Способ определения остаточных и действительных напряжений упругопластического изгиба в балочных образцах прямоугольного поперечного сечения Советский патент 1991 года по МПК G01L1/00 

Изобретение относится к способам исследования механических характеристик материалов посредством измерения относительной линейной деформации твердых тел из указанных магериагов

Целью изобретения является повышение точности и определение толщины упругого слоя

На фиг.1 изображены эпюры номинальных, действительных и остаточных напря жений при упругопластическом изгибе на фиг.2 - схема нагружения испытываемою образца; на фиг.З - блок-схема измерения и регистрации; на фиг.4 - диаграмма нагрузка - относительная линейная деформации на фиг.5 - зависимость напряжении от отно сительной линейной деформации растчну

того наружного волокна испытываемого образца в заданном поперечном сечении.

Способ реализуют следующим образом.

Для определения остаточных и действительных напряжений упругопластического изгиба в конструкции(например, в пружине) прямоугольного поперечного сечения при заданной эксплуатационной нагрузке (фиг. 1) изготавливают образец из материала конструкции и одинакового с ней поперечного сечения. В точке заданного (выбранного) сечения указанного образца, наиболее удаленной от нейтральной оси, наклеивают тензорезистор 1 (фиг.2). Образец защемляют одним концом так, чтобы тензорезистор 1 располагался у закрепленного участка образца и находился при нагружении в зоне растяжения (фиг.2). Тензорезистор 1 подключают к усилителю 2, с выходом которого соединены регистратор 3 и сигнализатор 4 (фиг.З). Затем образец нагружают поперечной силой, как показано на фиг.2, до заданной нагрузки, в процессе нагружения измеряют тензорезистором 1 относительную деформацию растянутых наружных волокон образца у закрепленного участка и определяют остаточные и действительные напряжения. Предварительно определяют остаточную деформацию, соответствующую пределу упругости.

Для этого в соответствии с фиг.5 записывают выражение предела упругости

(Јy-ЈggPVcg FM.(1)

откуда

Ј(Е -ку-Оу+о8 П. (2)

Заменяя в выражении (2) предел упругости Оу и соответствующую ему относительную деформацию Ју на их приближенные

значения Оур и Јур, определяемые по результатам предварительных испытаний, получают для определения остаточной деформации, соответствующей пределу упругости, формулу

№Г - -1 ( Е «у - + °Ј°П- (3)

где и -соответствующие пределу упругости остаточная деформация и принятое значение остаточного напряжения соответственно (oЈ°FM принимают одинаковым для всех исследуемых материалов и равным удвоенной допустимой погрешности определения напряжения До);

Е - модуль упругости материала образца.

После этого образец непрерывно нагружают до (0,4-0,7) предела упругости, затем

нагружают ступенями, после каждой ступени образец разгружают, при этом величину ступени нагружения определяют из неравенства2ЛЕ-Е-УУ др 2ДаМ (4)

IHIH

где ДР - ступень нагружения;

Д Е - погрешность измерения относительной деформации (определяют по вели- 0 чине погрешности прибора для измерения деформаций, для наиболее точных приборов ДЈ 0,2 10);

Да- допустимая погрешность определения напряжений (принимают в соответст- 5 вии с погрешностью измерения сил, которая для стандартного испытательного оборудования составляет ± 1 % или ± 2 кг/мм );

1Н - расстояние от точки приложения поперечной силы Р до сечения в момент 0 нагружения ступенями;

W - момент сопротивления поперечного сечения при изгибе.

По достижении остаточной деформации, соответствующей пределу упругости 5 материала образца, которую фиксируют сигнализатором 4. образец снова нагружают непрерывно до эксплуатационной нагрузки, затем его разгружают. Остаточные напряжения в растянутом наружном волок- 0 не заданного поперечного сечения, возникающие после нагружения до эксплуатационной нагрузки, определяют по формуле

K(E+«V)

5

0

Оост (2E+Cy)(Ј-ey) 5 где 0Ьст и - остаточное напряжение в растянутом наружном волокне и на границе упругости и пластической зон поперечного Q сечения соответственно после нагружения до эксплуатационной нагрузки;

Ју - относительная деформация, соответствующая пределу упругости;

Ј- относительная деформация при экс- 5 плуатационной нагрузке.

Для получения формулы (5) сначала определяют толщину упругого слоя заданного поперечного сечения

ho.fv

(6)

где h0 толщина слоя заданного поперечного сечения;

h - высота (толщина образца) этого сечения (фиг.1),

затем линеаризируют, как показано на фиг.1, зависимость, выражающую изменение остаточного напряжения по высоте h- сечения, составляют уравнение моментов относительно нейтральной оси X и выражают остаточное напряжение в растянутом наручном волокне сечения асст через остаточное напряжение о&сР на границе упругой и пластической зон этого сечения.

Остаточное напряжение на границе упругой и пластической зон сечения определяют в соответствии с фиг.1 по формуле

« оКПеВств+в 1(7)

где оКёВств Оу Е (Ју - ) +

действительное напряжение на границе упругой и пластической зон сечения, равное пределу упругости;

ОнЖ Сном -ТГ °ном -/ НОМИНЗЛЬпfное напряжение (напряжение разгрузки) на границе упругой и пластической зон сечения.

В соответствии с фиг.5 номинальное напряжение (напряжение разгрузки, являющееся напряжением упругого изгиба) в растянутом наружном волокне сечения определяют по формуле

Сном - Е (е - Гост),(8)

тогда формула для определения остаточного напряжения на границеупругой и нласти- ческой зон сечения принимает вид

(KocT 1 - ) + СГ

(9)

Действительно напряжения в растянутых наружных волокнах сечения в соответствии с фиг.1 определяют по формуле

Одейств - (7ном Е (f - о ) н (ос7

(Ю).

Измерение в предлагаемом способе относительной деформации, соответствующей пределу упругости, и относительной деформации при эксплуатационной нагрузке одновременно на одном и том же образец вместо нескольких позволяет исключить влияние разброса механических свойств одного и тою же материала на определяемые характеристики и определить толщину упругого слоя в сечении образца (конструкции), что при измерении на том же образце остаточной деформации после на- гружения образца до эксплуатационной нагрузки и при наличии модуля упругости материала образца позволяет определить напряжения упругопластического изгиба в конструкции при эксплуатационной нагрузке. Этим устраняется основной существенный недостаток, заключающийся в том, что в известном техническом решении напряжения упругопластического изгиба в конструкции определяют по величинам изгибающего момента и его производной по относительной деформации, которые при испытании гибкой конструкции определяют с недоспустимо большой погрешностью. Это

сущесгвенг о влияет на точность определе нйя напряжений упругопластического изги ба в конструкции. В предлагаемом способе это влияние полностью исключено, посколь- 5 ку при определении напряжений величину изгибающего момента вообще не используют.

Определяемые в предлагаемом способе остаточная деформация, соответствующая

10 пределу упругости, и величина ступени на гружения обеспечивают определение предела упругости и соответствующей ему относительной деформации, а следовательно, толщины упругого слоя сечения и напря5 жений упругопластического изгиба с точностью, достаточной для решения практических задач.

Ограничение области нагружения ступенями с нижним и верхним пределами, с

0 одной стороны, сокращает количество ступеней нагружения, а с другой исключает по- вторность нагружения в упругоиласти- 1 ;ской области, которая мижеч привести к искажению напряженно-деформирован но

5 го состояния в сечении .

Способ позволяет определить толщину упругого слоя поперечною сечения и обеспечить определение напряжений упругопластического изгиба в указанном сечении

0 при эксплуатационной нагрузке с более вы- точностью, исключающее зши.-у п выборе материала для конструкции. Формула изобретения Способ определения остаточных и дей5 ствительных напряжений упругопластического изгиба в балочных образцах прямоугольного поперечного сечения, за ключзющийся в том, что консольно закрепленный образец нагружают поперечной

0 силой и измеряют деформацию наружных волокон образца у закрепления, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем определения толщины упругого слоя и повыше5 ния точности измерения, предварительно определяют значение остаточной деформации, соответствующее постоянному значению остаточного напряжения при пределе упругости материала образца, затем обра0 зец нагружают до значения деформации, соответствующей 0,4-0.7 предела упругости, далее образец нагружают ступенями с разгрузкой после каждой ступени, измеряя на каждой ступени остаточную деформацию,

5 до появления остаточной деформации, соответствующей пределу упругости, затем образец нагружают до заданной эксплуатационной нагрузки и разгружают, измеряя остаточную деформацию, и по полученным значениям деформации определяют толщину упругого слоя, по величине которого и деляют остаточные и действительные на- величинам измеренных деформаций опре- пряжения.

Изобретение относится к способам исследования механических характеристик материалов посредством измерения относительной линейной деформации твердых тел из указанных материалов Цель изобретения - пооышение точности и определение толщины упругого слоя Способ включает непрерывное нагружение испытываемого образца поперечной сосредоточенной силой до заданной наг рузки, измерение в процессе испытаний относительной личеипо- деформации растянутого наружного зол о на в заданном сечении и определение д ш ствительных и остаточных напряжени, изгиба. После непрерывного нагружениядо нижнего предела образец нагружают с тут нями, после каждой ступени разгружают регистрируют появление нормированной остаточной деформации, которую задают по величине нормированного остаточного напряжения, и по моменту появления норми рованной остаточной деформации Фиксируют соответствующую пределу упруго сти относительную деформацию, при этом нагружение ступенями проводят до o6napv, жения нормированной остаточной дефор мации, после чего образец снопа нагружают непрерывно до заданной нагрузки, разгружают и по полученным в результате измерений взаимосвязям остаточной деформации при заданной нагрузке и относительной деформации, соответствующей пределу упру гости с относительной деформацией при заданной нагрузке, расчетным путем определяют границу упругой и пластической зон в заданном сечении и напряжения изшба 5 ил. И t О 00 ю 00 со OJ

/

Фиг Л

А

Фиг.1

Фиг 4

otfeuc/nj

ост

- &ост

эУпР действI

Л /I

фие.З

Фиг 5