Способ определения напряжений в конструкциях из ферромагнитных материалов

(51) 4 О 01 Ь 1/1 СРдгу;й ЕТЕНИЯ АНИЕ ИЗ хнический еваЮрченко,Жданов ССР1984.ЯЖЕНИЙТНЫХ МА во12НАПР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯВ КОНСТРУКЦИЯХ ИЗ ФЕРРОМАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение м.б. использовано еразрушающегося контроля меха нических напряженийЦель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения параметров напряженного состояния материалаконструкции, Устанавливают преобразователь на контролируемое иэделие,ориентируют его начагничивающий маг.нитопровод перпендикулярно направлению начальной анизотропии, фиксируютсигнал преобразователя, Поворачиваютпоследний против часовой стрелки наугол 45 , фиксируют сигнал преобразователя и определяют разность напряжений, разность главных напряжений, касательные напряжения и положения главных площадок по определенным математическим формулам. 1 ил,1 13686Изобретение относится к измерению,механических остаточных напряженийв конструкциях из Ферромагнитных материалов и может быть использованов машиностроении, судостроении и других отраслях промьппленности для неразрушающего контроля механических (остаточных) напряжений,Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей за счет определения параметров напряженного состояния материала конструкции.На чертеже изображена векторнаядиаграмма синусоидальных величин, используемая для определения гармонической зависимости, несущей информацию о напряженном состоянии материалаконтролируемого изделия,При вращении преобразователя вокруг своей продольной оси на ферромагнитном материале получают зависимостьизменения выходного сигнала преобразователя и от угла поворота с25и;-М 36 К,(Е -Гк) я 3.и 2 сА + 2 Ксоя 2 д.3оу к"- компоненты тензора деформа 35ций;К , К - константы магнитоупругости,1выражаемые через параметрымагнитострикции Я, Лм- угол поворота преобразователя.Если перейти от деформаций к напряжениям по закону Гука и вместо двух констант магнитоупругости К, и Кввести одну К , так как учитывается только дивиаторная часть тензора деформаций, то соотношение (1) принимает вид7 О 2Для линейного напряженного состояния соотношение (2) принимает вид и = 2 К М,ЗГ в " я 1 и 2 с, (3) 1 +11 6которое по виду совпадает с формулойкасательных напряжений при линейномнапряженном состоянии:- яи 2 с 4.Ф 2(4) и имеет вид гармонического колебания,Из сопоставления соотношений (3) и (4) следует, что сигнал, снимаемый с индикаторной катушки преобразователя, пропорционален касательным напряжениям и имеет вид гармонического колебания.(в дальнейшем градуировочный коэффициент) можно определить при ступенчатом растяжении известными ступеняминагружения дР эталонного образца известной площадью поперечного сеченияБ по формуле2 А иЯ(7)Ргде Аи - изменение сигнала преобразователя,При плоском напряженном состояниикасательные напряжения имеют,вид гармонического колебания;5 хи =, яЫ 2 с + схч соя 2 с- (8)дри сигнал, снимаемый с индикаторнойкатушки преобразователя при его повороте, также меняется .по гармоническому закону (2), Из сопоставления соотношений (2) и (8) видно, что индикаторная катушка преобразователя,кроме учета касательных напряженийреагирует на сдвиг относительно отсчетных осей, в результате чегов соотношении (2) при касательнойсоставляющей появляется коэффициент 2.Для разделения напряжений соотношения (2) преобразуют к видуО-,и = Т 2 Яи 2 с+ 2 ТхчсоЯ 2 д)(18)Гармоническую зависимость (13)можно определить координатами двух точек и,= Г(с,) и и = 1(сЫ:(10) 2 Т = А яхи . ( 1.1 ) 5Тогда . соотношение ( 9 ) принимаетвиди = А соя я 1 и 2 о + Аяхи Усоя 2 д (12)или 10и =,А яи(2 сС + М), (13) которое описывает гармонический колебательный процесс.Из соотношений (9) и (12) следует с и = А яи 2 с 1 + Ьсоя 2 с,и = А яи 2 д + Ьсоя 2 д д Э(20) А 4) где и , и,д. координаты точоси абсцисс и(15)хшения (14) и (15) могут ешены относительнои О А и 1 К М. Для этого выраиз соотношения (15) и под в соотношение (14): динат. ешив эти уравнения относительолучают 20 но Ь,-сояСоотно быть разр - Очере жают 2(.уу ставляют яз.и 2 с = Ь(сая 2 сl1 п 2 Жяи Отку и 2 Ы - и я и 2 д, (д. Ь17) 30 Т Откуд я 3.иЬ 2- ияи 23,) оя 2 Ы- оя 2 с яи 2 сФ.ателя на бра Посл талонномнии, сАфателя наовороте образце0; иэталонно ном положпреобразо при его я 1 и 2( сигнал образ45 а лс = 24) и (26что иего углеле поворотсоотношени выведсигнал претаПри о з соотношен ий (2 "оя я (23) и и соя 2 о 45 д- яи 2(с.Ь, -яи 2(о.щ-Ы, )и 2 о-щ- и и 2 ои за Для определения гармоническвисимости, несущей информацию о напряженном состоянии контролируемогоизделия, пользуются векторной диаграммой синусоидальных величин,Обозначают через и- сигнал преобразователя на изделии в исходномположении,с,= 0; и ,- сигнал преобразователя на изделии при его повороо,те на угол ъ= 45 ; и,- сигнал пре 32) и ю яи 2( с ак в 5 Ь - Ь а - а Ь а 2 м - и а.(и и Обозначают Т =А соя Соотношения в предположении образователя пр с и и - при у с 0 и с 45 о (26) принимают 1 я и 2 о)(24 ) и,сеягод- исоя 2 с,368670 6- по оси симметрии (это является исходным положением преобразователя на образце), фиксируют сигнал преобразова-теля, поворачивают преобразователь1 на образце против часовой стрелки наУгол 45 и фиксиРУют сигнал преобраи(36)зователя. После этого устанавливаютпреобразователь на контролируемое изи ) (п 410 делие, ориентируют его намагничивающий магнитопровод перпендикулярно1- (37) направлению начальной анизотропии(это является исходным положением(38) преобразователя на изделии), фикси".15 руют сигнал преобразователя, повора) и (35) чивают преобразователь против часовойо(39)стрелки на угол 45 , фиксируют сигналпреобразователя и определяют разностьнормальных напряжений по формуле. пряжений2(п п 23 стоянии 20 Д- д. зЫ марвПолуразность главныхи плоском напряженном-2 2 О) вных напряжений по формуазностьензом, 40 изд положении;- сигнал преобразоватна изделии при егороте на угол 45- сигнал преобразована эталонном образцисходном положении2- сигнал преобразована эталонном образцего повороте на уг еля пов и долгрто я при45 де Кп менение выходного си е т е н и я и Фор му СпособЭеч нЯ -определения напряжениииях из ферромагнитных мааключающийся в установке конструкриалов,четырех тоупругого праторного типизготовленнь ного ма трансфор образец,бразовател а эталоннь Способ осуще дующим образом.Перед определением напряжений четырехполюсный магнитоупругий преобразователь трансформаторного типа устанавливают на эталонный, изготовленный из этого же материала,. что и контролируемое изделие, образец, ори тирует преобразователь, таким обра что его намагничивающий магнитопровод находится под углом 45 к проьной оси эталонного образца, наужают эталонный образец ступенчав продольном направлении, фиксируют изменение выходного сигнала преобразователя и по выражению2 дпЯу Ф ала преобразователяплощадь поперечного с ения образца;йР - ступень нагружения, определяют градуировочный коэффициент, ориентируют намагничивающий магнитопровод преобразователя перпен дикулярно длинной стороне образца асательные напряжения по форму оложение главных площадок по формул7 13 б 86 из того же материала, чтои контролируемое изделие, ориентации его на образце, ступенчатом нагружении в продольном направлении, фиксации выходного сигнала преобразователя после каждой ступени нагружения, установке преобразователя на контролируемое изделие, ориентации вдоль направления начальной анизотропии, повороте преобразователя, фиксации выходного сигнала при различных углах, повороте и определении напряжения по известной зависимости, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью рас ширения функциональных возможностей за счет определения параметров напряженного состояния материала конструкции, при ориентации преобразователя на эталонном образце сначала устанав ливают его намагничивающим магнитопроводом под углом 45 к продольной оси образца и при ступенчатом нагружении фиксируют изменение выходного сигнала, определяют градуировочный 25 коэффициент Т, равный удвоенному отношению произведения изменения выходного сигнала на площадь поперечного сечения образца к величине ступени нагружения, а затем устанавливают 30 намагничивающий магнитопровод перпен7 О 8 дикулярно длинной стороне образца по оси симметрии и под углом 45 против часовой стрелки и фиксируют соответственно сигналы и и и при указанных положениях преобразователя, а при ориентации на контролируемом изделии устанавливают намагничивающий магнитопровод перпендикулярно направлению начальной анизотропии и под углом 45 против часовой стрелки и фиксируют соответственно сигналы преобразователя и и и , а парамет 0.1 ры напряженного состояния определяют по формулам:разность нормальных напряжений Оу и ЬФразность главных напряжений В и 8. б -й = - 4(п - и ) + (п - и ) 1Я й 7а 1 Ы 11 ж касательные напряжения ькуп - и,щ 27 положение главных площадок 4 гд и- п 1 2(п- и )