Способ определения интенсивности напряжения в изделиях из ферромагнитных материалов Советский патент 1992 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к определению механических напряжений, преимущественно интенсивности напряжения, в изделиях из ферромагнитных материалов путем измерения изменения магнитных свойств последних, может быть использовано в машиностроении, судостроении и других отраслях промышленности для неразрушающего контроля механических напряжений и является усовершенствованием известного способа определения интенсивности напряжения в изделиях из ферромагнитных материалов по авт. св. № 1670437.

В описании к основному изобретению по авт. свид. Ms 1670437 описан способ определения интенсивности напряжения в изделиях из ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что устанавливают магнитоупругий преобразователь трансформаторного типа на эталонный образец, изготовленный из того же материала, что и контролируемое изделие, ступенчато нагружают образец в продольном направлении, одновременно намагничивают материал образца в зоне действия преобразователя в

направлениях, составляющих угол 45° между собой, фиксируют его выходной сигнал, пропорциональный изменению намагниченности в направлениях, перпендикулярных направлениям намагничивания после каждой ступени нагружения, определяют градуировочный коэффициент, устанавливают преобразователь на контролируемое изделие, ориентируют, одновременно намагничивают материал изделия в зоне действия преобразователя в направлениях, составляющих угол 45° между собой, фиксируют его выходной сигнал, пропорциональный изменению намагниченности в направлениях, перпендикулярных направлениям намагничивания и определяют интенсивность напряжений по известному соотношению.

Недостатком известного способа является низкая точность определения напряжений на поверхности при изгибе контролируемого изделия, так как напряжения по толщине в этом случае распределены по линейному закону - максимальны на поверхности и равны нулю в нейтральном слое-, а градуировку производят при односл

с

XI

Os СА) О

О

о

ю

осном нагружении, когда нормальные напряжения не зависят от толщины материала.

Целью изобретения является повышение эффективности за счет возможности определения напряжений на поверхности изделий, подвергнутых изгибу, за счет учета глубины усреднения интенсивности напряжения при изгибе эталонного образца.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения интенсивности напряжения, в изделиях из ферромагнитных материалов по авт. св. № 1670437 предусмотрено, что определяют глубину усреднения напряжений при изгибе эталонного образца, а напряжения на поверхности изделия определяют по формуле

От

где О1п - интенсивность напряжения на поверхности изделия;

О1 - интенсивность напряжения, усредненная на глубину Я;

Я - глубина усреднения напряжений при изгибе;

t - толщина материала.

Сущность предложенного способа определения интенсивности напряжения в изделиях из ферромагнитных материалов поясняется на чертеже и заключается в следующем.

Восьмиполюсный магнитоупругий преобразователь по авт. свид, № 1670437 устанавливают полюсами на эталонный образец, из того же материала, что и контролируемое изделие, с известным зазором, ориентируют преобразователь таким образом, чтобы полюса одного намагничивающего электромагнита располагались вдоль продольной оси образца, нагружают образец ступенчато в продольном направлении и одновременно намагничивают материал образца в зоне действия преобразователя в направлениях, составляющих угол 45° между собой двумя переменными магнитными полями с частотой fi для продольного направления и частотой f2 для направления, составляющего угол 45° к первому, фиксируют значения выходного сигнала после каждой ступени нагружения в направлениях, перпендикулярных направлениям намагничивания при помощи измерительных обмоток и определяют градуировочный коэффициент по формуле

Т

2Ап2ср S AF

где Ari2cp - среднее значение приращения выходного сигнала;

S - площадь поперечного сечения образца;5A F - ступень нагружения.

После этого изгибают образец и определяют интенсивность напряжения по формуле

10

. Уп т+4п|г ° - (1+оЬр)Т

где П1т, П2т - значения выходного сигнала преобразователя с измерительных обмоток;

Т - градуировочный коэффициент;

дср - среднестатистическое отклонение при определении интенсивности напряжения с использованием критерия наибольших касательных напряжений,

после чего рассчитывают нормальное напряжение, которое в этом случае равно интенсивности напряжения,-на поверхности образца при его изгибе по формуле

25

п - М

а пт W

где М - изгибающий момент;

W - момент сопротивления сечения об- разца.

После этого определяют глубину усреднения напряжений при изгибе эталонного образца по формуле

35

Л «1-сЈг)

где Я- глубина усреднения напряжения; t - толщина образца;

сг,т - интенсивность напряжения, усредненная на глубину Я;

Oinr - интенсивность напряжения на поверхности образца.

Затем устанавливают преобразователь

полюсами на поверхность контролируемого изделия с известным зазором, полюса одного из намагничивающих электромагнитов ориентируют вдоль произвольно выбранной на изделии оси (например, вдоль прокатки для листовых конструкций, или вдоль сварного шва для сварных изделий), одновременно намагничивают материал изделия в зоне действия преобразователя в направлениях, составляющих угол 45° между собой двумя переменными магнитными полями с частотой fi для направления перпендикулярного этой оси и частотой f2 для направления, составляющего угол 45° с осью, фиксируют значения выходного сигнала в направлениях, перпендикулярных направлениям намагничивания посредством измерительных обмоток, определяют величину интенсивности напряжения по формуле

УП 3 + 4nj 01 (1 + оСр)Т

где ni, П2 - значения выходного сигнала преобразователя с измерительных обмоток;

Т- градуировочный коэффициент;

Оср - среднестатистическое отклонение при определении интенсивности напря- жения с использованием критерия наибольших касательных напряжений, и определяют интенсивность напряжения на поверхности изделия

где oin интенсивность напряжения на поверхности изделия;

Oi - интенсивность напряжения, усредненная на глубине А;

А- глубина усреднения напряжения;

t - толщина материала.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Магнитоупругий преобразователь по авт. свид, № 1670437 устанавливают полюсами на эталонный образец, выполненный, например, в виде полосы площадью поперечного сечения S 1,224- 103 мм / толщина t 15 мм, ширина h 81,6 мм/с зазором 1,5 мм. материал образца сталь 10ХСНД. Ориентируют преобразователь таким образом, чтобы один из намагничивающих маг- нитопроводов располагался вдоль продольной оси образца (оси Y), нагружают его ступенчато в продольном направлении нагрузками A F 50 кН и одновременно намагничивают материал образца в зоне действия преобразователя в направлениях, составляющих угол 45° между собой двумя переменными магнитными полями с частотой h 900 Гц для продольного направления и частотой fa 800 Гц для направления, составляющего угол 45° к первому. Фиксируют изменения выходного сигнала после каждой ступени нагружения в направлениях, перпендикулярных направлениям намагничивания. При этом Дгп 0 - приращение выходного сигнала с измерительной обмотки, перпендикулярной продольной оси образца, а Ап2ср 14,9 мкА - среднее приращение значения выходного сигнала с измерительной обмотки, составляющей угол 45° с первой измерительной обмоткой. После чего определяют градуировочный коэффициент по формуле

. 2 14.9 1.224 5 ю

- °.

Затем изгибают образец моментом М 355 Ими определяют интенсивность напря- 10 жения, усредненного на глубине

. ,,342+4 -38.412 0, ,.п (1+дср)Т(1+0,113)-0,73 97 2МПа

где Шт, П2т - значения выходного сигнала с измерительных обмоток преобразователя;

дср 0,113 - среднестатистическое отклонение при определении интенсивности напряжения с использованием критерия наибольших касательных напряжений. После этого рассчитывают нормальное напряжение, которое в этом случае равно интенсивности напряжения, на поверхности образца при его изгибе по формуле

01пт - Оутах - Т77 -

355

3060 10

116МПа,

где М - изгибающий момент;

30

W

ht

- момент сопротивления сече

ния образца.

Затем определяют глубину усреднения интенсивности напряжения по формуле

А 1(1-) )2,43™,,

01 пт

После этого устанавливают преобразователь на поверхность контролируемого изделия с зазором 1,5 мм из стали 10ХСНД. Изделие выполнено в виде рамы, подвергнутой изгибу, стойки и ригель которой имеют прямоугольное поперечное сечение

размерами 150 х 15 мм. Ориентируют преобразователь таким образом, чтобы один из намагничивающих магнитопроводов располагался вдоль длинной стороны ригеля и одновременно намагничивают материал изделия в зоне действия преобразователя в направлениях, составляющих угол 45° между собой двумя переменными магнитными полями с частотой fi 900 Гц для продольного направления и частотой fa 800 Гц для

направления, составляющего угол 45° к продольному, фиксируют значения выходного сигнала в направлениях, перпендикулярных направлениям намагничивания щ 28,51 мкА и па 41,24 мкА. По результатам измерений определяют интенсивность напряжения, усредненную на глубине Я (по прототипу)

„ ,пЗт+4п т V28.512 +4

° (1 +{Jbp)T

(и-о.1Тзяте 107 4МПа

и после этого определяют интенсивность напряжения на поверхности изделия формуле

по

глубины усреднения интенсивности напряжения при изгибе эталонного образца, перед установкой преобразователя на контролируемое изделие изгибают образец заданным моментом, определяют интенсивность напряжения с учетом усреднения по глубине, а напряжение на поверхности изделия определяют по формуле

Сущность изобретения: перед установкой магнитоупругого преобразователя на контролируемое изделие образец изгибают заданным моментом и определяют интенсивность напряжения с учетом усреднения его по глубине. Напряжение на поверхности изделия определяют по математической зависимости. 1 ил.

Oin

7ГЙз 128 2МПа

1 IF

Формула изобретения Способ определения интенсивности напряжения в изделиях из ферромагнитных материалов, по авт. св. № 1670437, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности за счет возможности определения напряжений на поверхности изделий, подвергнутых изгибу, за счет учета

-к

10

Ojn

где Oin - интенсивность напряжения на поверхности изделия;

oj - интенсивность напряжения, усредненная на глубине Я;

Я- глубина усреднения интенсивности напряжения;

t - толщина материала.

б/ /рби

м