Способ измерения нормальных напряжений в материалах Советский патент 1991 года по МПК G01L1/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения нормальных напряжений.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения нормальных напряжений в цилиндрических элементах из конструкционных сталей.

На фиг.1 показана схема камеры высокого гидростатического давления 1, во внут- ренней полости которой находится калибровочный образец 2 из выбранной стали с термопарой 3, катушки взаимоиндуктивности 4, нагреватель 5, манганиновый манометр 6 и передающая давление жидкость 7; на фиг.2 - зависимость температуры Кюри калибровочного образца 2 от давления; на фиг.З - схема расположения образца 8 цилиндрической формы из выбранной стали внутри силового полого цилиндрического элемента 9, выполненного

из материала с памятью формы (элементы 8 и 9 помещены внутри каркаса 10, на который намотаны две катушки взаимоиндуктивности 11); на фиг.4 - электрическая блок-схема для определения температуры Кюри калибровочного образца 2, содержащегося в камере высокого давления 1, или образца 8 цилиндрической формы из выбранной стали, находящегося внутри показанной на фиг.З сборки.

Блок-схема на фиг,4 содержит катушки взаимоиндуктивности 4 (или 11), в которых роль сердечника выполняет образец из выбранной стали. Катушки вместе с сердечником объединены позицией 13. Их нагрев осуществлялся нагревателем 5, находящимся в камере высокого давления, или,нагревателем 14 для нагрева сборки (см. фиг.З), Питание первичной1 катушки осуществляется генератором переменного тока ГЗ- 109-12. Сигна-л с вторичной катушки

VI

О

о

СА) О VJ

взаимоиндуктивности усиливается, детектируется усилителем переменного тока У2- 815 и подается на ось Y двухкоординатного самописца ПДП-416.

Способ реализуется следующим образом.

Предварительно выполняют калибровочный образец 2 из выбранной стали в виде цилиндра с отверстием для термопары 3 и располагают его внутри катушек взаимоиндуктивности 4, которые помещают во внутреннюю полость гидростатической камеры высокого давления 1. При помощи внешнего источника создают необходимые уровни давления жидкости 7 в камере. Давление измеряют манганиновым манометром 6. При каждом уровне давления производят нагрев калибровочного образца

2нагревателем 5 и, используя блок-схему (см, фиг.4), проводят регистрацию температурных зависимостей начальной магнитной проницаемости /л (Т). По смещению аномальной части кривой ft (Т) вдоль температурной шкалы в зависимости от давления определяют барическую зависимость смещения точки Кюри калибровочного образца (см. фиг.2).

Далее выполняют образец 8 цилиндрической формы с отверстием для термопары

3из выбранной стали помещают внутри полости цилиндрического элемента 9, выполненного из материала с памятью формы. Всю сборку, содержащую образец 8 (см, фиг.З), помещают внутри нагревателя 14, нагревают образец 8 и силовой элемент 9 до температуры, превышающей температуру конца обратного фазового перехода материала силового элемента. При этом силовой элемент, стремясь уменьшить свой диаметр, создает в образце 8 нормальные напряжения, которые без учета краевых эффектов являются однородными и всесторонними, В процессе дальнейшего нагрева сжатого образца 8 при помощи схемы на фиг.4 измеряют температурную зависимость магнитной проницаемости образца 8 и фиксируют температуру Кюри образца. По полученному значению температуры Кюри с учетом установленной зависимости точки Кюри от всестороннего давления определяют нормальные напряжения в образце 8.

П р и м е р. В камере высокого гидростатического давления 1 при фиксированных значениях давлений измеряют температурные зависимости магнитной проницаемости /г (Т) калибровочного образца 2, в качестве которого выбрана аустенитная сталь следующего состава, мас,%: Fe-NI 30,3, Со 18,6, TI 6,6, имеющая при атмосферном давлении точку Кюри 412,5 К. Передающей давление средой служит полиэтилси- локсановая жидкость ПЭС-5. На основании полученного семейства -кривых /г (Т) строят

графическую зависимость смещения точки Кюри калибровочного образца от давления АТ(р)(см. фиг.2).

Далее из выбранной аустенитной стали выполняют образец 8 цилиндрической формы диаметром 10,0 мм и длиной 17 мм. В торце образца высверливают отверстие глубиной 2,5 мм для горячего спая калиброванной термопары медь-константан. Образец 8 помещают внутри силовых элементов с различной толщиной стенки, выполненных из материала с эффектом памяти формы. Силовой элемент представляет собой полый цилиндр с внутренним диаметром до раздачи 9,80 мм и после раздачи

более 10 мм и длиной 20 мм и выполняется из стали с эффектом памяти формы, имеющей следующий состав, мас.%: Fe-NI 28,3, Со 18,4, Ti 5,0 и температуру окончания обратного мартенситного превращения, равную355К.

Нагрев образца из выбранной стали вместе с силовыми элементами, во внутренние полости которых он поочередно помещается, производят нагревателем 14. В

процессе нагрева через интервал обратного мартенситного превращения материала силового элемента последний, стремясь уменьшить свой диаметр, производит давление на образец, генерируя в нем нормальные напряжения, равные приложенному давлению. После превышения температуры конца обратного мартенситного перехода фиксируют величину указанного давления по смещению точки Кюри на кривой температурной зависимости магнитной проницаемости образца. Определив смещение точки Кюри по графику на фиг.2, находят соответствующее значение давления.

Способ позволяет измерять уровень

нормальных напряжений, возникающих в цилиндрических элементах из конструкционных сталей под действием силовых элементов с памятью формы после перевода последних в рабочее состояние, что делает

возможным судить об уровне напряженного состояния конструкций.

Формула изобретения Способ измерения нормальных напря- жений в материалах, заключающийся в гом, что прикладывают давление к образцу из выбранного материала, нагревают его, измеряют температуру фазового перехода, о т- личающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа за счет обеспечения измерений в цилиндрических образцах иЗ конструкционных сталей, предварительно выполняют калибровочный образец из выбранной конструкционной стали, подвергают его всестороннему гидростатическому давлению и после нагрева определяют зависимость точки Кюри от давления, затем выполняют образец цилиндрической формы из того же материала, размещают его внутри полого цилиндрического силового элемента, выполненного из

0

материала с памятью формы, нагревают образец и силовой элемент до температуры, превышающей температуру конца обратного фазового перехода материала силового элемента соответствующего уменьшению его размеров, одновременно измеряют магнитную проницаемость образца цилиндрической формы, фиксируют температуру точки Кюри образца и по ней с учетом полученной зависимости точки Кюри от всестороннего давления определяют нормальные напряжения в образце.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения нормальных напряжений. Сплавы, обладающие повышенной чувствительностью к давлению, например, сплав на основе Fe - Ni, используются в качестве чувствительных элементов для измерения сжимающих напряжений, с которыми силовой элемент Э с тремомеханической памятью формы дей.тву- ет на деталь 8 после перевода его в рабочее состояние. О напряжении судят по смещению точки Кюри детали 8, для определения которой служат термопара 3 и катушка индуктивности 11.4 ил.

/1

Ргяа

Фиг2

П

i

73

I2L.J

фигЛ

N

Фиг.3

ГЙ

if

15