Устройство для определения остаточных напряжений при плоском напряженном состоянии Советский патент 1982 года по МПК G01L1/12 G01B7/24 

Изобретение относится к измерению механических напряжений и может быть использовано для контроля остаточных напряжений в ответственных деталях машин, для которых предусматривается изготовление из материала детали дополнительных эталонных образцов, подвергаемых испытаниям на одноосное растяжение.

Известно устройство для определения остаточных напряжений при плос ком напряженном .состоянии, содержащее четыре электромагнитных датчика, расположенных диаметрально в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях и устанавливаемых на поверхности детали, и регистрирующую аппаратуру ГИОднако это устройство применимо только в тех случаях, когда допускаетсЛ метод разрушающего контроля, а точность, обеспечиваемая этим устройством, невысока, так как в процессе сверления отверстий искажается напряженное состояние всей детали.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для определения остаточных напряжений при плоском напряженном состоянии в металлических деталях, содержащее

искатель с двумя электромагнитными датчиками, ориентированными во взаимно-перпендикулярных направлениях, и нуль-индикатор, соединенный с выходами датчиков 121.

Однако и это устройство не,обеспечивает высокой точности измерения остаточных напряжений вследствие того, что при плоском напряженном сос10тоянии зависимость между деформациями и напряжениями нелинейна, а выходные сигналы датчиков нелинейно связаны с измеряемой деформацией.

Целью изобретения является повы15шение точности измерений.

Цель достигается тем,что устройство снабжено двумя идентичными каналами преобразования сигналов, каждый из которых содержит компенсационный

20 электромагнитный датчик, устанавливаемый на эталонном образце из материала контролируемой детали, механизм одноосного нагружения эталонного рбразца, датчик линейных деформа25ций образца, усилитель, соединенный с выходсяч датчика линейных деформаций, делитель напряжения, соединенный с выходом усилит.елл, схему сложения, один вход которой соединен с

30 выходом усилителя, а другой вход с выходом делителя другого канала, и регистратор, и дополнительным нульт индикатором, а выходы основного и компенсационного датчиков каждого из каналов подключены к одному из нуль-индикаторов.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит искатель 1 с двумя рабочими электромагнитными датчиками 2 и 3, образованными соответственно измерительными обмотками 4 и 5 и возбуждающими обмотками 6 и 7, расположенными так, что ось одного датчика перпендикулярна оси другого датчика, два идентичных канала преобразования сигналов, включающие соответственно два компенсационных электромагнитных датчика 8 и 9 с измерительными обмотками 10 и 11 и возбуждающими обмо гками , 1 2 и 13, устанавливаемые на эталонных образцах 14 и 15 из материала контролируемой детали, два механизма 16 и 17 одноосного нагружения эталонного образца, например, винтового типа, два датчика 18 и 19 линейных деформаций, например, тензометрического типа, два усилителя 20 и 21, соединенных с выходами датчиков 18 и 19, два делителя 22 и 23 напряжения, соединенных каждый с выходом одного из усилителей 20 и 21, два нуль-индикатора 24 и 25, включенные каждый между измерительными обмотками одного электромагнитного датчика искателя и одного компенсационного электромагнитного датчика, две схемы 26 и 27 сложения сигналов, соединенные своими входами соответственно с выходом усилителя одного канала и выходом делителя другого канала, два регистратора 28 и 29, соединенные с выходами схем 26 и 27 сложения сигналов, и генератор 30 питания датчиков 2,3,8 и 9, соединенный с возбуждающими обмотками 6,7,12 и 13.

Устройство работает следующим образом.

Искатель 1 с датчиками 2 и 3 устанавливают на поверхности контролируемой металлической детали, а датчики 8,9,18 и 19 соответственно на эталонных образцах 14 и 15, имеющих ту же структуру металла, что и контролируемая деталь, но не имеющих остаточных напряжений.

На возбуждающие обмотки 6,7,12 и 13 Датчиков 2,3,8 и 9 подают напряжение переменного тока от генератора 301 При этом в измерительных обмотка 4,5,10 и 11 всех электромагнитных датчиков возникают сигналы, величина которых зависит от химического состава, структуры и величины остаточных напряжений в образцах 14 и 15 и детали. Поскольку обмотки рабочих и компенсационных датчиков включены встречно, нуль-индикатор каждой цепи

о тклоняется на величину, соответствущую разнице сигналов рабочего и компенсационного датчиков и обусловлен,ную разницей только остаточных напряжений в образцах и детали, так как химический состав и структура образцов и детали одинаковые.

С помощью механизмов 16 и 17 одноосного нагружения осуществляют последовательно деформацию образцов 14 и 15 до установки нуль-индикаторов 24 и 25 в нулевое положение.При этом датчики 18 и 19 линейной деформации эталонных образцов создают сигналы, пропорциональные возникшим в эталонных образцах 14 и 15 деформациям их кристаллической решетки.Эти деформации соответствуют деформациям кристаллической решетки детали. Однако созданные в образцах напряжения не соответствуют дeйcтвитeльны 1 значениям напряжений в детали, поскольку не учтена нелинейность влияния напряжений на деформации кристаллической решетки вследствие плоского напряженного состояния. Усиленные усилителями 20 и 21 сигналы поступают каждый на вход одной из схем 26 и 27 сложения, а на другой вход поступает ослабленный делителем 22 или 23 сигнал от усилителя другого канала . Благодаря этому сигналы на выходе схем сложения соответствуют истинньм значениям остаточных напряжений в детали, а регистраторы 28 и 29 фиксируют действительные значения остаточных напряжений.

Достоверность опредения остаточны напряжений с помощью предложенного устройства обеспечит надежный контроль ответственных деталей машин, например корпусов реакторов, а также будет способствовать увеличению срока их эксплуатации за счет возможности более точной регламентации величины остаточных напряжений в поверхностном слое.

Формула изобретения

Устройство для определения остаточных напряжений при плоском напряженном состоянии в металлических деталях, содержащее искатель с двумя электромагнитными датчиками, ориентированными во взаимно-перпендикулярных направлениях, и нуль-индикатор, о тлич ающе е ся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено двумя идентичными каналами преобразования сигналов, каждый из которых содержит компенсационный электромагнитный датчиК, устанавливаемый на эталонном образце из материала контролир -емой детали, механизм одноосного нагружения эталонного образца, датчик линейных деформаций .)бразца, усилитель,

соединенный с выходом датчика линейных деформаций, делитель напряжения, соединенный с выходом усилителя, схему сложения, один вход которой соединен с выходом усилителя, а другой вход - с выходом делителя другого канала, и регистратор, и дополнительным нуль-индикатором, а выходы основного и компенсационного датчиков каждого из каналов подключены к одному из нуль-индикаторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 462982, кл, G 01 В 7/24, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 120357, кл. G 01 В 7/24, 1955 (прототип).