Способ определения остаточных напряжений

 

Область использования: в испытательной технике, в способах определения остаточных напряжений. Сущность: в образце выполняют отверстия разной глубины с помощью потока излучения, к которому данный материал непрозрачен. Определяют скорость уноса материала с поверхности образца в нагруженном и ненагруженном состояниях, по разности скоростей судят о среднем напряжении. О разности главных напряжений судят по эллипсности отверстия. 3 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям, к способам определения остаточных напряжений.

Известны способы определения остаточных напряжений в слоистых композиционных материалах, заключающийся в том, что слои конструкции последовательно разрезают и по изменению деформации слоев при их возвращении в ненагруженное состояние судят об остаточных напряжениях [1].

Недостатком таких методов является то, что они позволяют определить лишь интегральные характеристики в то же время поскольку остаточные напряжения являются самоуравновешенными местные остаточные напряжения могут значительно превышать средние интегральные значения, поэтому точность указанных методов недостаточна.

Наиболее близким к изобретению является метод сверления Келси, заключающийся в том, что в материале высверливают глухие отверстия на разные глубины и по искажению формы отверстия судят об остаточных напряжениях на разных глубинах от поверхности [2].

Недостатками метода являются следующие: низкая чувствительность метода при глубинах более диаметра; метод хорошо улавливает изменение формы - разность полуосей эллипса, в который превратится круглое отверстие, девиаторную часть тензора напряжений - разность главных напряжений поля остаточных напряжений, но практически не учитывает среднее напряжение.

Целью изобретения является повышение точности за счет повышения чувствительности при глубинах больше диаметра отверстия и учета влияния на результат первого инварианта тензора напряжений.

Это достигается тем, что образование отверстий осуществляют путем воздействия на поверхность материала потока излучения, к которому материал является непрозрачным, определяют скорость удаления материала на разных глубинах, предварительно определяют скорость удаления материала, в котором отсутствуют напряжения, а об остаточных напряжениях судят с учетом первого инварианта тензора напряжений, который определяют по отличию скорости удаления материала от скорости удаления ненагруженного материала.

На фиг. 1 показана форма отверстия до и после удаления материала; на фиг. 2 - разрез материала по толщине; на фиг. 3 - зависимость скорости удаления материала V, отнесенная к скорости без напряжений V_o, от отношения напряжения σ к предельному значению σ_пред.

Способ реализуется следующим образом.

Предварительно проводят тарировочные испытания путем зависимости первый инвариант тензора напряжений σ, отнесенный к предельному его значению σ_пред, скорость поверхностного уноса материала V, отнесенная к ее значению V_o при нулевых напряжениях.

В зону, ограниченную окружностью 1, направляют поток излучения, в результате чего образуется глухое отверстие (углубление) 2, а окружность в результате снятия напряжений на свободном контуре приобретает форму эллипса 3.

Для определения деформаций по периметру окружности закреплены на поверхности тензодатчики 4, электрически соединенные в мостовую схему. По показанию этих датчиков известным методом легко определить разность между главными напряжениями σ₁ и σ₂. Сумму указанных напряжений можно определить по значению глубины отверстия 2. Зная сумму значений σ₁ и σ₂ и их разность, легко найти каждое из указанных значений, в том числе максимальное из двух растягивающее напряжение, наиболее опасное с точки зрения последующей глубине 5-7, можно найти точки 8-10 на кривой 11 зависимости скорости от напряжения и тем самым определить напряжения на указанных глубинах.

П р и м е р. Пусть необходимо определить остаточные напряжения, образованные при формировании пластины продольно-поперечного формирования органопластиковой нитью (связующее - смола ЭДТ-10). При высверливании отверстия диаметром 5 мм (и снятии по контуру напряжений) главные радикальные деформации ε₁ и ε₂ на контуре позволяют определить безразмерные напряжения = и = вдоль главных напряжений из соотношений: ε_1,2= - + ± - где ν- коэффициент Пуассона; Е - модуль Юнга.

Определить разность ε₁ - ε₂ можно достаточно точно по отношению осей эллипса, а для определения непосредственно указанных деформаций необходимо измерить их на некоторой базе в радиальном направлении, что снижает точность, поскольку деформации в радиальном направлении существенно неоднородные. При удалении материала из отверстия путем воздействия излучением позволило определить отношение σ/σ_пред. В результате указанных операций были получены следующие данные.

На поверхности пластины скорость относительная поверхность разрушения V/V_o = 1,2, что соответствует σ/σ_пред = 0,4 или величине = 0,016.Разность деформаций ε₁ - ε₂ = 0,001. При ν = 0,4 получаем равенство Таким образом, получаем окончательно = 0,013; = 0,003 Попытка определения указанных характеристик с помощью прототипа не позволяет использовать датчиков на базе 5 мм для определения суммы напряжений дает усреднение деформации, изменяющейся более чем в 4 раза. Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, заключающийся в том, что в конструкции с остаточными напряжениями выполняют круглые глухие отверстия различной глубины и определяют остаточные напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет повышения чувствительности к влиянию на результат первого инварианта тензора напряжений при глубине отверстия больше его диаметра, выполнение отверстий осуществляют воздействием на поверхность конструкции потока излучения, к которому материал является непрозрачным, определяют скорость удаления материала в нагруженном и ненагруженном состояниях и по разности этих скоростей судят об остаточных напряжениях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3