Способ определения остаточной деформации

 

Использование: измерение остаточной деформации изделий на правильных машинах и прессах. Сущность: способ определения величины общей и остаточной деформации включает нагружение изделия возрастающим усилием, измерение усилия и деформации, определение величины жесткости как отношение приращения усилия к приращению деформации для точек кривой нагружения, определение по этому соотношению приращения упругой составляющей деформации в точках кривой нагружения. Согласно изобретению определяют упругий интервал кривой нагружения из условия P_o+ΔP<P<P-ΔP где Ро - сила, при которой гарантированно выбраны все зазоры между изделием, опорами и бойком пресса; ΔP - погрешность измерения силы правки P_мин.пл. - минимальное значение силы правки, при котором начинается пластическая деформация изгибаемого изделия; Р_i - текущее значение силы; полученный участок аппроксимируют прямой линией, а жесткость определяют для точек этой прямой и используют для определения приращения упругой составляющей деформации во всех точках кривой, для которых нагрузка превышает верхний предел упомянутого интервала. 1 ил. 1 табл.

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для измерения остаточной деформации изделий на правильных машинах и прессах.

Известен способ определения величины остаточной деформации, заключающийся в том, что изделие нагружают возрастающим усилием, измеряют усилие и деформацию, определяют величину жесткости как отношение усилия к деформации на начальном участке нагружения, соответствующем упругим деформациям, определяют по ней величину упругой составляющей для каждой последующей точки кривой нагружения и вычитают ее из измеренного значения деформации для этой точки. Этот способ не обеспечивает точного определения величины остаточной деформации при измерении остаточных деформаций изделий из материалов с упругопластическим характером деформации в начале цикла нагружения.

Известен способ определения величины остаточной деформации [2] принятый в качестве прототипа, заключающийся в том, что изделие нагружают возрастающим усилием, измеряют усилие и деформацию, определяют величину жесткости на начальном участке нагружения, соответствующем упругим деформациям, определяют по ней величину упругой составляющей для каждой последующей точки кривой нагружения и вычитают ее из измеренного значения деформации для этой точки, при этом определяют и сравнивают между собой величины жесткости как отношения приращения усилия к приращению деформации для соседних точек кривой нагружения и максимальное из полученных отношений используют для определения приращения упругой составляющей деформации во всех точках кривой, для которых нагрузка превышает величину нагрузки в точке максимума сравниваемых отношений.

Недостатком этого способа является то, что не обеспечивается точное определение величины остаточной деформации, т.к. на результат в значительной степени влияет погрешность измерения усилия и деформации, а также погрешность в определении точки максимальной жесткости, которых может быть несколько. Кроме того, способ не позволяет точно определить общую (упруго-пластическую) деформацию изделия, что необходимо, например, при правке изделия изгибом.

Задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении точности определения величины остаточной деформации.

Эта задача решается путем повышения точности определения жесткости изделия на упругом участке нагружения, которое достигается тем, что в известном способе определения величины общей и остаточной деформации, включающем нагружение изделия возрастающим усилием, измерение усилия и деформации, определение величины жесткости как отношение приращения усилия к приращению деформации для точек кривой нагружения, определение по этому соотношению приращения упругой составляющей деформации в точках кривой нагружения согласно изобретению определяют упругий интервал кривой нагружения из условия P_o+ΔP<P<P-ΔP где P_o сила, при которой гарантированно выбраны все зазоры между изделием, опорами и бойком пресса; ΔP погрешность измерения силы правки;
P_мин.пл. минимальное значение силы, правки, при котором начинается пластическая деформация изгибаемого изделия;
P_i текущее значение силы.

Аппроксимируют полученный участок прямой линией, а жесткость определяют для точек этой прямой и используют для определения приращения упругой составляющей деформации во всех точках кривой.

Способ реализуют следующим образом.

Изделие устанавливается на опоры правильного пресса. Между опорами, в направлении, обратном исходной искривленности, с помощью бойка изделие нагружается возрастающей силой. В процессе нагружения измеряются текущие значения силы правки и перемещения бойка. По этим значениям определяется величина жесткости изделия на участке его упругого изгиба. Верхний и нижний пределы участка упругого изгиба будут такими:
P_o+ΔP<P<P-ΔP
где P_о сила, при которой гарантированно выбраны все зазоры между изделием, опорами и бойком пресса, определяется исходя из предшествующего опыта правки;
ΔP погрешность измерения силы правки;
P_i текущее значение силы;
P_мин.пл. минимальное значение силы правки, при котором начинается пластическая деформация изгибаемого изделия.

Исходя из условия равновесия сил и моментов она равна:

где σ_sмин минимальная величина предела текучести изделия;
W момент сопротивления изделия;
L_o расстояние от оси бойка до опор;
l_б длина контакта бойка с изделием.

На указанном участке упругого нагружения точки измерения силы и перемещения аппроксимируют линейной функцией методом наименьших квадратов. В ходе дальнейшего нагружения изделия в упруго-пластической области определяются текущие значения пластического прогиба как расстояние до прямой упругого изгиба. Общий изгиб изделия (стрела прогиба) определяется как расстояние от точки пересечения прямой упругого изгиба с осью абсцисс (ось перемещений) до текущего значения перемещения бойка.

Пример конкретного выполнения.

Рельс типа Р65 подается по рольгангу к прессу для правки концов. Перед прессом специальным прибором измеряется длина изогнутого конца рельса и величина отгиба, по которым определяется расстояние между опорами и стрела прогиба на участке между опорами, соответственно 1000 мм и 1.43 мм. После этого рельс устанавливается на опоры пресса и начинает изгибаться с помощью бойка пресса. В процессе изгиба, с помощью специального блока в системе автоматического управления пресса записываются текущие значения силы правки Р_i с точностью ± 20 кН (± 0,05% от величины максимального усилия пресса 4000 кН), а также текущие значения стрелы прогиба рельса fi с точностью ± 0,1 мм. В упомянутом блоке производятся все вычисления, связанные с определением величины остаточного прогиба.

Результаты записи информации о процессе изгиба приведены в таблице.

На участке нагружения до 300 кН показатель жесткости самый высокий 294 кН/мм, так как на этом участке происходит выборка зазором между рельсом и опорами, что связано с наличием скрученности (витка) у изгибаемого рельса.

Согласно предлагаемому изобретению, для определения необходимой для правки стрелы прогиба, выделяется участок гарантированно упругого изгиба рельса в пределах
P_o+ΔP<P<P-ΔP
Из опыта эксплуатации известно, что выборка зазоров происходит при силе правки
P_o 320 кН
Минимальная сила, при которой начинается пластическая деформация

где σ_sмин= 800МПа,, W 359 · 10³ мм³, L_o 500 мм, l_б 200 мм.

Диапазон упругого изгиба, на котором точки измерения силы и перемещения аппроксимируются линейной функцией будет
340 кН < P_i < 1256 кН
Для данного участка методом наименьших квадратов строится уравнение регрессии
P 0,33+257,5 f
т.е. средняя жесткость рельса на участке его упругого изгиба равна 257,5 кН/мм.

В процессе дальнейшего изгиба рельса от этой прямой производится отсчет остаточного прогиба рельса.

На участке упругого изгиба рельса, определенном согласно изобретению в указанных выше пределах, жесткость рельса будет максимальной (270,2 кН/мм) при изменении силы правки от 400 до 500 кН. Поэтому уравнение прямой упругого изгиба, а значит и жесткость рельса, по способу-прототипу будет значительно отличаться от заявляемого:
P_прот -21,49+270,2 f
а значит, будет отличаться и результаты определения необходимого для качественной правки остаточного прогиба рельса. Заявляемый способ, по сравнению со способом-прототипом, определяет необходимую величину остаточного прогиба на 18,9% точнее.

Формула изобретения

Способ определения общей и остаточной деформации, включающий нагружение изделия возрастающим усилием, измерение усилия и деформации, определение величины жесткости как отношение приращения усилия к приращению деформации для точек кривой нагружения, определение по этому соотношению приращения упругой составляющей деформации в точках нагружения, отличающийся тем, что определяют упругий интервал кривой нагружения из условия
P_o+ΔP<P<P-ΔP
где P_o сила, при которой гарантированно выбраны все зазоры между изделием, опорами и бойком пресса;
ΔP погрешность измерения силы правки;
P_мин.пл. минимальное значение силы правки, при котором начинается пластическая деформация изгибаемого изделия;
R_i текущее значение силы,
аппроксимируют полученный участок прямой линии, а жесткость определяют для точек этой прямой и используют для определения приращения упругой составляющей деформации во всех точках кривой, для которых нагрузка превышает верхний предел упомянутого интервала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2