Способ определения остаточных и действительных напряжений упругопластического изгиба в балочных образцах прямоугольного поперечного сечения

(56) Биргер И.А, ОсМ Машгиз, 1963.Быков В.А, Плразрушение металных материалов. -с.68-78. 7 аточные н жения. -сабам и ристик я отно ердых е относится к спо нических характе дством измерен ой деформации т атериалов,Изобретен ледования мех териалов поср тельной линей из указанных м иго яи ия; оповы ны уп У ГО СУДА Р СТВЕ ННЫ И КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР астичность, прочность и лических судостроитель- Л,: Судостроение, 1974,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО ИЗГИБА В БАЛОЧНЫХ ОБРАЗЦАХ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к способам исследования механических характеристик материалов посредством измерения относительной линейкой деформации твердых тел из указанных материалов. Цель изобретения - повышение точности и определение толщины упругого слоя, Способ включает непрерывное нагружение испытываемого образца поперечной сосредоточенной силой до заданной нагрузки, измерение в проЦелью изобретения являетние точности и определение толгого слоя,цессе испытаний относительной линейной деформации растянутого наружного волокна в заданном сечении и определение действительных и остаточных напряжений изгиба. После непрерывного нагружения да нижнего предела образец нагружают ступг;- нями, после каждой ступени разгружают, регистрируют появление нормированной остаточной деформации, которую задают по величине нормированного остаточного напряжения, и по моменту появления нормированной остаточной деформации фиксируют соответствующую пределу упругости относительную деформацию, при этом нагружение ступенями проводят до обнаружения нормированной остаточной деформации, после чего образец снова нагружают непрерывно до заданной нагрузки, разгружают и по полученным в результате измерений взаимосвязям остаточной деформации при заданной нагрузке и относительной деформации, соответствующей пределу упругости с относительной деформацией при заданной нагрузке, расчетным путем определяют границу упругой и пластической зон в заданном сечении и напряжения изгиба.5 ил На фиг.1 изображены зпюры номина ных, действительных и остаточных нап жений при упругопластическом изгибе фиг.2 - схема нагружения испытываем образца; на фиг,3 - блок-схема измерени регистрации; на фиг.4 - диаграмма нагр к - относительная линейная деформац н фиг.5 - зависимость напряжения от от с тельной линейной деформации растятого наружного волокна испытываемого образца в заданном поперечном сечении,Способ реализуют следующим образом,Для определения остаточных и действительных напряжений упругопластическогоизгиба в конструкции (например, в пружине)прямоугольного поперечного сечения призаданной эксплуатационной нагрузке(фиг,1) изготавливают образец из материалаконструкции и одинакового с ней поперечного сечения. В точке заданного(выбранного) сечения указанного образца, наиболееудаленной от нейтральной оси, наклеиваюттензорезистор 1 (фиг,2), Образец защемляют одним концом так, чтобы тензорезистор1 располагался у закрепленного участка образца и находился при нагружении в зонерастяжения (фиг,2), Тензорезистор 1 подключают к усилителю 2, с выходом которогосоединены регистратор 3 и сигнализатор 4(фиг.3). Затем образец нагружают поперечной силой, как показано на фиг.2, до заданной нагрузки, в процессе нагружения измеряют тензорезистором 1 относительную деформацию растянутых наружных волоконобразца у закрепленного участка и определяют остаточные и действительные напряжения. Предварительно определяют остаточную деформацию, соответствующуюпределу упругости.Для этого в соответствии с фиг,5 записывают выражение предела упругостиОу = Е (Гу - Еос 0 )+ ОосР", (1)откудабоса" = - ( Е Еу - Оу + ОосР ) (2)ЕЗаменяя в выражении (2) предел упругости Оу и соответствУюЩУю емУ относительную деформацию еу на их приближенныезначениЯ Оур и ер, опРеделЯемые по РезУльтатам предварительных испытаний, получают для определения остаточной деформации, соответствующей пределу упругости, формулу,ц,Р 1 ( Е РР лР + йой) (3Егде еН 0 Д" и О"Д - соответствующие пределуупругости остаточная деформация и принятое значение остаточного напряжения соответственно (ОУ" принимают одинаковымдля всех исследуемых материалов и равнымудвоенной допустимой погрешности определения напряжения ЬО);Е - модуль упругости материала образца.После этого образец непрерывно нагружают до (0,4-0,7) предела упругости, затемнагружают ступенями, после каждой ступени образец разгружают. и ри этом величину ступени нагружения определяют из неравенства2 ЛЕ Е ЬР 2 ЛО - , (4) где ЛР - ступень нагружения;Ь е - погрешность измерения относительной деформации (определяют по вели чине погрешности прибора для измерения деформаций, для наиболее точных приборов Ья= 0,2 10 );Ьо - допустимая погрешность определения напряжений (принимают в соответст вии с погрешностью измерения сил, которая для стандартного испытательного оборудования составляет +10 ь или + 2 кг/мм );1 н - расстояние от точки приложенияпоперечной силы Р до сечения в момент 20 нагружения ступенями;Р/ - момент сопротивления поперечного сечения при изгибе,По достижении остаточной деформации, соответствующей пределу упругости 25 материала образца, которую фиксируют сигнализатором 4, образец снова нагружают непрерывно до эксплуатационной нагрузки, затем его разгружают. Остаточные напряжения в растянутом наружном волок не заданного поперечного сечения, возникающие после нагружения до эксплуатационной нагрузки, определяют по формуле 35 О ( + )( ) МсГ, (5) ГДЕ Рост И Обс 1 ОСтатОЧНОЕ НаПряжЕНИЕ В растянутом наружном волокне и на границе упругости и пластической зон поперечного сечения соответственно после нагружения до эксплуатационной нагрузки;еу - относительная деформация, соответствующая пределу упругости;я - относительная деформация при эксплуатационной нагрузке,Для получения формулы (5) сначала определяют толщину упругого слоя заданноо поперечного сечения ь,=- 1Е /б) 50 где й 0 - толщина слоя заданного поперечного сечения;и - высота (толщина образца) этого сечения (фиг.1), затем линеаризируют, как показано на фиг,1, зависимость, выражающую изменение остаточного напряжения по высоте и- сечения, составляют уравнение моментов относительно нейтральной оси Х и выражают остаточное напряжение в растянутом на 1682833510 15 20 25 30 35 40 50 ружНОМ ВОЛОКНЕ СЕЧЕНИЯ Оост ЧЕРЕЗ ОСтатОЧ- ное напряжение Мс на границе упругой и пластической зон этого сечения,Остаточное напряжение на границе упругой и пластической зон сечения определяют в соответствии с фиг.1 по формулеОЮ =4 е 3 ств+МоВ(7) ГДЕ 4 е 3 в = Оу = Е (Яу - осГ" ) +О"сГ действительное напряжение на границе упругой и пластической зон сечения, равное пределу упругости;и, "о ЕОнотт - Оном-- ОномНОМИНЗЛЬное напряжение (напряжение разгрузки) на границе упругой и пластической зон сечения,В соответствии с фиг.5 номинальное напряжение (напряжение разгрузки, являющееся напряжением упругого изгиба) в растянутом наружном волокне сечения определяют по формулеОном = - Е (Е - Еост), (8) тогда формула для определения остаточного напряжения на границе упругой и пластической зон сечения принимает вид4 с 1 = Е (Гост- ", - Еоос 1" ) +ОосГ,(9)Действительно напряжения в растянутых наружных волокнах сечения в соответствии с фиг.1 определяют по формулеОдвйств = - Оном + Оост =- Е (Г. - сост) + Оост,(10).Измерение в предлагаемом способе относительной деформации, соответствующей пределу упругости, и относительной деформации при эксплуатационной нагрузке одновременно на одном и том же образец вместо нескольких позволяет исключить влияние разброса механических свойств одного и того же материала на определяемые характеристики и определить толщину упругого слоя в сечении образца (конструкции), что при измерении на том же образце остаточной деформации после нагружения образца до эксплуатационной нагрузки и при наличии модуля упругости материала образца позволяет определить напряжения упругопластического изгиба в консТрукции при эксплуатационной нагрузке. Этим устраняется основной существенный недостаток, заключающийся в том, что в известном техническом решении напряжения упругопластического изгиба в конструкции определяют по величинам изгибающего момента и его производной по относительной деформации, которые при испытании гибкой конструкции определяют с недоспустимо большой погрешностью. Это существенно влияет на точногть определения напряжений упругопластического изгиба в конструкции, В предлагаемом способе это влияние полностью исключено, поскольку при определении напряжений величину изгибающего момента вообще не используют.Определяемые в предлагаемом способе остаточная деформация, соответствующая пределу упругости, и величина ступени нагружения обеспечивают определение предела упругости и соответствующей ему относительной деформации, а следовательно, толщины упругого слоя сечения и напряжений упругопластического изгиба с точностью, достаточной для решения практических задач.Ограничение области нагружения ступенями с нижним и верхним пределами. с одной стороны, сокращает количество ступеней нагружения, а с другой исключает повторность нагружения в упругопластизской области, которая может привести к искажению напряженно-деформированного состояния в сечении образца,Способ позволяет определить толщину упругого слоя поперечного сечения и обеспечить определение напряжений упругопластического изгиба в указанном сечении при эксплуатационной нагрузке с более высокой то;ностью, исключающей оши:ку в выборе материала для конструкции,Формула изобретения Способ определения остаточных и действительных напряжений упругопластического изгиба в балочных образцах прямоугольного поперечного сечения, заключающийся в том, что консольно закрепленный образец нагружают поперечной силой и измеряют деформацию наружных волокон образца у закрепления, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем определения толщины упругого слоя и повышения точности измерения, предварительно определяют значение остаточной деформации, соответствующее постоянному значению остаточного напряжения при пределе упругости материала образца, затем образец нагружаютдо значения деформации. соответствующей 0,4 - 0,7 предела упругости,далее образец нагружают ступенями с разгрузкой после каждой ступени, измеряя на каждой ступени остаточную деформацию, до появления остаточной деформации, соответствующей пределу упругости, затем образец нагружают до заданной эксплуатационной нагрузки и разгружают, измеряя остаточную деформацию, и по полученным значениям деформации определяют толщи 1682833ну упругого слоя, по величине которого и величинам измеренных деформаций определяют остаточные и действительные напряжения,1682833Составитель В, Годриковский Редактор С.Пекарь Техред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая аказ 3405 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул.Гагарина, 101