Способ определения остаточных напряжений при двухосном напряженном состоянии ферромагнитных изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при определении остаточных напряжений после сварки толсто - стенных поковок на ферромагнитных изделиях, прошедших объемную закалку, нормализацию и другие виды термической s химико-термической и так далее упрочняющих обработок, при которых главные напряжения на поверхности изделия близки по величине, а также в изделиях из проката, в литых и свар- но-литых конструкциях.

Цель изобретения - повышение точности путем регулирования отношения регистрируемых поперечного и продоль- ного магнитоупругих эффектов.

На фиг. 1 схематично представлено устройство для определения остаточт-j, напряжений двухосного напряженного состояния ферромагнитных изделий; на фиг. 2 - амплитудно-частотные характеристики при установке измерительного преобразователя вдоль dp,, (f) и поперек d|U (Xf) одноосно-нагружаемого образца при постоянном начальном то- ке возбуждения; на фиг. 3 - градуиро- вочная зависимость 6 Ј(Д|4(|) , снятая на градуировочном образце.

Устройство для определения остаточных напряжений двухосного напряженного состояния ферромагнитных изделий (фиг, 1) состоит из последовательно соединенных генератора 1 и усилителя 2 низких частот, выполненного в

5

35

.Q

с 0

55

виде регулируемого усилителя напряжения, измерительного 3 и компенсационного 4 магнитоупругих преобразователей, например, с LJ-образними магнито- проводами 5 и 6, измерительные обмотки 7 - 10 преобразователей 3 и 4 расположены на крайних полюсах магнито- проводов 5 и 6, соединены попарно последовательно согласно и подключены к входам двухполупериодных выпрямителей 11 и 12, выходы которых соединены по дифференциальной мостовой схеме, в диагональ последней включены параллельно индикатор 13 выходного разностного сигнала преобразователей и мостовая схема 14 установки нуля, возбуждающие обмотки 15 и 16 преобразователей 3 и 4 расположены на средних полюсах магнитопроводов 5 и 6 и соединены между собой последовательно, причем одна из обмоток 16 через инти- катор 17 тока возбуждения соединена с первым выходом усилителя 2, а другая обмотка 15 - с вторым выходом усилителя.

Способ определения остаточных напряжений при двухосном напряженном состоянии ферромагнитных изделий осуществляют со следующей последовательностью выполнения операций.

Возбуждающие обмотки измерительного и компенсационного преобразователей питают переменным током-номинальной амплитуды. Компенсационный преобразователь устанавливаюг постоянно

на ненапряженный эталонный образец, а измерительный - на одноосно-нагру- жаемый в пропорциональной области гра дуировочный образец, изготовленные из материала изделия, и снимают амплитудно-частотные характеристики иэ- меЯений разностного сигнала преобразователей от частоты при ориентире-1- вании измерительного преобразователя поперек (f) и вдоль df/|((f) направления попеременно нагружающей силы постоянной величины, создающей в гра- дуировочном образце напряжение, равное трети предела пропорциональности, т.е. х.0,3(у„р. При напряжениях выше 0,5 6п. сказывается нелинейность зависимости /3|U((f (6) . Напряжение в образце определяют делением силы на поперечное сечение образца. При этом начальную амплитуду тока возбуждения при нулевой силе нагружения и каждой частоте поддерживают равной номинальной. Из существенно нелинейных амплитудно-частотных характеристик (фиг.2) устанавливают частоту возбуждения fg, при которой абсолютная величина отношения | ,, | равна VT-- где V коэффициент Пуассона материала изделия . На этой частоте и при начальной амплитуде тока возбуждения осуществляют градуирование преобразователей и определение напряжений, причем отношение Ш, остается практически постоянным в пропорциональной области нагружения.

При градуировании измерительный преобразователь устанавливают на гра- дуировочный образец вдоль направления нагружающей силы, создающей в образце напряжения от нуля до предела пропорциональности материала изделия и строят градуировочную зависимость напряжений в образце от изменения выходного сигнала преобразователей 6 f(4f/|(), из которой определяют коэффициент пропорциональности М (фиг.З). Затем определяют разности d|u., и дц выходных сигналов и f преобразователей при установке измерительного преобразователя на изделие в контролируемой точке в направлении главных напряжений & и выходным сигналом преобразователей, установленных на ненапряженном образце. Иаправ-- ление главных напряжений 6 и определяют по максимальному и минимальному выходным сигналам преобразовате

5

0

5

0

5

0

(О (2)

лей при вратснии измерительного преобразователя вокруг своей огн на ичд лии в контролируемой точке. Врчи-ninv главных напряжений определяют тп выражений

7Ьг(Ч); ()

где Јfj4 и flf/j равны с учетом знаков

4М, МГ К, W4 f К,

ед. выходного сигнала преобразователей, мкА; М - коэффициент пропорциональности, равный тангенсу начального угла наклона (Фиг-3) градуировочной зависимости & f(4|U()), т.е.

:Та/елвыходного сигнала преобразователей;) - коэффициент Пуассона

материала изделия. Снятие амплитудно-частотных характеристик преобразователей при последовательном соединении их измерительных обмоток позволяет .регулировать регистрируемый поперечный магнитоупругий эффект и устанавливать его определенным по отношению к продольному, напри1 + V

мер, равным -От™, а полученные выражения (1) и (2) для определения (у и б/; учитывают взаимное влияние продольного и поперечного магнитоупругих эффектов при определении двухосного напряженного состояния ферромагнетиков предлагаемым способом, что повышает точность определения главных остаточных напряжений.

Предлагаемое устройство для опре- деления остаточных напряжений двухосного напряженного состояния ферромагнетиков (фиг. 1) работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает сигналы низких частот, усиливаемых регулируемым усилителем 2 напряжения, который обеспечивает ручной регулировкой постоянство начальной амплитуды тока возбуждения на всех частотах в после- довательно соединенных обмотках 15 и 16 возбуждения преобразователей 3 и 4, что контролируется индикатором 17 тока возбуждения. Переменный магнитный поток, наводимый в магнитопроводах 5 и. 6, проникает в изделие (или нагружаемый образец)и в ненапряженный образец, на которых соответственно установлены преобразователи 3 и 4, Наводимые переменным магнитным потоком ЭДС в измерительных обмотках 7 - 10 зависят от магнитных проницаемостей (магнитных сопротивлений) напряженного и ненапряженного образцов. С изме- рительных обмоток 7-10 выходные ЭДС поступают на двухполупериодные выпрямители 11 и 12, соединенные по дифференциальной мостовой схеме, в диагонали которой через индикатор 13 вы- ходного разностного сигнала преобразователей протекает ток, пропорциональный разности ЭДС измерительных обмоток 7 - 10, а значит, и соотношению магнитных проницаемостей напря- женного и ненапряженного образцов и соответствующий величине, механического напряжения в напряженном образце (или изделии). При установке измерительного 3 и компенсационного «4 преоб разочателей на ненапряженный изотропный образец ток индикатора 13 равен нулю. Шкала индикатора 13 имеет среднюю точку, так как результирующие k сигналы с преобразователей могут быть разных знаков. Погрешности в изготовлении преобразователей и ненапряженных образцов усредняются мостовой схемой 14 установки нуля. Для исключения влияния зазора возбуждающие полюса магнитопроводов могут быть выполнены подвижными и подпружиненными в осевом направлении, а концы всех полюсов - полусферическими для обеспечения постоянства точечного контакта (магнкт- ного сопротивления контакта) на плоских и криволинейных поверхностях.

о i, 14 у л а. изобретения

1. Способ определения остаточных напряжений при двухосном напряженном состоянии ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что градуируют два накладных магнитоупругих преобразова- теля путем установки измерительного преобразователя на одноосно-нагружае- мый градуировочный образец вдоль направления нагружения, а компенсационного - на эталонный образец, и по- строения градуировочной зависимости напряжений в образце от выходного сигнала преобразователей, регистрируют выходные сигналы преобразователей при

установке измерительного преобразователя на изделии и эталонном образце и по их разности судят о напряжении в изделии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем регулирования отношения регистрируемых поперечного и продольного магнитоупругих эффектов, перед градуированием при ориентации измерительного преобразователя на градуировочном образце поперек и вдоль направления нагру- женчя снимают амплитудно-частотные характеристики изменений выходного сигнала преобразователей и устанавливают частоту .напряжения возбуждения преобразователей, при которой абсолютная величина отношения этих изменений равна

l---j, где У- коэффициент Пуассона

материала изделий, а главные напряжения &л и определяют из выражений

);

f М Л-1

Т-}Г(7Л М где др, и 4jU4- разности выходных сигналов преобразователей при установке измерительного преобразователя на изделии вдоль главных напряжений Ј

и

.Ј соответственно

и выходного сигнала преобразователя на эталонном образце; М - коэффициент пропорциональности, равный тан- генсу начального угла наклона градуировочной зависимости.

2, Устройс о для определения остаточных напряжений при двухосном напряженном состоянии ферромагнитных изделий, содержащее последовательно соединенные генератор и усилитель низких частот, первый выход которого соединен с одной из возбуждающих обмоток двух накладных магнитоупругих преобразователей, измерительные обмотки которых соединены с выпрямительными мостами, включенными в диА- ференциальную мостовую измерительную схему, в измерительную диагональ которой включены параллельно индикатор выходного сигнала и схема установки нуля, отличающееся тем, что оно снабжено индикатором тока возбуждения, соединенным с другой из последовательно соединенных возбуждающих обмоток и вторым выходом усилителя, который выполнен в виде регулируемого усилителя напряжения .

Изобретение относится к измерительной технике и позволит путем регулирования отношения регистрируемых поперечных и продольных магнитоупругих эффектов повысить точность измерения остаточных напряжений при двухосном напряженном состоянии ферромагнитных изделий. Возбуждающие обмотки 15, 16 измерительного 3 и компенсационного 4 преобразователей запитывают от генератора 1 через усилитель 2 переменным током номинальной амплитуды. Компенсационный преобразователь 4 устанавливают эталонный образец, а измерительный 3 - на одноосно нагруженный образец. Снимают амплитудно-частотные характеристики изменений разностного сигнала преобразователей от частоты при ориентировании измерительного преобразователя поперек Δ*98M₁(F) и вдоль Δ*98M₁₁(F) направления попеременно нагружающей силы. При этом начальную амплитуду тока, поддерживают неизменной. Устанавливают частоту возбуждения F_в, при которой абсолютная величина отношения Δ*98M₁/Δ*98M₁₁ равна ν 1+*987н/ 1-ν, где ν - коэффициент Пуассона материала изделия. На этой частоте проводят градуировку, строят градуировочную характеристику, из которой определяют коэффициент M, равный тангенсу начального угла наклона этой характеристики. Затем определяют разности Δ*98M₁ и Δ*98M₂ выходных сигналов *98M₁ и *98M₂ преобразователей при установке измерительного преобразователя на изделии в направлении главных напряжений σ₁ и σ₂ с выходным сигналом μ₀ компенсационного преобразователя. Величину главных напряжений определяют по формулам Σ₁=*98M/1+*98H² (Δ*98M₁-*98H1-*98H/1+*98HΔ*98M₂) Σ₂=*98M/1+*98H² (1-*98H/1+*98HΔ*98M₂+*98HΔ*98M₁). выходные сигналы преобразователей, снимаемые с измерительных обмоток 7,8 и 9,10, подают на выпрямители 11,12, которые включены в плечи измерительной схемы. Мост 14 служит для установки нуля измерительной схемы. 2 с., 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

&,пПа

Редактор Н.Бобкова

Составитель В.Родин

Техред М.Дидык Корректор Н.Король

Заказ 1216

Тираж 475

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

,ъ

Фиг. г

6jUgtnKA

Подписное