Способ измерения механических напряжений Советский патент 1983 года по МПК G01B7/24 

Изобретение относится к технике измерений, а именно к измерениям ме ханических напряжений и деформаций с помощью средств, использую11Ц1х. маг нитоупругий эффект, и предназначено для использования при испытаниях деталей малых размеров и леесткостей и проведении локальных измерений в широком диапазоне окружающей темпера.туры.. Известен способ ощ еделения механических напряжений, заключакшийся в том, что н4 испытуемую деталь наносят пленочный чувствительный элемент в виде хрупкого покры1ия, нагружают испытуемую деталь, выявляют на чув- ствительном элементе область, покры тую треданами/ определяют положение границы этой области и пр положению гранйщ: с помощью граДуировочного значения предела прочности чувствительного элемента находят величину механических напряжений С1Ъ Данный способ позволяет лишь оцеНИТЬ величину напряжений, т.е. onpe делить больше или меньше эта величи на предела прочнобти хрупкого покры ТИЯ.. , . ..;.;, .-, ;. . , Наиболее близким ПО технической сущности к изобрёТеншо является спо соб измерения механических налряжений, заключактийся в том, что на йс пытуемую деталь пленочный чувствительный элемент в виде фотоупругого нагружают испытуемую .деталь, выявляют на чувстбитёльмом элекюнте интёрфер1енционные полосы, освещал его поЛярйзованншл рветсм и рассматривая через пояяроскоп, и змеряют расстояние кюжду поЛос и и по атому расстоянию с помощью градуировочной зависимости наха дят величину механических напряже;ний tz-; .,; ;.,,, ..; .: ,. ,, .. Указанный способ не обеспечивает ВЫСОКОЙ.точности при испытаниях деталей малых размеров и 1 алыхже стностей, так как жесткость известных фртоупругих покрытий при необходимых .Толщинах 0,5-3 О4 вносит значительные иск 1Жения в измерений. Известные фотоупругие покрытия имеют невысокую Термостойкость до , что не позволяет йспользоваТь способ в широком диапазоне okРуткающей температуры. Цель изобретения - повышение точности результатов измерений и расшир ёние области использования путем уменьшения жёсткости и увеличения т,epмocтoйkocти чувствительного элемента.. . , .-.,. / ,, -Указанная цель достигается т, что согласнр способу измерения механических напряжений, заключающемуся в Том, что на испытуемую деталь наносят пленочный чувствительный элемент, нагружают испытуемую деталь, выявляют на чувствительном элементе Полос, измеряют расстояние между полосами и по этому расстоянию с помощью градуировочной зависимости находят величину механичерких напряжен1 й, чувствительный элемент наносят вакуумной конденсацией молекулярного пучка магнитострикцйонного сплава до получения ферромагнитной пленки с микрополосовой доменной структурой и с проекцией оси легкого намагничивания яа поверхность детали, параллед1ьной ожидаемому направлению измеряемых напряжений, а полрсы на. чувствительНСЯ4 элементе выявляют воздействием размагнйЧйвакхцего переменного маЬнитного поля в плоскости чувствительного элемента с убывающей до нуля амплитудой и последующим нанесением на него феррау|агнитнрго коллоида. При таком осГуществлении способа измерения механических напряжений, когда на испытуемую деталь наносят пленку из ферромагнитного рплава 1ФИ режимах, обеспечивёцощих получе Ние Мйкрополоровой доменной структуры, достигается: малая толщина и малая жесткрсть пленочнрго чувствительного элемента, устойчивость его микрбполосовой Доменной структуры к ВОЗДЕЙСТВИЮ температуры s широком диапазоне, благодаря высокой степени дефектности структуры конденси(ро1 анной пленкн За счет малой жесткости чувствительного элемента уменьи ается его влияние на результаты измерений и пр&ыи1аётся их Точность, за счет устойчивости Доменной структуры чувствительного элемента расширяется ббласть использования способа ло диапазону окружающей- температуры. На чертеже представлен график, поясняющий данный способ (пример градуираврчной зависймрсти, используемой в данном способе). ПР рей абсцисс отложены MexaliHчёсхиё напряжения, д по оси ордйнатотнспзеНие расстояния между полосами на чувствительном элементе после воздействия измеряемых механических напряжений ic такся4у же расстоянию до их воздействия. Кривая 1 соответствует пленке с отрицательной магнитбстрйкцией, а кривая 2 - с положительной./.- :-- . ,;..-: Способ осуществляют следующим образом...,; , - . .- - . ; , Используемую Деталь, например плоскую прямоугольную с поперечньв 1 сечением нескРяько квадратных миллиметров, юнеющую отверстие, помещают в вакуумную камеру, создают в ней давление 31( торр. Затем нагревают деталь др 300-350с. Вакуумной конденсацией молекулярного Пучка/ направленного к поверхности ;Йетади под УГЛОМ 20-90, из магнитострикцйонного сплава никеля с желеэом с содеожанием железа 10-15% (отрицательная магнитострикция) или же 25-30% (положительная магнитострикцйя) Наносят на деталь ферромагнитную пленку размером не менее О,pi- t/ал, толщиной 1-20 мкм со скоростью осаждения 0,5-2 нм/с при таком направлении молекулярного пучка, которое определяет ось легкого намаг ничивания, чтобы его проекция на по верхности детали была параллельна ожидаемому направлению измеряемых механических напряжений. Ферромаг нитная пленка, являющаяся чувствительным элементом, нанесенная при указан 1ых режимах, обладает микро полосовЬй доменной структурой с периодом порядка гад. Полосы такой структуры в виде системы параллельных линий можно наблюдать после операции Hk выявления, которая описана .ниже;. / ;- .-. - - -..,; , V . Затем деталь нагружают сжимающей Или растягивающей нагрузкой и выявляют полосы на чувствительном эле- менте. Это делают вначале воздействием 1:)азмаг11ичиваю1 его переменного тгнитного поля в пл|рскости чувст-. й«тельного элемента с убывающей до яуля амплитудой. После такого размагничивания в пленке образуется микропоЛЬсовая доменная структура с иным, чем ИСХОДНЫЙ/; Ъериодом, соотBeTOTsyfixtuiM измеряемым Механическим напряжениям. Выя1зление полос доменов завершают последующим нанесением на поверхность чувствительного элемен-;та магнитного коллоида, согласно известному методу Акулова-Виттера. . ри этом полосы доменов становятся видимь1МИ;В случае использования для чувствительного элемента сплава С (отрицательной магиит острикцией поло1сы выстраиёаютса параллельно линий Действовавших одноосных механических напряжений, при использовании же

плава с положительной 4агийтострикцией - перпендикулярно. Там где напряженное состояние детгшй было сложным (вблизи отверсткя) нарушаётся однородность микрртголосрвой .

структуры и полосы .искривлены.

. После выполнения описанных операций измеряют среднее расстояние межг ду выявленными подносами в области их однородности при помоци микроскоПИИ с увепичейие)м 300-500« АО этому расстоянию с noMombip установленяой ранее градуировочнрй зависимости находят величину механических напряжений в испытуемой детали. .Пример ;

градуирово ной зависимсюти приведен на графике. ; ;

Операция нанесения магнитного коллоида на поверхность чувствйтель-; ного элемента и onepaiwa измерения

расстояния между полосами ьюгут выполняться в нормальных окружакоЫх усшоаиях с ненагруженнрй деталью. Дело в том, что период дсХвенной :.;.. структуры, рбот ветствсюаявшвнэмеряемым механическим нап1Ж кенкя «, хзота. ется нш1зменным 1 после снятия меха нических нагрузок н.похищенной окружающей температуры, действовавших в условиях испытаний; или после них,

за счет высокой дефектности конденсированной пленки.

Использование спЬср ба иэмер енйя механических йапряженнй позволяет получать .на деталях с .iptfltaMe aiiai np-i

рядка миллиметров чувств1тшьный элемент размером порядка 10 2 мм при толщине i(H2i«tt что практически пОлностыэ йсклаочает влияние жесткости чувствительного

элемента на точность рвдХл: татов измерений. УСТОЙЧИВОСТЬ «ткрЬйолосовой доменнрй структуры чувствительного эле|1|ента позволяет йспойь« ,рвать,спрсрб в интервале темпера- , тур о до 3500с.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ JMEXAHH.ЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ, заключающийся в том, что на испытуему1о д еталь наносят Ьленрчный чувствительный элемент,. н.агружают m atyeityio деталь, выявляют .на чувствительном элементе поло-- : 1ш, измеряют расс;гояние меж полосами и по этому расстоянию с помощью градуировочной зависимс сти находят . гвеличину механических напряжеики, от JJ и чаю а(и и с я тем, что, с повьваення TO4i{QCifti реаультатов из14есюнив и расширения области испЪль зовайия; путем уменс ш нйя жесткости н увёлШе«1ия теЕ«40ст:ойкости : чу1 ;твитёяь181©Г ф - ап& яектл йоследнйй . BatKy «iblt к щенса1и1ей молекуляриого пуЧкji; «агйж1гестр11 кциони.о FO сплава дда .тбяучения