 Составитель В.Савичев Техред М.Моргентал Корректор О;Кравцова Редактор Н.Туница Заказ .2385 Тираж 387 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва„Ж-35, Раушская наб., 4/5. Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина. 101
