Способ определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела Советский патент 1979 года по МПК G01B5/30 

Изобретение относится к механическим способам определения напряжений и может быть использовано для определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тел (деталей машин, конструкций, их заготовок, образцов, материалов, соединений и т. д.) практически любой формы. Известен механический способ определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела, заключающийся в том, что на поверхности тела выбирают контрольные базы, освобождают участок поверхности, на котором выбраны базы, от напряжений путем отделения этого участка круговой прорезью и измеряют деформации, соответствующие непосредственно определяемым напряжениям с изменением только знака 1. Наиболее близким к изобретению является способ определеиия остаточных напряжений, заклЕОчающийся в том, что выбирают и измеряют контрольные базы на поверхности тела, выполняют сквозное круглое отверстие или эквивалентное ему цилиндрическое углубление и производят повторные измерения, в том числе для определения деформаций контрольных баз, вызванных местным перераспределением напряжений при выполнении такого отверстия 2. Недостатком этих способов является их невысокая точность. Она вызвана не только усред11С1 ис.м О11рсде;1яемых напряжений по диаметру отверстия, уменьшение которого связано с уменьшением чувствительности, но п (в основном) возникновением при измерении остаточных напряжений, превы1лаюн1,их 0,3-0,5 предела текучести, пластических зон на контрольных базах или вблизи от них. Целью изобретения является повышение точности опреде-лення остаточных напряжений в noBcpxHOCTiibix слоях тела без увеличения его повреждаемости и трудоемкости определения. Для достиження поставленной цели углубление выполняют в форме прямолинейного надреза, ширина которого не превышает его глубину, а измерение деформацт1и производят у кромок надреза в перпендикулярно. к нему направлении. На фиг. 1 и 2 представлена схема расположения надреза и контрольных баз (датчнков деформацпй пли напряже}1ий). Способ осу1цествляют следуюии1м образом. /Для определения остаточных напряжений а на площадке 1 плоскости YZ выбпрают на поверхности тела контрольную базу, на которой будут измеряться напряжения или деформации, вызванные местным перераспределением напряжений при выполнении надреза. Продольную ось контрольной базы ориентируют вдоль оси X. Для уменьшения искажающего влияния разогрева и деформаций резания, возникающих при выполнении надреза механическим путем, передний край контрольной базы располагают на некотором расстоянии от площадки 1. Для измерения деформаций контрольной базы, закрепляют па ней измеритель 2, например тензодатчик. При его помощи производят начальное измерение по. Вдоль оси У выполняют прямолинейный надрез 3 так, чтобы его кромка совпала с площадкой 1. После доведения надреза до заданной глубины и выравнивания температуры при помощи .тензодатчика выполняют повторное измерение HJ. Измеряют также глубину и ширину надреза, базу датчика и расстояние от пего до кромки падреза. Остаточные напряжения на площадке 1, которая в общем случае не является главной, подсчитывают по формуле о 6, , °--р(«« где Е - модуль продольной упругости; Sa -цена деления измерителя 2 деформации в относительных удлинениях е, V - коэффициент чувствительности, зависящий от характера распределения определяемых напряжений сг ° от формы и размеров падреза, размеров и положения относительно надреза контрольной базы. Коэффициент V определяют теоретически с использованием соответствующих рещений теорий упругости и пластичности, а также путем экспериментального исследования распределения напряжений в окрестности надреза подобного профиля на моделях или на тарировочных пластинах с конкретными надрезами и измерителями деформаций (напряжений), аналогичными тем, которые осуществляют при определении остаточных напряжений описываемым способом. Последним путем, например, получены зависимости для подсчета коэффициентов V для случая однородного распределения остаточных напряжений о с размещением вблизи надреза прямоугольного профиля проволочных датчиков сопротивления. Для того, чтобы пользоваться такими значениями V при определении остаточных напряжений, неоднородных вдоль оси X, кроме тензодатчика 2 на противоположной стороне надреза закрепляют тензодатчик 4. Деформации измеряют тепзодатчиками 2 и 4 и подсчитывают напряжения, усредненные по площадкам 1 и 5. После окончания измерений неглубокий падрез может быть легко выравнен или заварен. Определяемые напряжения поперек надреза усредняются по щирине надреза, которая при тензодатчиках с базой 10 мм примерно в 10 раз меньще диаметра цилиндрического углубления. За счет удаления пластических зон от контрольных баз описываемым способом могут определяться остаточные напряжения величиной вплоть до предела текучести. Описываемым способом можно определять не только остаточные напряжения, но и другие собственные напряжения: напряжения от собственного веса, от предварительного натяга и напряжения в горных выработках. Формула изобретения Способ определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела, заключающийся в том, что выбирают и измеряют контрольные базы на поверхности тела, выполняют углубление и повторяют измерения, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности определения, углубление выполняют в форме прямолинейного надреза, щирина которого не превыщает его глубину, а измерение деформации производят у кромок надреза в перпендикулярном к нему направлении. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Гликман Л. А., Писаревский М. М. Измерение остаточных напряжений в поверхностном слое крупных изделий с помощью проволочных тензометров. - «Заводская лаборатория, 1951, № 1, с. 75. 2.Михайлов О. П., Заблудовский В. М., Кирсанова М. А. Определение остаточных напряжений в крупных паковках методом сверления отверстий. Сб. «Термическая обработка и свойства крупных паковок, под ред. П. В. Склюева, «Мащгиз, 1959, с. 23,