Способ определения термических напряжений в пористых проницаемых стенках Советский патент 1985 года по МПК G01N7/10 

СП

00

ел

ее

Изобретение относится к механике сплошных сред и может быть использовано для определения термических напряжений в пористых проницаемых стенках.

Известен способ определения напряжеНИИ, метод лаковых покрытий, основанный на том, что поверхность исследуемой конструкции покрывается тонким слоем лака, в котором образуется сетка мелких трендан в зоне повышенных напряжений 1.

Однако этот способ обладает рядом недостатков в части сложности обработки результатов измерений, низкую чувствительность по температуре (до 800 К), недостаточную точность измерений.

Ближайшим техническим решением является способ определения термических напряжений в пористых проницаемых цилиндрических стенках, включающий размещение пористого проницаемого образца в камеру, охлаждение его путем подачи через поры стенки хладагента, нагревание стенки образца с регистрацией температуры обеих его поверхностей с последующим расчетом по формулам 2.

Главным недостатком известного способа является сложность измерения температуры, так как использование контактных средств измерения дает больщие погрещности из-за локального нарушения проницаемости материала в месте контакта с измерительным прибором. Кроме этого при больших градиентах температуры по толщине проницаемой стенки вообще не представляется возможным достаточно точно измерить температуру ограничивающих ее поверхностей контактными приборами. Большую трудность п редставляет измерение температуры поверхностей пористых проницаемых стенок и бесконтактными средствами измерения из-за недостаточного быстродействия существующих приборов, низкой чувствительности по температуре, ограниченности диапазона измеряемых напряжений по температуре, сложности процессов измерений и аппаратуры.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем размещение испытуемого образца в камере, охлаждение его путем подачи через поры стенки хладагента нагревание стенки хладагента, нагревание стенки образца с регистрацией соответствующих параметров и последующим расчетам по формулам, хладагент подают с постоянным массовым расходом, в качестве регистрирующего параметра используют давление хладагента на входе и выходе из пористой стенки до и во время ее нагревания.

При помощи системы подвода и регулирования устанавливают необходимый массовый расход охладителя через пористую

стенку. Измеряют датчиками величины давления газа в объеме со стороны входа и выхода из пористой стенки, соответствующие установленному массовому расходу охладителя. После этого на пористую стенку со стороны выхода газа подают тепловую нагрузку и непрерывно во времени регистрируют изменение давления охладителя со стороны входа и выхода из пористой стенки до установленного теплового режима пористой стенки, о чем судят по прекращению изменения величины давления газа при постоянном установленном вначале массовом его расходе.

Повышение давления газа при постоянном массовом расходе является следствием его объемного теплового расширения из-за нагрева при прохождении через пористую структуру стенки.

Для плоскодеформированного состояния цилиндрической проницаемой стенки с пористым охлаждением при установившемся распределении температуры по ее толщине пропорциональные зависимости между величинами давления охладителя на входе и выходе из пористой стенки и величинами термических напряжений в ней имеют вид

/ ОСЕ -А- То . RI + Ra ч V г RzTr -RiMlf V - f(i-jj)(z-y) г. 1 ЖРд

2-3i .

(J)

p

„( ЛЕАТо . Ri + R . V г )

%-t(i-/jj 2 fT -г Rl

- r(l-V,

(2)

c,(.R,)V(|

2 Z-yRj-Rf

1+цЬ

-r)

(3)

a при отсутствии нагрузки на торцовые поверхности

/ осЕА-То . . ИГ)

Оцг)-/i-u)(2-yr 2 I

(1-.К2-8Т 2

-rM2-Y),

(4)

коэффициент линейного расширения, 1/град;

модуль упругости, начальная температура. К; коэффиц|1ент Пуассона; радиусы внутренней и внешней поверхностей стенки, м; текущий радиус, м;

.,т-ср .

m -расход газа, кг/м- с; Ср - теплоемкость охладителя, Дж/кгград; X. - теплопроводность пористой стенки Вт/мград; - Го а Ро-давление охладителя перед пористой стенкой до теплового воздействия, PI - давление охладителя перед пористой стенкой при тепловом воздействии, Р2 - давление охладителя на выходе из пористой стенки, Н/м. Приведенные зависимости сохраняют свой вид и в случае плосконапряженного состояния, но величина заменяется на аЕ. При определении по приведенным зависимостям термических напряжений в пористых проницаемых стенках используют табличные значения коэффициентов линейного расширения, теплоемкости, теплопроводности, модуля упругости и коэффициента Пуассона пористого материала при средней температуре стенки, определяемой из выражения Т Ро Выражения, определяющие параметры А и Т, справедливы для случая, когда гидравлическое сопротивление пористой стенки не зависит от температуры. Аналогичные зависимости, связывающие термические напряжения в пористых стенках с величинами давления охладителя на входе и выходе из нее, могут быть получены для пористых стенок других геометрических форм и для случаев, когда их гидравлическое сопротивление зависит от температуры. Пример осуществления способа. В качестве объекта взята пористая проницаемая стенка из вольфрама с пористостью 23,5% и размерами; , R2 10-10 м, f 30-lCf м. В процессе экспериментальной проверки измеряли: Т,1130 К; К; ,88-l(F кг/мс; Ро 26-10 Н/м2; ,5 РЗ-0,5-10 Н/м2; Известный способ. Для (Рм aj -5,53 кг/мм и ,22 кг/мм Предлагаемый способ. ,24 кг/мм и ,05 кг/мм. Как видно из приведенных данных, ошибка в определении напряжения в пористых стенках по предлагаемому способу в сравнении с известным составляет не более ±5,5%. Причем, определение параметров о по предлагаемому способу значительно выше в связи с тем, что точность измерения давления (±0,5%) выше, чем температура поверхностей пористых стенок (±7,5%). Предполагаемое изобретение позволяет повысить точиость определения термических напряжений в охлаждаемых вдувом пористых проницаемых стенках, расширить по температуре диапазон измерений, упростить процесс измерений и автоматизировать исследование путем ввода экспериментальных данных через модуль связи в вычислительную машину, например 15 ВСМ-5, и по соответствующим программам рассчитать величины термических напряжений.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОРИСТЫХ ПРОНИЦАЕМЫХ СТЕНКАХ, включающий размещение испытуемого образца в камере, охлаждение его путем подачи через поры стенки хладагента, нагревание стенки образца с регистрацией соответствующих параметров и последующим расчетом по формулам, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и упрощения процесса измерений, хладагент подают с постоянным массовым расходом, в качестве регистрирующего параметра используют давление хладагента на входе и выходе из пористой стенки до и во время ее нагревания.