Способ определения деформаций объекта из немагнитного материала Советский патент 1992 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, в частности к способам определения деформаций в объектах из немагнитных материалов.

Известен способ измерения механических напряжений (деформаций), заключающийся в воздействии на контролируемый объект поляризованными электромагнитными волнами, распространяющимися в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и регистрации разности значений их параметров после взаимодействия с материалом объекта. Различие параметров этих волн, например их интенсивности, вызывается анизотропией электромагнитных свойств материала, наводимой при деформации объекта.

Недостатком этого способа является низкая чувствительность его при измерении деформаций в немагнитных материалах. Это связано с незначительным изменением под действием деформаций электропроводности материала, которая в этом случае, в основном, и определяет изменение параметров электромагнитных волн.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ измерения деформаций, заключающийся в том, что на поверхности контролируемого объекта из немагнитного материала закрепляют ферромагнитное покрытие с магнитоанизотроп- ными свойствами и регистрируют изменение параметров магнитной анизотропии покрытия при деформации объекта.

VJ

О

J 1

Недостатком известного способа является то, что на основе измерения магнитной анизотропии можно определять разность главных напряжений или главных деформаций, но невозможно определить абсолютную величину деформаций в любом заданном направлении. В то же время информация об абсолютной величине и знаке деформации в различных направлениях необходима для более полной оценки реального напряженно-деформированного состояния объекта.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа определения деформаций объекта из немагнитного материала путем определения абсолютной величины и знака, деформации объекта под нагрузкой.

Сущность изобретения заключается в том, что на поверхность объекта наносят ферромагнитное покрытие в виде удлиненной полоски из магнитотвердого материала, которую закрепляют на поверхности объекта по направлению измеряемой деформации, после закрепления полоски ее намагничивают и измеряют величину напряженности магнитного поля от остаточной намагниченности полоски до нагружения объекта, под нагрузкой и после разгружения. Абсолютную величину деформации объекта определяют по разности напряженностей магнитного поля от-остаточной намагниченности полоски до нагружения объекта и под нагрузкой, а о знаке деформации при нагружении объекта судят по разности измеренных напряженно- стей под нагрузкой и после снятия нагрузки.

Используют покрытие в виде удлиненной полоски, которую перед закреплением на поверхности контролируемого объекта ориентируют так, чтобы ее длинная сторона была параллельна направлению, вдоль которого необходимо измерять деформацию. Покрытие в виде удлиненной полоски используют с целью обеспечить такие условия измерений, чтобы остаточная намагниченность полоски, а следовательно, и величина напряженности создаваемого ею магнитного поля изменялись только под действием деформации, направление которой совпадает с направлением длинной стороны полоски. Поперечные деформации в этом случае не оказывают влияния на изменение магнитного состояния полоски, следовательно, и на результаты измерений. После закрепления полоску намагничивают и измеряют величину напряженности магнитного поля от остаточной намагниченности полоски до нагружения объекта, под нагрузкой и после разгружения, и по полученным

значениям определяют абсолютную величину деформации и ее знак.

На чертеже представлены зависимости величины напряженности магнитного поля

Н, обусловленного остаточной намагниченностью покрытия в виде удлиненной полоски, закрепленной на поверхности образца из немагнитного материала, в зависимости от величины деформации е при растяжении

0 (а) и сжатии (б).

Способ осуществляется следующим образом.

Ферромагнитное покрытие в виде удлиненных полосок изготавливали из проволоки

5 или фольги из железоникелькобальтового сплава 29 НК. Проволоку диаметром 0,5 мм прессовали до толщины 0,1 - 0,15 мм, а фольгу толщиной 0,2 мм прокатывали до толщины 0,1 - 0,15 мм. Из полученных заго0 товок изготавливали полоски длиной 20 мм, толщиной 0,1 - 0,15 мм и шириной от 4 до 2 мм, т.е. отношение длины полоски к ее ширине изменялось в пределах 5-10. Полоски наклеивали клеем Циакрин на поверх5 ность образцов из немагнитных материалов, изготовленных в виде консольных балок равного сопротивления.

Нагружение образцов осуществляли на установке для испытания на консольный из0 гиб путем приложения нагрузки к свободному концу образца. Схема нагружения позволяла создавать на поверхности образца, на который была закреплена полоска, как деформации растяжения, так и сжатия.

5 Перед наклеиванием полоску ориентировали так, чтобы ее длинная сторона была направлена вдоль оси образца, т.е. вдоль направления измеряемых деформаций. Величину деформации е в месте закрепления

0 полоски рассчитывали по величине внешней нагрузки Р, прикладываемой к образцу, по формуле

с 6IP

boh2E 5 где I -длина рабочей части образца (250 мм);

в0 - максимальная ширина образца (50 мм);

h - толщина (10 мм);

Е - модуль упругости материала образ0

ца.

Намагничивание полоски осуществляли приставным электромагнитом со стержневым сердечником и размещенной на нем обмоткой. Сердечник электромагнита устанавливался в средней части полоски. После намагничивания электромагнит удалялся и над средней частью полоски размещался феррозондовый датчик, подключенный к измерительной схеме, для регистрации напряженности магнитного поля от остаточной намагниченности полоски.

Измерение проводили следующим образом.

Образец с закрепленной на его поверхности ферромагнитной полоской помещали в установку для нагружения изгибом. Полоску намагничивали, а затем над ее средней частью устанавливали феррозонд и измеря- ли величину напряженности магнитного поля Но до нагружения образца. После этого образец нагружали до определенной деформации и измеряли величину напряженности магнитного поля Нн под нагрузкой. Затем нагрузки снимали и измеряли величину напряженности магнитного поля Нр после нагружения образца. Подобные измерения проводились для различных значений деформации для случаев, когда на поверхности образца с закрепленной полоской создавались деформации на растяжения и сжатия.

Особенности изменения величины напряженности магнитного поля от остаточной намагниченности полоски при нагружении и разгружении рассмотрим на примере образца из немагнитного материала Д16 с нанесенной на него полоской из материала 29НК.

По мере увеличения деформации как при растяжении, гак и при сжатии происходит уменьшение величины напряженности магнитного поля, причем наблюдается однозначная корреляция между разностью значений напряженностей магнитного по- ля, измеренных до нагружения и под нагрузкой, и величиной деформации образца в месте закрепления полоски. Таким образом, по разности значений напряженностей магнитного поля, измеренных до нагружения и под нагрузкой, можно определить абсолютную величину деформации Ј . Корреляционная зависимость между этими величинами устанавливается при градуировке для конкретного материала покрытия.

Знак деформации, возникающей в месте закрепления полоски при нагружении образца, может быть определен исходя из следующих особенностей изменения напряженности магнитного поля от остаточ- ной намагниченности полоски, которые наблюдаются при разгружении образца. Изменение состояния остаточной намагниченности полоски и, следовательно, величины напряженности магнитного поля в значительной степени определяется необратимыми процессами. Это приводит к тому, что при разгружении образца величина напряженности магнитного поля изменяется вдоль линии, которая существенно отличается от той линии, по которой происходило изменение величины напряженности магнитного поля при нагружении. Линии, по которым происходит изменение напряженности магнитного поля при разгружении, показаны на чертеже пунктиром. Важная особенность заключается в том, что наклоны этих линий для деформаций растяжения и сжатия различны. Если на,поверхности образца при нагружении имели место деформации растяжения, то после разгруже- ния величина напряженности магнитного поля Нр всегда меньше величины напряженности магнитного поля Нн, измеренной под нагрузкой, т.е. НН-НР 0. И наоборот, если на поверхности образца действовали деформации сжатия, то величина напряженности магнитного поля Нр после разгружения всегда больше величины напряженности магнитного поля Нн под нагрузкой, т.е. Нн-Нр 0.

Таким образом, измеряя наряду с величиной напряженности магнитного поля под нагрузкой величину напряженности магнитного поля после разгружения образца и определяя знак разности полученных значений, можно определить и знак деформации, которая была достигнута при нагружении в том направлении, вдоль которого была ориентирована ферромагнитная полоска.. Использование предлагаемого технического решения позволяет расширить технологические возможности способа определения деформаций посравнениюс прототипом за счет определения абсолютной величины и знака деформации объекта под нагрузкой в любом заданном направлении на поверхности объекта из немагнитного материала.

Формула изобретения

Способ определения деформаций объекта из немагнитного материала, заключающийся в том, что на поверхность объекта наносят ферромагнитное покрытие, измеряют параметры магнитного поля в зоне покрытия до нагружения объекта и под нагрузкой и по результатам измерений этих параметров определяют деформации, о т- личающий.ся тем, что, с целью расширения технологических возможностей способа путем определения также и абсолютной величины и знака деформации объекта под нагрузкой, в качестве наносимого ферромагнитного покрытия используют удлиненную полоску магнитотвердого материала, которую закрепляют .на поверхности объекта по направлению измеряемой деформации, после закрепления полоски ее намагничивают, а в качестве измеряемого

параметра магнитного поля используют напряженность магнитного поля от остаточной намагниченности полоски, измеряют эту напряженность также после снятия нагрузки с объекта и по разности измеренных напряженностей под нагрузкой и после снятия нагрузки определяют знак деформации при нагружении объекта.

Изобретение относится к способам измерения деформаций в объектах из немагнитных материалов с использованием закрепленного на поверхности объекта фер ромагнитного покрытия. Цель изобретения расширение технологических возможностей способа за счет определения абсолютной величины и знака деформации объекта под нагрузкой. Ферромагнитное покрытие в виде удлиненной полоски из магнитотвер- дого материала закрепляют на поверхности объекта по направлению измеряемой деформации. После закрепления полоски ее намагничивают и измеряют величину напряженности магнитного поля от остаточной намагниченности полоски до нагружеиия объекта, под нагрузкой и после разгружения. Об абсолютной величине деформации судят по разности значений на- пряженностей магнитного поля до нагружения и под нагрузкой, а о знаке деформации - по разности измеренных напря- женностей под нагрузкой и после снятия нагрузки. 1 ил. со С

О

И отн. ед.

7

0

&

&j.

40

-v.

30

6 /и

10

Ч.

-- О|Л