Способ определения напряжений в конструкциях из ферромагнитных материалов Советский патент 1988 года по МПК G01L1/12 

00

65

00

а

Изобретение относится i измерению механических остаточных напряжений в конструкциях из ферромагнитных ма териалов и может быть использовано в машиностроении,судостроении и других отраслях промьшшенности для нераз рушающего контроля механических (остаточных) напряжений.

Цель изобретения - расширение фун- кциональных возможностей за счет оп ределения параметров напряженного состояния материала конструкции.

На чертеже изображена векторная диаграмма синусоидальных величин, ис- пользуемая для определения гармонической зависимости, несущей информацию о напряженном состоянии материала контролируемого изделия.

При вращении преобразователя во- круг своей продольной оси на ферромагнитном материале получают зависимость изменения выходного сигнала преобразователя п от угла поворота (

п .,(y-eJ sin2dl + 2k,2 } cos2dL3

где n - выходной сигнал преобразователя ;

М - начальная намагниченность о

материала от намагничива-

ющей катушки преобразователя;X - магнитная восприимчивость;

,v

- компоненты тензора деформа- ции;

k , k,, - константы магнитоупругости, выражаемые через параметры магнитострикции/,j,j ,И ; 0 угол поворота преобразова-

теля.

Если перейти от деформаций к напряжениям по закону Гука и вместо двух констант магнитоупругости k и k , ввести одну kn, так как учитыва- ется только дивиаторная часть тензора деформаций, то соотношение (1) принимает вид

бу-б.

sin2ot +

(2)

- компоненты тензора напряжений;

коэффициент Пуассона; Е - модуль продольной упругости.

Для линейного напряженного состояния соотношение (2) принимает вид

п 2k М„ЭС

I -t-1 е1 ° 1 2

sin 2d-, (3)

которое по виду совпадает с формулой касательных напряжений при линейном напряженном состоянии:

V%

sin 2dL

:4)

и имеет вид гармонического колебания.

Из сопоставления соотношений (3) и (4) следует, что сигнал, снимаемый с индикаторной катушки преобразователя, пропорционален касательным напряжениям и имеет вид гармонического колебания.

п Т-7

a.f

+

(5)

Т 2k MpS(-;;;- - козффициент пропорциональности , Следовательно при 45°

-

Т

bCfb

. l Se

(6)

Козффициент пропорциональности Т (в дальнейшем градуировочный коэффициент) можно определить при ступенчатом растяжении известными ступенями нагружения л эталонного образца из- вестной площадью поперечного сечения S по формуле

Т

2л nS

(7)

0

5

0

5

где

sin 2Ы + CXY сов 2cJL (8)

А, п - изменение сигнала преобразователя.

При плоском напряженном состоянии касательные напряжения имеют,вид гармонического колебания:

dp 2 и сигнал, снимаемый с индикаторной катушки преобразователя при его повороте, также меняется по гармоническому закону (2). Из сопоставления соотношений (2) и (8) видно, что индикаторная катушка преобразователя, кроме учета касательных напряжений , реагирует на сдвиг относительно отсчетных осей, в результате чего в соотношении (2) при касательной . составляющей появляется коэффициент 2.

Дня разделения напряжений соотношения (2) преобразуют к виду

Со f и Т sin 2oL + cos2oL ( 9)

31368670

Обозначают.

©V-0),, .(-, -(, - COSV(18)

Т -г- А cosff ,(10) -Т

Гармоническую зависимость (13)мож2Т-Г А sin(f .(11) опреД лить координатами двух точек

вид

п, f(c,) и п f(): Тогда, соотношение (9) принимаетГ Asin(2ci + );

п А созЧ sin26L + Asin4 cos2o( (12) -. i Asin(2c,2+

(19)

(19)

Изобретение м.б. использовано для неразрушающегося контроля механических напряжений. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения параметров напряженного состояния материала конструкции. Устанавливают преобразователь на кон;гролируемое изделие, ориентируют его намагничивающий маг- нитопровод перпендикулярно направлению начальной анизотропии, фиксируют сигнал преобразователя. Поворачивают последний против часовой стрелки на угол 45°, фиксируют сигнал преобразователя и определяют разность напряжений, разность главных напряжений, касательные напряжения и положения главных площадок по определенным математическим формулам. 1 ил. (Л

или10

n ,А sin(2ci + Ч),(13)или

которое описывает гармонический ко-, „ л. т. о

.„.( п - л SlHiiC + DCOSiioi ,/ «л N

лебательныи процесс, (20)

Из соотношений (9) и (12) следуетL П2 о( sin2o,j+ bcos2c/i,

А (2Г,/) (14),п,

- координаты точек по

t Ч У,, с ic i° абсцисс и ординат,

Разрешив эти уравнения относитель/,/ / . ио Ъ получают

Соотношения (14) и (15) могутг, о oi v,/ о -о

,. . - /X. n sin2o(. b(. sin2o(nбыть разрешены относительно (. у,, и о - «, г, v /.,

/V. л 4- 1 гт XV Y-cos25t.sin2ok) . (21)

-о через Аи tg Ч. Для этого выра-i.

жают 2 из соотношения (15) и под-Откуда , . /, П,31п2Ып- ПоЗшУо -,

ставляют в соотношение (14) - :- т-.г--гт (22)

/(5рч(%)в (16)

А Т ;+ (- g )tg (16) .Аналогично

п, n2cos2ot, , . или,а - (d.-d-}

. 1 I

А Т g /1 + tg (17) 30 Тогда

- П2з1п2с),,ч Откуда® а n,cosc.2- П2соз2с.1

V(nicos2o 2- ngcos2cA,)f ( n.zsin2c -.) ,

A vd- D -:-ST-;r-Г-- . l/JJ

sin2(,j- ot )

После преобразования образователя на эталонном образце

/nf + п .cos2(c -a-ct-.,)., . в исходном положении, О) . sin2( )сигнал преобразователя на эталонном

/о/ /г,/- образце при его повороте на уголсСг,

Соотношения (24) и (26) выведены 40 л г о

в предположении, что п - сигнал преобразователя при его угле поворотаi n - при угле поворота oL. При з соотношений (22) и (23)

d.f О и с.2 45 соотношения (23) и п соs2с - - , (26) принимают вид45 in2()

tg Ч - - (27) niqpos2do. 2.- пггсозо ю. /,.„

о& - п ; ( J и;

Г „ -, , Sin2 () i-i

,+ n,i(28) rx,,sin2c,ii- П2,в1п2с -и - , . .

-t - O//O / ij X- /

Для определения гармонической за-gg sin(,j,-c.,) tr ВИСИМОСТИ, несущей информацию о на-n,gsin2oL/2fi- na,pin2 :,.i , v пряженном состоянии контролируемого о. sin2( сХ,,,,-о(-„) и изделия, пользуются векторной диаграммой синусоидальных величин. видно

Обозначают через п.-- сигнал пре- ее ъ ъ п п

u.f VI2. г т образователя на изделии в исходном 84 Q гл

, Э- аГ 12

положении,о1 0; сигнал преоб- ngi- паа

разователя на изделии при его поворо- , (34) те на уголс -21 45 ; п,- сигнал пре- ( Чг - и)

(35)

(36;

Подставляя соотношения (34) и(36) (18), получают

.

2 У(пег ngij) (гц

гст.

V(./-(%

или

б - (Г

-ip

Из соотношений (15), (34) и (35)

4у2Т

sinV

Пц-

2Т

Полуразность главных напряжений при плоском напряженном состоянии

3686706

по оси симметрии (это является исходным положением преобразователя на образце), фиксируют сигнал преобразова- теля, поворачивают преобразователь на образце против часовой стрелки на угол 45 и фиксируют сигнал преобразователя. После этого устанавливают преобразователь на контролируемое из- ( п/;о)п делие, ориентируют его намагничивающий магнитопровод перпендикулярно (37) направлению начальной анизотропии (это является исходным положением гфеобразователя на изделии), фикси- 15 Pyi°T сигнал преобразователя, поворачивают преобразователь против часовой стрелки на угол 45, фиксируют сигнал преобразователя и определяют разность нормальных напряжений по формуле.

2( Пд

1

(38)

(39)

20

б;-©-,

( (-v-g

V

XV

(40)

Подставляя соотношения (38) и (39) в (40) получают

J (п-п(41

Положение главных площадок

ts2d. - г 6v-e-v

(42),

/v . х 2( п

Способ осуществляют следующим образом.

Перед определением напряжений че- тырехполюсный магнитоупругий преобра- зователь трансформаторного типа устанавливают на эталонньш, изготовленный из этого же материала,, что и контролируемое изделие, образец, ориентирует преобразователь, таким образом, что его намагничивающий магнитопровод находится под углом 45° к продольной оси эталонного образца, нагружают эталонный образец ступенчато в продольном направлении, фиксируют изменение выходного сигнала преобразователя и по выражению 2 unS UF

Т

где /in - изменение выходного сигнала преобразователя; S - площадь поперечного сечения образца;

&.F - ступень нагружения, определяют градуировочный коэффициент, ориентируют намагничивающий магнитопровод преобразователя перпендикулярно длинной стороне образца

б;-©-,

разность главных напряжений по формуле

25

.i /(п,,- п,/. ( п,

Т а2 л la касательные напряжения по формуле

п. г- а,, 2Т

Sy

5

0 положение главных площадок по формуле

n-jl - nf2

где ,

б;,е-2

2(п,,п..)

XV

т 5

п,

V

г0

нормальные напряжения; главные напряжения; касательные напряжения; градуировочный коэффициент;

сигнал преобразователя на изделии в исходном положении;

сигнал преобразователя на изделии при его повороте на угол сигнал преобразователя на эталонном образце в исходном положении; сигнал преобразователя на эталонном образце при его повороте на угол 45.

{Формула изобретения

Способ определения напряжений в. gg конструкциях из ферромагнитных материалов, заключающийся в установке четырехполюсного магнитоупругого преобразователя трансформаторного типа на эталонньш образец, изготовленный

7 ,

из того же материала, контроли руемое изделие, ориентации его на образце, ступенчатом нагружении в продольном направлении, фиксации выходного сигнала преобразователя после каждой ступени нагружения, установке преобразователя на контролируемое изделие, ориентации вдоль направления начальной анизотропии, повороте преобразователя, фиксации выходного сигнала при различных углах, повороте и определении напряжения по известной зависимости, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения параметров напряженного состояния материала конструкции, при ориентации преобразователя на эталонном образце сначала устанавливают его намагничивающим магнито- проводом под углом 45° к продольной оси образца и при ступенчатом нагру- жении фиксируют изменение выходного сигнала, определяют градуировочньш коэффициент Т, равный удвоенному отношению произведения изменения выход- ного сигнала на площадь поперечного сечения образца к величине ступени нагружения, а затем устанавливают намагничивающий магнитопровод перпен686708

дикулярно длинной стороне образца по оси симметрии и под углом 45° против часовой стрелки и фиксируют соот ветственно сигналы п,и указанных положениях преобразователя, а при ориентации на контролируемом изделии устанавливают намагничивающий магнитопровод перпендикулярно направлению начальной анизотропии и под углом 45 против часовой стрелки и фиксируют соответственно сигналы преобразователя п и п , а параметры напряженного состояния определяют по формулам:

разность нормальных нагфяжений Q-y и

10

15

2(п.1ч- )

(Л,-6

20

разность главных напряжений д и01225

N/(%-n,/- касательные напряжения t-xy

- 11 - 12 2Т

XV

положение главных площадок гл

tg2cAr

ia

2(п„,Ча