Способ определения остаточных напряжений в поверхностных слоях тела (его варианты)

(56) 1. Гликман Л.А., П Измерение остаточных поверхностном слое кр с помощью проволочных ков. - Заводская лабо В 1, с. 75.2. Авторское свиде В 654849, кл., С 01 В ответствен глубина на исаревский М,М реэ апряжений вных изделийензодатчиторин, 1951,о углубляю после кажд оп.1, отчто, с ц рмальных,эта адре ацию ого этапа. личаюмеряю особ я те 2. щийью опрек и касаделени тель нь как н льство СС 30, 979. еряют адрез равле1 и 2,ем, что и т л н- углуб- ьшают 3. Способ по ппч а ю щ и й с я тленни надреза егопоэтапно, а затем,ности тела, увеличбольшего, чем первповторно поэтапнонадреза. м овер мера зате ачиная с ают до ра ачальный, еньшают ш рин 4. Спнапряженэаключающ точных соб определения ост й в поверхностных с лоях тела, поверхки дефор- прямотчики си, пер- мметрнчно ис ом, чт ла закрепляют датч полняют между ними ост мации, в линейный располаг пендикул относите надрез так, чтоются вдоль однойрной надрезу, иьно него, измеря деформ СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХНАПРЯЖЕНИЙ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХТЕЛА (ЕГО ВАРИАНТЫ)(57) 1. Способ определения остаточных напряжений в поверхностных слояхтела, заключающийся в том, что наповерхности тела закрепляют датчикидеформации, выполняют между нимипрямолинейный надрез так, что датчики располагаются вдоль одной оси,перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него, измеряютдеформации тела и по ним определяютостаточные напряжения, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью определения остаточных напряжений такжеи по сечению тела, датчики закрепляют на разноудаленных от надрезарасстояниях, зависящих от глубинынадреза и связанных с ней соотношением и Ь - расстояния от кромкинадреза до ближнего и дальнего концов базы датчика деформации соостаточных напряжении, изеформации на каждой сторонепо крайней мере в двух наях.1263993 ции тела и по ним определяют остаточные напряжения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью определения остаточных напряжений такжеи по сечению тела, датчики закрепляют на разноудаленных от надрезарасстояниях, надрез углубляют непрерывно, одновременно измеряют егоглубину и деформации и учитывают иликомпенсируют влияние нагрева стенокнадреза на показание датчиков. Изобретение относится к механическим способам определения остаточных напряжений и может быть использовано для определения остаточных напряжений в деталях машин, заготовках, конструкциях, образцахи т.д. в любой отраслимашиностроения.Известен способ определения остаточных напряжений в поверхностныхслоях тела,при котором закрепляютна поверхности тела датчики деформации, выполняют вокруг датчиковкольцевую прорезь, измеряют деформации и по ним определяют остаточные напряжения 1,Недостатками этого способа явля.ются снижение точности эа счет усреднения определяемых напряжений постолбику, охваченному круговой канавкой, искажения показаний датчиков от нагрева поверхности столбика,деформации резания при сверлениистолбика, невозможность определитьраспределение напряжений по сечению тела, так как при углублениипрорези датчики быстро перестаютизменять свои показания.Наиболее близким к изобретениюявляется способ определения остаточных напряжений в поверхностномслое тела, при котором на поверхность тела закрепляют датчики деформации, выполняют между ними прялинейный надрез так, что датчикирасполагаются вдоль одной оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него. Измеряют 5. Способ по п,4, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью компенсации влияния нагрева стенок надреза, на недеформируемой части тела выполняют второй надрез, подобный первому, закрепляют на поверхности тела рядом с этим надрезом и перпендикулярно к нему компенсационный датчик и нагревают поверхность второго надреза до температуры, равной температуре поверхности первого надреза. деформации тела и по ним определяютостаточные напряжения 2 .Недостатком этого способа является низкая точность определения Ь остаточных напряжений при неравномерном их распределении по высотесечения за счет усреднения значенийнапряжений по толщине контролируемого слоя.1 ОЦель изобретения - определениеостаточных напряжений по сечениютела.Поставленная цель по первому варианту способа достигается тем, чтосогласно способу определения остаточных напряжений в поверхностныхслоях тела, заключающемуся в том,что на поверхности тела закрепляютдатчики деформации, выполняют междуними прямолинейный надрез так, чтодатчики располагаются вдоль однойоси, перпендикулярной надрезу, исимметрично относительно него, измеряют деформации тела и по ним определяют остаточные напряжения, датчики закрепляют на разноудаленныхот надреза расстояниях, зависящихот глубины надреза и связанных с нейсоотношением где Ь и 6 8 - расстояния от кромкинадреза до ближнегои дальнего концовбазы датчика деформа 1263993ции, соответственно,Ь, - глубина надреза,надрез поэтапно углубляют, а деформацию измеряют после каждого этапа.При этом дле определения как нор мальных, так и касательных остаточных напряжений, измеряют деформации на каждой стороне надреза по крайней мере в двух направлениях.Кроме того, в том случае, если 10 это целесообразно, при углублении надреза его ширину поэтапно умень 40 шают, а затем, начиная с поверхности тела, увеличивают до большегоразмера, чем первоначальный размер, 15затем повторно поэтапно уменьшаютширину надреза.Поставленная цель (по второму варианту способа) достигается тем,что согласно способу определения остаточных напряжений, заключающемусяв том, что на поверхности тела закрепляют датчики деформации, выполняют между ними прямолинейный надрез так, что датчики располагаютсявдоль одной оси, перпендикулярнойнадрезу, и симметрично относительнонего, измеряют деформации тела и поним определяют остаточные напряжения, датчики закрепляют на разноудаленных от надреза расстояниях,надрез углубляют напрерывно, одновременно измеряют его глубину и деформации, и учитывают или компенсируют влияние нагрева стенок надрезана показания датчиков.При этом для компенсации влияниянагрева стенок надреза на показаниядатчиков на недеформируемой частитела выполняют второй надрез, подобный первому, закрепляют на поверхности тела рядом с этим надрезоми перпендикулярно к нему компенсационный датчик и нагревают поверхность второго надреза до температуры 45равной температуре поверхности первого надреза.На фиг. 1 показана схема расположения датчиков деформаций на поверхности тела около надреза при определении нормаЛьных остаточных напряжений по сечению тела, на фиг.2 -то же, при определении нормальных икасательных остаточных напряженийпо сечению тела, на фиг,3 - схемапоэтапного уменьшения ширины надреза вместе с его углублением и последующее увеличение его ширины,Способ осуществляют следующим образом.Для определения эпюры остаточоных напряжений 0по сечению УЕ поверхностного слоя Ь тела 1 (фиг. 1) до глубины 40 мм задают параметры этапов углубления надреза, например, мм: 2,3, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30,35,40. Выбирают ширину надреза равной 1,4 мм. На поверхности тела 1 после разметки места надреза 2 закрепляют датчики деформации, например тензорезисторы 3, 4, 5, вдоль оси, перпендикулярной надрезу, и симметрично относительно него.Датчики закрепляют на разноудаленных от надреза расстояниях, зависящих от глубины надреза, и определяют их по соотношению и получают Ь = 2,5 мм;Ьд, =11,5 мм;8 = 14 мм, Ьд, = 23 ммьбз- 26 мм; Ьд = 35 мм.Измеряют начальные показаниядатчиков. Выполняют прямолинейныйнадрез на глубину 2 мм. Измеряютпоказания датчиков и по полученнымдеформациям тела определяют остаточные напряжения в слое глубиной 2 мм.Затем поэтапно углубляют надрез,после каждого этапа измеряют показания датчиков и по деформациямопределяют остаточные напряжения вовсех более глубоких слоях,На этапах углубления О, 2, 3, 4,6 мм для расчета остаточных напряжений используют показания пары датчиков 3, так как она, согласно приведенным формулам, на этих этапах обладает оптимальной чувствительностьюи точностью. На этапах углубления6-25 мм для расчета используют показания пар датчиков 4; и в интервале 12-40 мм - показания пар датчиков 5.Для определения эпюр нормальных остаточных напряжений б и каксательных остаточных напряжений сои о по сечению УЕ поверхностногослоя Ь тела 1 (фиг.2) закрепляютна поверхности Х тела 1 розеткидатчиков, например, тензореэисторы3, 6, 9 4, 7, 10 5, 8, 11, напри1263993 5мер, под углами 45, О, 315 с однойстороны надреза, и 135, 180 и 225с другой стороны. Затем выполняют надрез и измеряют деформации тела так же, как в предыдущем случае, Остальные напряжения б определяют из приащеоа+Е 18 р иий,пплуеумм Лепрмапии ( в а в ). Остаточные напряжения 2 определяютХ 2рарр по приращениям деформаций ( 2 ) а остаточные напряжения ( х - по приращениям полусумм деформацийд ау,а(Га)бил) (Ец Еа,а ) рг формация поверхности тела, возникающая эа счет перераспределения остаточных напряжений и тела в результате выполнения надреза ( - угол между направлением продольной оси датчика и правой нормали к надрезу,Во многих случаях соотношениеамеажду продольными Я и поперечнымирЕр деформациями можно установить заранее. В этом случае измеряют деформации тела только в двух направОо лениях, например: О, 45, (180, 22.5) или 45, 315 (135, 225). До глубины 25-40 мм целесообразно выполнять надрез вулканитовыми кругами, уменьшая его ширину через каждые 4-6 мм,углубления на 0,1 - 0,2 мм. Дальнейшее углубление надреза можно осуществлять любым удобным инструментом, например, фреэой, для чего выбирают ее ширину большей, чем ширина надреза на первом этапе. По мере углубления надреза ширину фрез также поэтапно уменьшают (фиг.3). При такой технологии, устанавливая на поверхности тела новые пары датчиков, можно увеличить величину контролируемого слоя практически без ограничения,бВторой вариант способа используютпри автоматизированном определенииостаточных напряжений, При этом датчики деформации закрепляют таким жеобразом, как и при использовании первого варианта.Надрез углубляют непрерывно, например, осуществляя непрерывную по-дачу режущего инструмента по норма 10 ли к поверхности тела. Одновременно измеряют специальным датчикомглубину надреза и деформации тела.Сигналы с этих датчиков подают либона электронный самописец, либона ЭВМ.При непрерывном углублении надреза его стенки нагреваются от контактного трения с режущим инструментом, что искажает показания датчиков20 деформации. Эти искажения либо учитывают, либо компенсируют. Искаженияучитывают при использовании ЭВМ.При этом учет влияния нагрева стенокна показания датчиков де(рормации зак"25 ладывают в программу ЭВМ.При компенсации этих искаженийна недоформируемой части тела выпол,няют второй надрез, подобный перво"му, закрепляют на поверхности теЗ 0 ла рядом с этим надрезом и перйеидикулярно к нему компенсационныйдатчик и нагревают поверхность второго надреза до температуры, равнойтемпературе первого (рабочего) надреза,Предлагаемый способ и его варианты позволяют определять остаточные напряжения не только в поверх- .ностных слоях гела, но также и по40 его сечению. Они позволяют определять как нормальные, так и касательные остаточные напряжения. Второй вариант способа позволяет повысить производительность исследований и повышает точность определенияостаточных напряжений в деталях машин, заготовках конструкциях и т.д,с большими градиентами остаточныхнапряжений.1263993 Рошко з 5549/40 Тираж 670 ВНИИПИ Государствен по делам иэобрете 13035, Москва, Ж, Подписи тета СС го ко ытий наб. и оушск 4/5 ро ственно-полиг ческое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна Составитель В, Панкратьев Редактор М. Товтин Техред В.Кадар Коррек