Способ определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01B5/30 

цяи тела и по ним определяют остаточные напряжения, отличающийся тем, что, с целью определения остаточных напряжений также и по сечению тела, датчики закрепляют на разноудаленных от надреза расстояниях, надрез углубляют непрерывно, одновременно измеряют его глубину и деформации и учитывают или компенсируют влияние нагрева стенок надреза на показание датчиков

5. Способ по п.4, отличающий с я,, тем, что, с целью компенсации влияния нагрева стенок надреза, на недеформируемой части тела вьтод няют второй надрез, подобный перво- . му, закрепляют на поверхности тела рядом с этим надрезом и перпендикулярно к нему компенсационный датчик и нагревают поверхность второго надреза до температуры, равной температуре поверхности первого надреза.

1. Способ определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела, заключающийся в том, что на поверхности тела закрепляют датчики деформации, выполняют между ними прямолинейный надрез так, что датчики располагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него, измеряют деформации тела и по ним определяют остаточные напряжения, о т л и ч а™ ю щ и и с я тем, что, с целью определения остаточных напряжений также и по сечению тела, датчики закрепляют на разноудаленных от надреза расстояниях, зависящих от глубины надреза и связанных с ней соотношением -luS -лд 5,5 0,7 hпри 0,1, йд-Ду где ujj- и Лд - расстояния от кромки надреза до ближнего и дальнего концов базы датчика деформации соответственно, h, - глубина надреза, надрез поэтапно углубляют, а деформацию измеряют после каждого этапа. 2.Способ по п.1, отличаюс S щий с я тем, что, с целью опре(Л деления как нормальных, так и касательных остаточных напряжений, измеряют деформации на каждой стороне надреза по крайней мере в двух направлениях. 3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что при углублении надреза его ширину уменьшают поэтапно, а затем, начиная с поверхности тела, увеличивают до размера большего, чем первоначальный, затем повторно поэтапно уменьшают ширину надреза. 4.Способ определения остаточных на пряжений в поверхностных слоях тела, заключакяцийся в том, что на поверхности тела Закрепляют датчики деформации, выполняют между ними прямолинейный надрез так, что датчики 1 асполагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него, измеряют деформа

«

Изобретение относится к механическим способам определения остаточных напряжений и может быть использовано для определения остаточных напряжений в деталях машин, заготовках, конструкциях, образцах и т.д. в любой отраслш машиностроения.

Известен способ определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела, при котором закрепляют на поверхности тела датчики деформации, выполняют вокруг датчиков кольцевую прорезь, измеряют деформации и по ним определяют остаточ ные напряжения lj ,

Недостатками этого способа являются снижение точности за счет усреднения определяемых напряжений по столбику, охваченному круговой канавкой, искажения показаний датчиков от нагрева поверхности столбика деформации резания при сверлении столбика, невозможность определить распределение напряжений по сечению тела, так как при углублении прорези датчики быстро перестают изменять свои показания.

Наиболее близким к изобретению

является способ определения остаточных напряжений в поверхностном слое тела, при котором на поверхность тела закрепляют датчики деформации, выполняют между ними прялинейньй надрез так, что датчики располагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него. Измеряют

деформации тела и по ним определяют остаточные напряжения 2.

Недостатком этого способа является низкая точность определения

остаточных напряжений при неравномерном их распределении по высоте сечения за счет усреднения значений напряжений по толщине контролируемого слоя.

Цель изобретения - определение

остаточных напряжений по сечению тела.

Поставленная по первому варианту способа достигается тем, что согласно способу определения остаточньк напряжений в поверхностньк слоях тела, заключающемуся в том, что на поверхности тела закрепляют

.. датчики деформации, выполняют между ними прямолинейный надрез так, что датчики располагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него, измеряют деформации тела и по ним определяют остаточные напряжения, датчики закрепляют на разноудаленных от надреза расстояниях, зависящих от глубины надреза и связанных с ней соотношением

„ -Jus -из г п ,

US

0, u5,5 при ,1

iU3-UJ

Дб US Э расстояния от кромки надреза до ближнего и дальнего концов базы датчика деформа3ции, соответственно; h; - глубина надреза, надрез поэтапно углубляют, а дефор мацию измеряют после каждого этапа При этом дле определения как но мапьньпс, так и касательных остаточ ных напряжений, измеряют деформаци на каждой стороне надреза по крайней мере в двух направлениях. Кроме того, в том случае, если это целесообразно, при углуб лении надреза его ширину поэтапно уменьшают, а затем, начиная с поверхности тела, увеличивают до большег размера, чем первоначальньш размер затем повторно поэтапно уменьшают ширину надреза. Поставленная цель (по второму ва рианту способа) достигается тем, что согласно способу определения ос таточных напряжений, заключающемуся в том, что на поверхности тела зак репляют датчики деформации, выполняют между ними прямолинейный надрез так, что датчики располагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него, измеряют деформации тела и по ним определяют остаточные напряжения, датчики закрепляют на разноудаленных от надреза расстояниях, надрез углубляют напрерывно, одновременно измеряют его глубину и деформации, и учитывают или компенсируют влияние нагрева стенок надреза на показания датчиков. При этом для компенсации влияния нагрева стенок надреза на показания датчиков на недеформируемой части тела выполняют второй надрез, подобный первому, закрепляют на поверхности тела рядом с этим надрезо и перпендикулярно к нему компенсационный датчик и нагревают поверхность второго надреза до температур равной температуре поверхности первого надреза. На фиг,1 показана схема расположения датчиков деформаций на поверхности тела около надреза при оп ределении норма:1ьных остаточных напряжений по сечению тела; на фиг.2то же, при определении нормальных и касательных остаточных напряжений по сечению тела; на фиг.З - схема поэтапного уменьшения ширины надреза вместе с его углублением и последующее увеличение его ширины. 9934 Способ осуществляют следующим образом. Для определения эпюры остаточных напряжений б° по сечению YZ поверхностного слоя h тела 1 (фиг.1) до глубины 40 мм задают параметры этапов углубления надреза, например, мм: 2,3,4,6,8,10,12,15,20,25, 30,35,40. Выбирают ширину надреза равной 1,4 мм. На поверхности тела 1 после разметки места надреза 2 закрепляют датчики деформации, например тензорезисторы 3, 4, 5, вдоль оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него. Датчики закрепляют на разноудаленных от надреза расстояниях, зависящих от глубины надреза, и определяют их по соотношению 0,.5,5 при и получают Д 2,5.мм;Дд 11,5 мм; Cig 14 MMi ug 23 мм; uf 26 мм; ug 35 мм. Измеряют начальные показания датчиков. Выполняют прямолинейный надрез на глубину 2 мм. Измеряют показания датчиков и по полученным деформациям тела определяют остаточные напряжения в слое глубиной 2 мм, Затем поэтапно углубляют надрез, после каждого этапа измеряют показания датчиков и по деформациям определяют остаточные напряжения во всех более глубоких слоях, На этапах углубления О, 2, 3, 4, 6 мм для расчета остаточных напряжений используют показания пары датчиков 3, так как она, согласно приведенным формулам, на этих этапах обладает оптимальной чувствительностью и точностью. На этапах углубления 6-25 мм для расчета используют показания пар датчиков 4; и в интервале 12-40 мм - показания пар датчиков 5, Для определения эпюр нормальных остаточных напряжений (j° и касательных остаточных напряжений Т,. иь по сечению YZ поверхностного слоя h тела 1 (фиг.2) закрепляют на поверхности XY тела 1 розетки датчиков, например, тензорезисторы 3, 6, 9; 4, 7, 10; 5, 8, 11, например, под углами 45, О, 315 с одной стороны надреза, и 135, 180 и 225 с другой стороны. Затем выполняют надрез и измеряют деформации тела так же, как в предыдущем случае, Остальные напряжения d определяют из прираще + F НИИ,полусумм деформаций (). Остаточные напряжения о,, определяю э .3 по приращениям деформаций (-°--°а остаточные напряжения ь а си I (Д 11-7мпп(с ки Приращениям полусумм деформаций гЭ .с° сЗ . с э т (l llbil) и (1лё,) гдее, - деформация поверхности тела, возникаю щая за счет перераспределения остаточных напряжений и тела в резуль тате выполнения надреза; ср - угол между направлением продольной оси датчика и правой нормали к надрезу. Во многих случаях соотношение между продольными Е и поперечными бдо деформациями можно установить заранее. В этом случае измеряют деформации тела только в двух направ лениях, например: О, 45 (180, 225) или 45, 315°(135, 225). До глубины 25-40 мм целесообразно выполнять надрез вулканитовыми кругами, уменьшая его ширину через каждые 4-6 мм,углубления на 0,10,2 мм. Дальнейшее углубление надре за можно осуществлять любым удобным инструментом, например, фрезой, для чего выбирают ее ширину большей, че

ширина надреза на первом этапе,

По мере углубления надреза ширину фрез также поэтапно уменьшают (фиг.З). При такой технологии, уста- ний

навливад на поверхности тела новые пары датчиков, можно увеличить величину контролируемого слоя практически без ограничения.

лять как нормальные, так и касательные остаточные напряжения. Второй вариант способа позволяет повысить производительность исследова-

остаточных напряжений в деталях машин, заготовках,, конструкциях и т.д, с большими градиентами остаточных напряжений. 934 Второ й вариант способа использзтот при автоматизированном определении остаточных напряжений. При этом датчики деформации закрепляют таким же образом, как и при использовании первого варианта. Надрез углубляют непрерьгояо, например, осуществляя непрерьшную по- . дачу режущего инструмента по нормали к поверхности тела. Одновременно измеряют специальным датчиком глубину надреза и деформации тела. Сигналы с этих датчиков подают либо на электронный самописец, либо на ЭВМ. При непрерьюном углублении надреза его стенки нагреваются от контактного трения с режущим инструментом, что искажает показания датчиков деформации. Эти искажения либо зачитывают, либо компенсируют. Искажения учитывают при использовании ЭВМ. При этом учет влияния нагрева стенок на показания датчкгков деформации зак-. ладывают в программу ЭВМ. При компенсации этих искажений на недоформируемой части тела выполняют второй надрез, подобный первому, закрепляют на поверхности тела рядом с этим надрезом и перпендикулярно к нему компенсационный датчик и нагревают поверхность второго надреза до температуры, равной температуре первого (рабочего) надреза. Предлагаемый способ и его варианты позволяют определять остаточные напряжения не только в поверхностных слоях тела, но также и по его сечению. Они позволяют опредеи повьш1ает точность определения