Способ определения характеристических величин полей напряжений вблизи вершин трещин Советский патент 1991 года по МПК G01B11/16 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к исследованию напряженного состояния деталей и конструкций с трещинами оптическими методами, и может быть использовано для определения характеристических величин полей напряжений вблизи вершин трещин в плоских непрозрачных объектах.

Цель изобретения - расширение класса исследуемых объектов и повышение точности за счет устранения механической обработки поверхности исследуемого объекта.

На чертеже представлена оптическая схема для реализации способа.

Схема содержит источник 1 монохроматического излучения, коллиматор 2, линзу 3 с фокусным расстоянием f, исследуемый объект 4 с выравнивающим покрытием 5, экран 6 из матированного стекла и фотоаппарат 7.

Способ осуществляется следующим образом.

На объект 4 с трещинами наносят покрытие 5, одержащее клеевой и зеркальный слои. Порядок нанесения следующий: на фотопластинку со шлифованной стеклянной подложкой со стороны эмульсии в вакууме напыляется тонкий слой алюминия или вольфрама, полученная таким образом зеркальная пластина приклеивается к поверхности объекта. После П9лимеризации клея фотопластинка вместе с эмульсией отрывается, а выравнивающий зеркальныйслой остается на поверхности объекта. Выравнивание обеспечивается за счет того, что клеящее вещество полимеризуется между неровной поверхностью объекта и плоской (шлифованной) стеклянной пластинкой, на которую канесен зеркальный слой. В качестве клея рекомендуется использовать компаунды -на основе эпоксидных смол холодного отвердения типа ЭД-5 или ЭД-20. Рекомендуемый состав компаундов, мае. ч.:

Ј

Os

СО

ю ю о

Эпоксидная смола 100

Отвердитель ПЭПА 10-12

Пластификатор-дибутилфлолат Л -8

Адгезия таких компаундов к металлическому зеркальному слою выше, чем зеркаль- ного слоя к стеклянной пластинке, Поэтому металлический зеркальный слой остается на поверхности исследуемого обьекта после удаления стеклянной пластинки.

Го ищи на клеевого слоя должна быть ми- пимально возможной для того, чтобы обес- печигь идентичность искривления лсркзмьпого слоя и поверхности обьекта в мроцссси нагружения. При использовании указанных компаундов толщина клеевого г,MOM должна Оьпь не менее 50 мкм, если п нрьпие наносится при 15-25°С, и не ме- i . 30 мкм ec in компаунд предварительно | пи ь до 50 Уменьшение толщины , нем о с 1 1 приводит к снижению качест- п,) итгл,каг .кого покрытия из-за появления ,,,, L. jiib.,. .ycroi и местных отслоений. 1 j лб) ом ч толщина покрытия (30-50 мкм) зС начинается калибровочными прокладками между поверхностью образца и стек- / i мой пластинкой

Пучок снега от монохроматического ис- гг -пика 1, например лазера, превращается г кфаллельпнй с помощью коллиматора 2, 1-1 гем в сходящийся с помощью линзы 3, направляется на объект 4 исследования с покрытием 5, под малым углом наблюдается на экране G отраженная от обьекта картина, i r i орач фиксируется фотоаппаратом 7.

111 фотографиях с учетом увеличения измеряют геометрические характеристики ,счгп1,1х пятен с огибающими их линиями по шисннои освещенности и, используя со- ошстствующие математические зависимо- гли, подсчитывают характеристические пеличины полей напряжений вблизи вершин трещин,

В частном случае для эталонного образно с боковой трещиной, растянутого в наI umieiinn, перпендикулярном к оси Ц)счци1ш, харткгеристической величиной в пределах упругих деформаций является ко- {чщиеит интенсивности напряжений KL И«мерял на фотографии поперечный диа- линии ПОЕШШРННОЙ осве1ценности, Ki 1 гно определить по формуле

K,i«n.

fe.

.ie

где Z0 - расстояние от средней плоскости образца до экрана;

t - толщина образца;

Е, V- модуль упругости и коэффициент Пуассона материала;

Я - коэффициент увеличения оптической схемы;

Zf

, rfleZr-f-Zi;

Zi - расстояние от средней плоскости линзы 3 до средней плоскости образца; А

D - поперечный диаметр линии повышенной освещенности.

Таким образом, способ позволяет повысить точность измерения характеристических величин полей напряжений вблизи вершин трещин за счет нанесения плоского выравнивающего покрытия, состоящего из клеевого и зеркального слоев, при этом исключается ошибка в определении характеристических величин, возникающая из-за искривления поверхности образца при полировке; расширить область применения способа за счет распространения его на материалы, не поддающиеся полировке, и на реальные конструкции с эксплуатационными трещинами; уменьшить трудоемкость метода за счет исключения операции полировки.

Формула изобретения

Способ определения характеристических величин полей напряжений вблизи вер- шин трещин в плоских непрозрачных объектах, заключающийся в том, что формируют плоскую зеркальную поверхность в окрестности трещины, освещают поверхность пучком монохроматического излучения, фиксируют распределение интенсивности в отраженном пучке и по параметрам распределения интенсивности рассчитывают характеристические величины полей напряжений, отличающийся тем, что, с целью расширения класса исследуемых объектов и повышения точности, формирование поверхности осуществляют путем нанесения не нее плоского выравнивающего покрытия, содержащего клеевой и зеркальный слои

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения характеристических величин полей напряжений вблизи вершин трещин в плоских непрозрачных объектах оптическими методами. Целью изобретения является расширение класса нгследуемых объектов и повышение точности ja счет устранения механической обработки поверхности исследуемого объекта. Предварительно на объект наносят плоское выравнивающее покрытие, содержащее клеевой и зеркальный слои. После чего освещают объект пучком монохроматического излучения и фиксируют распределение интенсивности в отражен ном пучке, по которому судят о характеристических величинах полей напряжений. 1 ил.