(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХНАПРЯ7КЕНИЙ . В ОБРАЗЦАХ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА
I
Изобретение относится к исследованиям напряженного состояния изделий из ферромагнитных материалов электромагнитными метопами и может быть использорано цля прогнозирования усталостных характерис; тик вращающихся цеталей машин, поцверга юшихся циклическому изгибному нагружению.
Известен способ определения напряжений в образцах, основанный на измерении электрического потенциала, образующегося на поверхности материала псд воздействием приложенной нагрузки в отсутствие внешнего намагничивающего поля 1.
Однако известный способ распространяется только на область пластических деформаций и неприменим к изделиям, не подлежащим разрушению в процессе испытаний.
Известен также-способ определения напряжений в металлах, заключающийся в том, что вращающийся образец нагружают, циклической изгибной нагрузкой и измеряют ЭДС вихревых токов, возбуждаемых пере
мённым электромагнитным полем в зависимости от тока циклов нагружения 2.
Недостатком этоГо способа является значительная трудоемкость измерений, обусловленная необходимостью проведения предварительных испытаний эталонных образцов до их разрушения и необходимостью получения начального участка за-висимости величины ЭДС вихревьк токов от числа циклоэ нагружения.
10
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения напряжений в образцах из ферромагнитного материала, заключающийся в том, что нагружают образец и
IS .измеряют величину наведенной магнитным полем образца ЭДС, при этом изменение нагрузки произвоаят разгрузкой по получения максимального приращения напряжения на измерительной обмотке наклааного токо20вихревого цатчика, по величине которого судят о напряжении в образце Сз .
Недостатком этого способа является значительная трудоемкость определения 393 напряжений, так как величинасигнала, наведенного в измерительной обмотке, определяется как характеристиками исследуемого материала, в т. ч. и величино внутренних напряжений, так и параметрами намагничивающего поля (например, напряжением на полесоздаишей обмотке -датчика). Кроме того, для определения величины раз1:рузки образцй по напряжению на измерительной обмотке датчика в момент достижения максимального значения первой производной сигнала необкопимо измерение всех предшествующих зна чений напряжения, что представляет значительную сложность. Цель изобретения - сокращение трудоемкости определения. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения остаточных напряжений в образцах из ферромагнитного материала, заключающемуся в том, что нагружают образец и измеряю величину наведенной магнитным полем образца ЭДС, образец нагружают :до появления скачка величины наведенной ЭДС и фиксируют соответствующую этому состоянию образца величину нагрузки, по которой определяют остаточные напряжения. Сущность предлагаемого способа заключается в следукяцем. Магнитные свойства образцов из ферро магнитных материалов, подвергнутых мех ничее М обработке, связаны, с внутренними остаточными напряжениями. Вектор ос таточной намагниченности 3с, в таких образцах может быть ориентирован произвольным образом, причем ориентация вектора Д может меняться под действием приложенной внещней нагрузки. При возде ствии на образец повторно-переменной на грузки изменение ориентации вектора 3 g приводит к появлению собственного электромагнитного поля, котороэ может быть зафиксировано известными техническими средствами. Так, например, для образцов и изделий из ферромагнитных материалов, подвергнутьпс Изгибной нагрузке с вращением, существует соотношение меноду ориентацией вектора остаточной намагниченности приложенной нагрузкой и величиной внутренних остаточных напряжений, опредегшемое зависимостью 6,- cos 16, где - внутренние остаточные напряжения в исследуемом образце; 6 - напряжения в образце от действия приложенной внещней нагрузки; 9 - ориентация вектора остаточной намагниченности относительно оси образца. Отсюда следует, что переориентация вектора 3 возможна только в случае, когла приложенная к образцу изгибная нагрузка превышает по своей величине внутренние напряжения.в образце. Скачкообразному изменению угла 0 при этом соответствует равенство Это изменение угла Q можно зафиксировать, например, с помощью охватывающей измерительной катушки, неподвижно Установленной на образце в заданном сечении. Выводы катущки подключают к электроизмерительному прибору, например цифровому вольтмет ру. Для дрлучения большего значения ЭДС катушка должна иметь большое число витков (порядка нескольких тысяч). Для определения усталостных характеристик испытуемый образец ипи изделие вместе с коаксиально расположенной измерительной катушкой устанавливают в машине для проведения испытаний на усталостную прочность (например, типа МУИ-600О). Образец приводят во вращение с постоянной скоростью без приложения нагрузки и фиксируют начальное значение ЭДС, обусловленное наводками (шумами) в цепи катушки. Вращение вектора при отсутствии нагрузки не создает переменного электромагнитного поля и не приводит к появлению дополнительной ЭДС индукции в цепи катушки. Образец нагружают, плавно увеличивая прилагаемую к образцу изгибную нагрузку и одновременно контролируя величину наведенной ЭДС в измерительной катушке в отсутствие внешнего на- магничивакщег о поля, до появления скачка наведенной ЭДС, которому, как указывалось, соответствует равенство внутренних остаточных напряжений напряже-, ниям в образце от действия приложенной внешней нагрузки. Фиксируют соответствующую этому состоянию образца величину нагрузки, по которой определяют остаточные напряжения, например, расчетами, исходя из геометрических размеров и расположения контролируемого сечения образца или непосредственными измерениями и известными методами, например, тензометрами.
Предложенный способ позволяет определить остаточные напряжения без создания внешнего магнитного поля, без проведения градуировок и испытания эталонных образцов и без разрушения самих образцов.
Формула изобретения
Способ определения остаточных напряжений в образцах из ферромагнитного материала, заключающийся в том, что нагружают образец и измеряют величину наведенной магнитным полем образца ЭДС, отличающийся тем, что, с целью сокращения трудоемкости определения, образец нагружают до появления скачка величины навэденной ЭДС и ксируют соответствуюшую втому состоянию величину нагрузкв, по которой определяют остаточн| 1е напрв- жения.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
АН СССР Успехи (физических наук ,
т, 96, вып. 1, сентябрь 1968, с, 39-60.
