Способ определения неупругих составляющих внутренних напряжений контролируемого объекта Советский патент 1985 года по МПК G01B17/04 

жения - деформации других объектов неперераспределяющуюся и перераспот диаграммы объекта с наиболее упо- ределяющуюся при заданной нагрузке рядоченной структурой определяют составляющие внутренних напряжений,

1177664

1.СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕУПРУГИХ СОСТАВЛЯЩИХ ВНУТРЕННИХ НАПРЯ- ЖЕНИЙ КОНТРОЛИРУЕМОГО ОБЪЕКТА, заключающийся в том, что в объекте при ис ходной температуре возбуждают колебания на собственной частоте и измеряют эту частоту, затем нагревают объект, повторно возбуждают в нем колебания на собственной частоте, измеряют ее и по измеренным значениям.частот определяют внутренние напряжения, отличаю щи и- с я тем, что, с целью повышения точности, изготавливают цилиндрические образцы из того же конструкционного материала, подбирают для них режим стабилизирующего отжига, для чего в них возбуждают продольные колебания на собственной частоте и.измеряют эту частоту до и после режима отжига, а за искомый режим принимают такой,который дает максимальное изменение этой частоты при минимальной температу- ре, подвергают все образцы стабилизирующему отжигу на найденном режиме, подбирают для них режим механической обработки поверхности резанием, создающий в поверхностном слое взаимно компенсирующие дефекты структуры, для чего в них.возбуждают продольные колебания на собственной частоте и измеряют эту частоту до и после механической обработки, а за искомый режим принимают такой, который дает минимальное изменение этой частоты-, обрабатывают на этом режиме поверхность исследуемого объекта перед измерением частоты при исходной температуре, после измерения этой частоты нагревают объект по режиму, соответствующему режиму ста-билизирующего отжига, повторно возбуждают колебания после окончания отжига при исходной температуре и определяют внутренние напряжения сл по разности измеренных частот. 2, Способ ПОП.1, отлича ющ и и с я тем,, что, с целью определения также и перераспределяющейся и неперераспределяющейся упругих составляющих внутренних напряжений, изготавливают партию объектов ч не менее 10-20 штук, а после определения в них неупругих состаляюОд щих внутренних напряжений измеряО5 ют температурный коэффициент электро сопротивления каждого объекта, выявляют объект с наиболее упорядоченной структурой по номинальному значению температурного коэффициента электросопротивления, подвергают каждый объект силовому нагружению в области напряжений, не превосходящих предел пропорциональности, со скоростью, обеспечивающей перераспределение напряжений в объекте, измеряют в процессе нагружения каждого объекта его деформацрш и по отклонению диаграмм напри

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении составляющих внутренних напряжений в различных изделиях и заготовках материала.

Цель изобретения - повьшение точности определения упругих составляющих внутренних напряжений, а также определение перераспределяющихся и неперераспределяющихся упругих составляющих внутренних напряжений.

На фиг.1 изображена диаграмма растяжения объекта с наиболее упорядоченной структурой; на фиг.2 и 3 - диaгpaм 4Ы растяжения контролируемого объекта с наличием в нем упругой неперераспределяющейся составляющей внутренних напряжений соответственно растяжения и сжатия; на фиг.4 - диаграммы растяжения объекта с наличием в них неперераспределяющейся и перераспределяющейся .упругих составляющих.

Способ осуществляют следующим образом.

Из того же конструкционного мате риала, из которого выполнен объект, где требуется определить составляющие внутренних напряжений, изготавливают цилиндрические образцы и подбирают для них режим стабилизирующего отжига, полностью снимаюпдего неупругие внутренние напряжения, превращающие контролируемое тело в Линейную систему.

Возбуждают в образтдах продольные колебания на собственной частоте и измеряют частоты собственных колебаний, Термообрабатывают образцы при раличных температурах нагрева и постоя ных других параметрах режима (время, выдержки, скорость охлаждения). Повторно возбуждают колебания образцов, измеряют частоты их собственных колебаний и вычисляют приращение частоты каждого образца после отжига. Строят

зависимость приращения частоты от переменного параметра режима термообработки - температуры нагрева. Максимальное приращение частоты

при минимальной температуре нагрева характеризует искомый режим. Параметры режима зависят от энергии накопленных дефектов структуры,т.е. могут изменяться для определенного

0 материала в широких пределах. Так,, для Ст.45 они составляют : Т , t 140 мин, U: . Подвергают все образцы стабилизирую- « щему отжигу на найденном режиме и

5 подбирают для них режим механической обработки поверхности резанием, создающий в поверхностном слое взаимно компенсирующие дефекты структуры.

0 Обработка конструкционных материалов резанием сопровождается как силовым,так и тепловым эффектом. Силовое воздействие вызывает сжимающие деформации, а тепловое - растягивающие. Это позволяет подобрать режим чистовой обработки, при котором силовое и тепловое воздействия взаимно.компенсируются, т.е. не об-, разуется измененный поверхностный

30 слой.Приращение частоты собственных колебаний образца при этом имеет минимальное значение.

Для определения параметров этого 35 режима берут несколько образцов. Стабилизируют их до полного снятия неупругих внутренних напряжений, возбуждают в них продольные колебания на собственной частоте и изме ряют частоты собственных колебаний. Затем протачивают образцы при постоянной глубине резания, а скорость резания и подачу изменяют от образца к образцу.

Повторно возбуждают в образцах продольные колебания на собственной частоте, измеряют частоты их собст-3

венных колебаний, вычисляют приращение частот и результаты сводят в таблицу.

Искомый режим определяется по минимальному приращению частоты продольных колебаний..На этом режиме обрабатывают поверхность исследуеI мого объекта . Затем при исходной температуре, значение которой измеряют и фиксируют, возбуждают колебания объекта на собственной частоте. Эту частоту измеряют с точностью до 10 - 10 от ее абсолютного значения .

Нагревают объект по режиму, соответствующему найденному ранее режиму стабилизир тощего отжига.

После окончания отжига и охлаждения объекта до исходной температуры Повторно возбуждают в объекте колебания на собственной частоте и измеряют эту частоту. Разность частот до и после отжига используют для определения составляющих внутренних напряжений.

Величина неупругих внут{|енних напряжений определяется по формуле, которая получена -опытным путем для продольных, колебаний свободно опертого стержня

я а Е,

де Е

модуль упругостиj Л приращение частоты, обусловленное внутренними напряжениями;

коэффициент связи между тема пературными и механическими напряжениями, определяемый открытым путем;

f абсолютное значение частоты колебаний объекта.

По одному из вариантов осу1цествления способа для раздельного определения перераспределяющейся и непераспределяющейся упругих составляющих внутренних напрялсений изготавливают партию объектов не менее 10-20 щт, а после определения в них неупругих составляюпдах внутренних напряжений описанным способом измеряют температурный коэффициент электросопротивления каждого .объекта.

776644

Сравнивая измеренное значение том пературного коэффициента электросопротивления с номинальным значением для данного материала при отсутствии в нем внутренних напряжений, выявляют объект с наиболее упорядоченной структурой, который в дальнейшем принимается для всей партии за эталон.

Затем все объекты в партии послеIQ довательно подверстают силовому нагружению заданной расчетной нагрузкой и измеряют деформации объекта, позволяющие построить диаграмму нагружения. Заданную нагрузку выбирают такой величины, чтобы объект работал

15 в области напряжения, не превосходящей предел пропорциональности конструкционного материала объекта. Нагружение ведут со скоростью, обес- . печивающей перераспределение напря20жений в объекте. В результате регистрации процесса нагружения объекта получают диаграмму напряжения-деформации. Для объекта с наиболее упорядоченной структурой эта диаграм-25:ма может быть условно принята за диаграмму напряжения идеально упругого тела (фиг.1), начинаюп5уюся из начала координат.

Для разделения неперераспределяю30щейся и перераспреде|1яющейся упругих составляющих внутренних напряжений на диаграмме, исследуемого объекта проводят :йз---точки, делящей эту кривую jia прямолинейный и криволинейный

35 участки, прямую под углом наклона, равным углу наклона кривой объекта, принятого за эталон (фиг.4).

Отсчет величины внутренних напряжений с учетом знака.производится

40 в принятом масштабе для неперераспределяющейся составляющей относительно нулевой нагрузки по оси ординат, а для перераспределяющейся по приращению напряжений при заданном

45 воздействии за счет приращения угла наклона диаграммы растяжения контролируемого объекта относительно эталона.

Использование способа опредо- L,50ния внутренних напряжений o6ccnf. . чивает по сравнению с существую1г1нми повышение точности определения внутренних напряжений и снижение трудоемкости операции контроля.