Способ определения интенсивности напряжения в изделиях из ферромагнитных материалов и устройство для его осуществления
Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить точность измерения интенсивности механических напряжений в ферромагнитных материалах. Магнитоупругий преобразователь 1 в виде двух разновысоких крестообразных электромагнитов устанавливают на эталонный образец и ориентируют его в продольном направлении. Намагничивают образец в направлениях, составляющих угол 45° между собой. Для этого обмотки возбуждения подключают к источникам 3, 4 переменного напряжения с частотами F<SB POS="POST">1</SB> и F<SB POS="POST">2</SB> соответственно. Измерительные обмотки преобразователя 1 через соответствующие полосовые фильтры 5, 6 и фазовые дискриминаторы 7, 8 подключают к блоку 9 обработки и измерения сигналов N<SB POS="POST">1</SB> и N<SB POS="POST">2</SB>. Нагружают образец ступенчато в продольном направлении и фиксируют изменение выходного сигнала ΔN<SB POS="POST">2</SB>(ΔN<SB POS="POST">1</SB> = 0). Определяют тарировочный коэффициент T. Затем устанавливают преобразователь на исследуемые изделия, оринтируют вдоль произвольно выбранного направления, запитывают обмотки возбуждения преобразователя 1 от источников 3, 4 и фиксируют сигналы N<SB POS="POST">1</SB> и N<SB POS="POST">2</SB>, поступившие на вход блока 9. Величину интенсивности напряжения δ<SB POS="POST">I</SB> определяют по формуле, приведенной в описании.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) (si)s G 01 1 1/12
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР лч
-- ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4707976/10 (22) 22.06.89 (46) 15,08.91. Бюл. ¹ 30 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции и Дальневосточный политехнический институт им. В.В,Куйбышева (72) В,А.Юрченко и С.Н.Минаков (53) 531.781 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N 1368670, кл. G 01 (1/12, 1985.
Патент Австрии N. 374591, кл, G 01 1 1/12, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ НАПРЯЖЕНИЯ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ
ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к.приборостроению и позволяет повысить точность измерения интенсивности механических напряжений в ферромагнитных материалах.
Магнитоупругий преобразователь 1 в виде двух разновысоких крестообразных электромагнитов устанавливают на эталонный образец и ориентируют его в продольном направлении. Намагничивают образец в направлениях, составляющих угол 45 между собой. Для этого обмотки возбуждения подключают к источникам 3, 4 переменного напряжения с частотами f> и fz соответственно. Измерительные обмотки преобразователя 1 через соответствующие полосовые фильтры 5, 6 и фазовые дискриминаторы 7, 8 подключают к блоку 9 обработки и измерения сигналов п1 и пр. Нагружают образец ступенчато в продольном направлении и фиксируют изменение выходного сигнала
ЛП2 (Лп =0). Определяют тарировочный коэффициент Т. Затем устанавливают преобразовательь на исследуемые иэделия, ориентируют вдоль произвольно выбранного направления, запитывают обмотки возбуждения преобразователя 1 от источников 3, 4 и фиксируют сигналы и(и tl2, поступившие на вход блока 9. Величину интенсивности напряжения д; определяют по формуле, приведенной в описании.
1670437
Изобретение огносится к приборостроению, а именно к определению механических напряжений, преимущественно интенсивности напряжения, в изделиях из феррома(нитных материалов пугем измерения изменения л13гнитных сво icT< nacледних, и может быть ис()аль 0B;Ii:о в машиностроении, удостроени. и других
ОтраСЛЯХ «раМЫШЛЕ(! IOCTH для (!Е;л< руШа(ощего ко 4троля л.ехани (еских (ucTato«tnbi>) ндllpяжpнlj(f
Цель изобретения повыше it<) IOHHOсти за счет искл(а"ения влиян(я изменения
ВЕЛИЧИНЫ BOÇ))fl ° НОГО 33ЗОР3 <43 BI-(ХОД! I<<й сигнал поеобразовэтеля.
На фиг, 1 изображеHа функционa/lb dя схема устройства для реализации сп;саба; на фиг. 2 - магни;оупругий прсабразователь, выполненный В виде дсух р13новысоких hpåcòooápaçíb(õ взаимно перпендикулярных П-образнь х электрома(О н»тОВ, расположенных под угол 45 между собой; на фи". 3 — разрез f".— А на фиг. 2, на фиг. 4 — магнитоуп руг»й преобразователь, выполненный B виде Восьмилучеэой центрально-симметри«нои крестовины. сос аящей из 11-образны: электро.",
«иг 5 - разрез 5 -„ -, н 1 <гг<10(и 45 t:3 фиг 7 - разр э f5--Ð .13 (Г а фijr. 8 — с. е .1; Взаи .,Одейст«,; ч<)ннсст<1 с ЛОля. 1 :1 «апряж .!i ., <:! )<«е дс <. «Ви«1 <1 ресб раза лтеля. Устройства для а«редел: !.nh <1<((åH ивна< 1
pof.".3r .итных «".3! ер»а (ов гс«-,(<-ржит ("агни тауп ругий прес браэова r i ь: . блок ? питэния, Бы Г (<не!4 4ый В (иде - ncTO <ников 3 и 4 Д<)у . пером< i, !4 ь<х I <3ï !)Яжг)<4ий, .,<в ны,
И И,МЕРЕНЛЯ <;»: .. i<3.
Взаt«hntio (ЕРПЕ "iДИI<УЛРP!« V< ЭЛPК««)ОМ«<< I» та 10 и 1,. II3;;of!loca< 12 и 1" катер<;х рвсположг!ны «(амагHvn<4InBBK)<(. 14 и 15,а на и< л(осах 16 и 17 эгеrтрсмагнитов 10 и ".1 pac()nfio)heHbi измери. ельные абмот«и 18 и 19, Нал<аг(4И«ива(а:ц»е «6«jc. <ки 14 и 15, 3 такж» измерительные об<«ат хи 1<. и 19, cocle 4T lna дв<«<х cQ«<иЙ рвсположе(!ы симметрично централ(,ной ча сти прег бразоват ля 1 v! coej)и; .нь Осл< .давательно ме)!.ду собой. Вход каждого п(олосовогс1 филь. ра 5 л 6 устройства подк: ю" е«4 и" мери (e(I«,i!bi«. 00моткам 18 и 19, намагничивающие обмотки 14 и 15 подключены к источникам 3 и 4 двух переменных напряжений соответственно, причем частота каждого источника 3 и 4 5 соаветс)вует частоте, на которую настроень! Паласовые <1 ил! rpii 5 и 6. Фаэовые де Я погосовым филь(рам 5 и 6 и соответству(а(! им им источникам 3 и 4 переменного 10 на((ряжения, Bblxoj) I. фазовых детекторов 7 и 8 соединены <. блоком обработки и измерения сигнBR3 9. Фил .тры 5 и 6 выполнены виде паласовых фильтров для селекции си; 13;;оВ на «ac !OTax f j u f соответственно. 15 Б
Кроме тсга, л.агнитоупру< ии преобразоВЗТЕЛЬ 1 Мажв(бЫтЬ ВЬ!ПОЛНЕН В ВИДЕ ВОСЬ2, милу, евой цгнтръльно симметричной крестовины 20, состоящей из 11-образных электромагнитов 21- 24, на полюсах которых расположены намаг«4ичива ащие 14 и 15 и измерительные обмотки 18 и 19, или в виде 25 Г1 образных разновысоких электромагнитов 25 2», расположен! ых (лежду собой под углом 45 t(3 олlÎca ° KOToðblõ также располо«< i«!! н:.;3! Г«и ii f13;;,„:Àv <<,)и, яь ения, р: л.<ча(ащ<-мся (1(i частоте. <-.:ГОТ-.. 1 j са.".тветс-Вует ис, -)ч !»,. у 4, часто3. ?i « cT< "1« ку 3. I (oflocnriulv< фильтр 6 H i<:. .1 p3liba «о i Hd < ..To! «! !. 3 <тол асавай ! <1Ль1 р 5,ia <:.aicтof :<0:и;. фильтры г и 5 и фазовые детекторы 8 и которые Р <.!<Оic> очередь !(одкf lача«ат к и.-.-,04никал< 4 и 3 I ег<еме(<но< о на< ряжения. Сущнаст «n äfio.<е 4i О(п способа за 1K; ается в сге ту(с цем (5 <<«13! Ни1<)упру! <1 по<.аб! 330<<атель 1 устан-. 13 электромагнита 10 распалагаг ись вдоль продольной аси образца, нагружают образец ступенчато в продольном направлении И ОДНОВРЕМЕННа НаМаГНИЧИВЗЮт «лаТЕРИал образца в зо«!е действия презбразователя в направлениях, составляющих угол 45 между собой двумя пер л еннь<ми маг(!итными ПОЛЯМИ С H3CrO-Ой f; для прадальнОгО направле!<ия и Частотой fq для направления, cor )ьля а(1«ег угол 15" к п..рваму при по1670437 19 индуцируются ЭДС, пропорциональные изменению намагниченности, При этом на фильтр 6 (так же, как и на фильтр 5) поступают напряжения с частотой fi и с2, где происходит "вырезание" одной частоты, а именно fg (в фильтре 5 происходит "вырезание" частоты fi). Таким образом, фильтр 6 пропускает напряжение с частотой fi, а фильтр 5 пропускает напряжение с частотой f2. Эти напряжения поступают на входы фазовых детекторов 8 и 7 соответственно, где происходит их сравнение с опорными напряжениями, поступающими с соответствующих источников 4 и 3 переменного напряжения, и выпрямление. Информационные сигналы п1 и пг с фазовых детекторов 8 и 7 поступают на вход блока обработки и измерения сигнала 9, где происходит их обработка и индикация величины интенсивности напряжения в единицах механических напряжессий, например в мегапаскалях. Для определения прочности изделия параметров напряженного состояния, определяе лых из соотношений (2), (4) и (5), явно недостаточно, В случае равенства напряжений Оу =ух выходной сигнал п2 =- О, в то время как изделие может находиться в предельном состоянии, например, при ст, =- асс, где % — пр-:-дел текучести материала, иэ которого изготовссессо изделие. Напряженное состояние в точке полностью характеризует величина интенсивности напряжения, которая в извес. lilblx способах не определяется, Для оценки целесообразности исггользовать эквивалентные (приведенные) напряжения по критерию потенциальной энергии фор лоизменения, который дает возможность уссановить условия начала не только пластических деформаций. но и разрушения. Если диаграмма растяжения-сжатия материала имеет площадку текучести, то обобщенный закон деформации, соответствусощий явлению текучести, имеет вид 0l l= От, то пРеДставлЯет собой известное Условие пластичности по Губеру-Мизесу. Левая часть этого уравнения представляет собой эквивалентное напряжение по кри терию удельной потенциальной энергии формоизменения, Для двухосного напряженного состояния à — Оэкв— ,и Наиболее простые уравнения в теории пластичности получены исходя из критерия наибольших касательных напряжений. Для двухосного напряженного состояния согласно этому критерию эквивалентные нап ряжения оэкв = } (гак — rJy ) + 4 тху (7) ЗII Подставляя в это соотношение (2) и (4), получим ГсСэСкв = — -- t n1 + 4 rl) (8) Т Сопоставление этих двух критериев по (6) и (7) показывает, что при одноосном растяжении-сжатии они полностью совпадают ..и, сс э,кв = ссэ,в, а наибольшее расхождение при двухосном нагсряженном состоянии не превышает 16в, Отклонение при определении интенсивности напряжения (Ji с использованием критерия наибольших касательных напряжении можно определить как J ll СМ Р С 3êí r 3KB Оэкв о1 r) гт, Среднее значение этого отклонения для К вариантов двухосного состояния 25 к двр = - —,, д; . (10) К Из сс -сношений (9) и (10) получим СII Й вЂ” ° Оэкв 30 1 +о;р а с учетом (8) интенс юность напряжения гп +4 и ст— (1 +д„) Т 35 Ста1истические исследования, проведенные на лоделях сварных соединений, показали, что среднестатистическое отклонение определения интенсивности напряжения двр для К = 800 различных вариантов 40 двухосного напряженного состояния составляет д,р =- 0,113 и представляет собой методическую погрешность определения интенсивности напряжения. Максимальная погрешность определения интенсивности напряжения с использованием д.р не превышает 4, что является вполне приемлеMbli для большинства инженерных расчетов, так как различие между двумя критериями пластичности две r ошибку до 16 . По соотношениям (2), (4), (8) и (12) в блоке 9 обработки и измерения сигнала производят определение касательных напряжений, разности нормальных и разности главных напряжений, интенсивности напряжения, а по соотношению (5) определяют положение лавных площадок. Формула изобретения 1. Способ определения интенсивности напряжессия в изделиях из ферромагнитных 1670437 10 материалов, заключающийся в том, что устанавливают магнитоупругий преобразователь трансформаторного типа на эталонный образец, изготовленный из того же материала, что и контролируемое изделие, ориентируют его на образце, ступенчато нагружают в продольном направлении, намагничивают материал образца в зоне действия преобразователя в направлениях, составляющих угол 45 между собой, фиксируют его выходной сигнал, пропорциональный изменению намагниченности в направлениях, перпендикулярных направлениям намагничивания после каждой ступени нагружения, определяют градуировочный коэффициент. устанавливают преобразователь на контролируемое изделие, ориентируют намагничивание материала изделия в зоне действия преобразователя в о направлениях, составляющих угол 45 между собой, фиксируют его выходной сигнал, пропорциональный изменению намагниченности в направлениях, перпендикулярных направлениям намагничивания, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, намагничивание материала осуществляют одновременно двумя переменными магнитными полями, различающимися по частоте и равными по напряженности, а интенсивность напряжения определяют по формуле V ï +4 п3 (1+д„) т где о — интенсивность напряжения; п, пр — значения вы одног0 сигнала преобразователя в направлениях, составляющих угол 45 м дср — среднестатистическое отклонение определения интенсивности напряжения с использованием критерия наибольших касательных напряжений; 5 T — градуировочный коэффициент. 2. Устройство для определения интенсивности напряжения в изделиях из ферромагнитных материалов, содержащее 10 магнитоупругий преобразователь, выполненный в виде П-образных разновысоких магнитопроводов, расположенных под углом 45 друг относител ьно друга, с обмотками возбуждения, подключенными к блоку 15 питания, и измерительными обмотками, включенными в цепь блока обработки и измерения сигналов, о т и и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерении, в него дополнительно введены два ïî20 лосовых фильтра и два фазовых детектора, а блок питания выполнен в виде источников питания двух переменных напряжений, различающихся по частоте, причем вход каждого из полосовых фильтров подключен к 25 измерительной обмотке соответствующего П-образного магнитопровода, расположенного под углом 90 к П-образному магнитопроводу с обмоткой возбуждения, подключенной к источнику переменного на30 пряжения, частота которого соответствует частоте данного полосового фильтра, выходы полосовых фильтров через фаэовые детекторы соединены с блоком обработки и измерения сигналов, при этом вто35 рые входы фазовых детекторов подключены к соответствующему источнику питания. 1670437 1670437 йиг8 Составитель В Родин Техред М.Моргентал Корректор С.Черни Редактор А.Долинич Заказ 2739 Тираж 339 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
