Способ определения интегральных значений параметров напряженно-деформированного состояния тел при циклическом нагружении

(51) БРЕТ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(56) Ерихов М.Л, и др. Определение йайряжений и деформаций в деталях машин методом гальванического меднения,количественная оценка микроструктуры наработанных датчиков деформаций, Тарировочная зависймость, Курган, Курганский машиностроительный институт, 1985 (Рукопись дел; в ВНИИТЭМР, 1985, М 27 мш. Деп),(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАНКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕЛ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕН ИИ(57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность способа определения интегральных значений параметров напряженно-деформированного состояния тел в условиях циклического нагружения. при контроле локальных участков. Способ заключается в том, что на поверИзобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения интегральных значений,параметров напряженно-деформированного состояния тел, например деталей машин, в условиях циклического усталостного нагружения, основанным на регистрации изменений в микроструктуре размещенного на исследуемом теле чувствительного к повторно-перемен 5 Ц , 1753352 хности исследуемого тела закрепляют покрытие из изменяющего под действием циклического деформирования микроструктурные характеристики электролитического металла, подвергают тело с покрытием циклическому деформированию, в продольном шлифе выявляют микроструктуру покрытия после нагружения и по результатам количественной оценки изменений в ней судят об интегральных значениях параметров напряженно-деформированного состояния тела при нагружении. Новым в способе является проведение операций выявления и количественной оценки изменений в микроструктуре в ряде последовательных продольных шлифов чувствительного покрытия, получаемых при поочередном удалении слоев покрытия щ на глубину э 2 мкм, с последующим использованием в определении параметров напряженно-деформированного состоянияФрезультатов оценки изменений во всех использованных шлифах, что обеспечивает достижение положительного эффекта, Наиболее целесообразно при этом располагать используемые продольные шлифы равномерно по толщине покрытия. 1 з.п. ф-лы, 1 ил,ным деформациям электролитического покрытия.Известен способ определения интегральных значений параметров напряженно- деформированного состояния тел при циклическом нагружении, заключающийся в том, что на поверхности исследуемого тела закрепляют покрытие из изменяющегося под действием циклического деформировасия свои микроструктурные характеристики злектролитического металла, например меди, никеля, подвергают тело с покрытием циклическому деформирванию, в продольном шлифе выявляют микроструктуру покрытия после нагружения и по результатам полуколичественной визуальной оценки изменений в ней судят об интегральных значениях параметров напряженно-деформированного состояния тела при нагружении, При реализации способа для определения интегральных значений амплитуды циклических напряжений или деформаций проводят визуальное палуколичественное сравнение изменений в микроструктуре покрытия на исследуемом теле и изменений в микроструктуре такого же покрытия, наработанного в тарировочных испытаниях на специально подготовленном объекте тем же числом циклов нагружения, что и исследуемое тело.Недостатками данного способа являются субьективность и низкая точность определений, связанные с полуколичественным визуальным сопоставлением изменений в микроструктуре,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению является способ определения интегральных значений параметров напряженно-деформированного состояния тел при циклическом нагружении, заключающийся в том, что на поверхности исследуемого тела закрепляют покрытие из изменяющего под действием циклического деформирования свои микроструктурные характеристики злектролитического металла, подвергают тело с покрытием циклическому деформированию, в продольном шлифе выявляют микроструктуру покрытия после нагружения и по результатам количественной оценки изменений в ней судят об интегральных значениях параметров напряженно-деформированного состояния тела при нагружении, При реализации данного способа в качестве параметра количественной. оценки изменений вмикроструктуре чувствительного покрытия используют относительную плотность растущих зерен, т.е, долю площади, занимаемой растущими зернами на шлифе - Ад. При определении интегральных значений амплитуды циклических наприяжений или деформаций предварительно в усталостных механичЯских испытаниях чувствительного покрытия аналогичного качества на специально подготовленном объекте получают та. рировочную зависимость Ал от амплитуды напряжений (деформаций), выраженную в графической или аналитической форме, 10 15 20 25 ла, подвергают тело с покрытием цикличе 40 шлифах 30 3545 50 Недостатком известного способа является низкая точность определений интегральных значений параметров напряженно-деформированного состояния тел при контроле локальных участков на поверхности исследуемого тела Цель изобретения - повышение точности способа при контроле локальных участков за счет учета реакции на деформирование максимального числа исходных зерен чувствительного покрытия, являющихся зародышами растущих зерен, и увеличения протяженности плоскости наблюдения микроструктуры чувствительного покрытия на единице поверхности исследуемого тела.Цель достигается тем, что по способу определения интегральных значений параметров напряженно-деформированного состояния тел при циклическом нагружении, заключающемуся в том, что на поверхности исследуемого тела закрепляют покрытие иэ изменяющегося под действием циклического деформирования свои микроструктурные характеристики злектролитического металскому деформированию. в продольном шлифе выявляют микроструктуру покрытия после нагружения и по результатам количественной оценки изменений в ней судят об интегральных значениях параметров напряженно-деформированного состояния тела при нагружении; операции выявления и количественной оценки изменений проводят в ряде последовательных продольных шлифов чувствительного покрытия; получаемых при поочередном удалении слоев покрытия на глубину2 мкм; а о параметрах напряженно-деформированного состояния тела судят с учетом результатов оценки изменений во всех использованнных шлифах. Выбор минимальной глубины удаляемого слоя чувствительного покрытия между шлифами обусловлен особенностями микроструктуры чувствительных злектролитических покрытий и соответствует среднему размеру зерен, используемых в определениях мелкозернистых медных, никелевых и железных покрытий до нагружения,Используемые в определениях продольные шлифы могут быть расположены по толщине чувствительного покрытия беспорядочно, однако при равномерном, упорядоченном расположении шлифов при том же их числе будет достигнута более высокая достоверность определений., Это обусловлено возрастанием представительности участка плоскости наблюдения в одельных Изобретение осущес вляется следующим образом.На поверхность исследуемого тела (ее участок) наклеиоают чувствительное к повторно-переменным деформациям покрытие из злектролитического металла, Тело с покрытием подвергают циклическому на гружению определенным, достаточно большим числом циклов нагружения. После этого, используя подходящий растооритель,снимают наработанное чувствительное покрытие с поверхности тела и наклеивают на 10 ровную плоскую поверхность предметного стекла, Чувстоительное покрытие на предметном стекле полируют, удаляя поверхностный слой на незначительную глубину; травлением выявляют микроструктуру и с 15 помощью оптического металлогрэфического микроскопа проводят количественную оценку изменений в ней, Перед микроскопическими измерениями фиксируют поло-, жениечувствительного покрытия йэ 20 предметном столике микроскопа и устанавливают соотношение между координатами чувствительного покрытия на поверхности исследуемого тела и его координатами на предметном столике, Количественный пара метр изменений о микраструктуре - относительную плотность растущих зерен Ад - определяют линейным или точечным методом количественной металлографии. При этом поверхность шлифа чувствительного 30 покрытия делят на участки, размеры которых определяются необходимой локальностью определений, причем измерения Ад на каждом участке проводят отдельно, независимо от остальных, 35Закончив измерения в плоскости первого шлифа, полированием удаляют слой покрытия на 2 мкм и более, вновь выявляют микроструктуру и оценивают количественные изменения в ней, Таким образом повто ряют измерения А в нескольких продольных шлифах, стараясь располагать их равномерно по толщине покрытия. Результаты измерений о последовательных шлифах на каждом отдельном участке чувст вительного покрытия усредняют, а средние результаты используют для определения интегральных значений параметров напряженно-деФормированного состояния исследуемого тела в условиях циклического 50 нагружения - нахождения мест действия максимальныъх напряжений и деформаций, определения интегральных значений амплитуд деформаций и напряжений, оценки усталостнаго повреждения тела и др. 55Результаты экспериментальных испытаний способа представлены в таблице.Результаты определений интегрального значения амплитуды циклических напряжений по данным количественной оценки изменений о микроструктуре чувствительного медного электролитического покрытия о последовательных продольных шлифах по его толщине, Доверительная вероятность Р = 0,9,Определение интегрального значения амплитуды циклических напряжений право- дили на участке размерами (100 х 100),10м на поверхности испытательного конического образца из стали 45, подобного применяемым для тарировки чувствительных электролитических покрытий, Нэгружение образца проводили на машине для усталостных испытаний МУИна чистый изгиб при вращении. Число циклов нагружения Й= = 1,10 . Чувствительное медное электролитическое покрытие толщиной 20 мкм получали по авт,св, М 1191730. Для закрепления покрытия на образце использовали клей "Циакрин 30", при снятии покрытия применяли ацетон, Последовательное удаление слоев покрытия осуществляли электролитическим полированием, глубину снимаемого слоя оценивали по времени электролиза при контролируемой сйле тока. Микроструктуру покрытия выявляли химическим травлением о солянокислом растворе хлорного железа. Количественные металлографические измерения. проводили линейным методам при подвижном лоле и общем увеличении 487". Заданную точность в определении Аполучали достаточно большим количеством независимых измерений отрезков на локальном участке олифа, Интегральное значение амплитуды циклических напряжений о действовавших на рассматриваемом участке поверхности исследуемого тела при нагружении, определяли по тарирооочной зависимости относительной плотности растущих зерен Ад,от значений ба, (см, чертеж).В таблице интегральные значения амплитуды напряжений, определенные по данным для отдельных шлифов, соответствуют определениям по известному способу. Видно, что указанные значения различаются значимо уже при удалении одного последовательного шлифа от следующего на глубину 2 мкм и более. Следовательно, определения по известному способу значительно менее точны, чем это представляется в таблице по доверительным интервалам для Ади Ж по данным для отдельных: шлифов " эти доверительные интервалы связаны только с точностью количественной оценки изменений в микроструктуре в отдельном шлифе на локальном участке чувствительного покрытия, Повышение точности и достоверности определений па1753352 Интегральное значение амплитуды циклических напряжений (п) по данным отдельных шлифов,МПаРасстояние от плоскости данного шлйфа до плоскости предыдущего шлифа, мкм Номершлифа Относительная плотность растущих зерен (А)по данным отдельных шлифов Интегральное значение амплитуды циклических напряжений (Оа) по средним данным возрастающего числа шли ов.МПа 0,30+0,02 0,28+0,02 0,20+0,02 189,5+0,8 188,7+0,8 185,5+0,8 1.23 1 2 187,1+14,30,32+0,02 0,24+0,02 0,31+0,02 190,3+Ъ,8 187,1+0,8 189,9+0,8 предлагаемому способу при использовании ряда продольных шлифов покрытия; распределенных по толщине покрытия с выполнением указанного выше условия, отражается в последовательном сужении доверительного интервала определений оа, по средним данным в 2-х, З-х, 4-х и 5-х шлифах,Оценка степени повышения точности и достоверности определений по предлагаемому способу по сравнению с прототипом может быть проведена с использованием известной формулы для расчета доверительногоинтервала математического ожидания результата:а-х+1,64 у; - ,где а - математическое ожйданиерезультата определения;х - среднее значение результата;1,64 - квантиль нормированного нормального распределения уровня на доверительной вероятности Р = 0,9;0 - дисперсия;и - число измерений (испопьзованных шлифов),Из уравнения видно, что при проведении определений в соответствии с предлагаемым способом в 2-х - 4-х шлифах чувствительного покрытия доверительнйй интервал результата сужается соответственно в 1;4-2 раза. Реальное повышение точности значительно выше (это вйдно уже иэ данных таблицы), так как на практике значение дисперсий остается неизвестным (для определения дисперсии о надо прове-. сти более 20 определений в отдельных шлифэх) и расчет доверительного интервала приходится вести по формулеЯ а ка "+ ччи5 где Я - выборочное среднее квадратичноеотклонение;М - значение квантили распределенияСтьюдента уровня доверительной вероятности Р для числа степеней свободы 1 = п, 10 Формула изобретения1. Способ определения интегральныхзначений параметров напряженно-деформированного состояния тел при циклическом;нагружении, заключающийся в том, что 15 на поверхности тела закрепляют покрытие изизменяющего под действием циклического деформирования микроструктурнце характеристики электролитического металла, подвергают тело с покрытием циклическому 20 деформйрованйю, изготавливают шлиф покрытия и определяют изменение его микроструктуры до й после нагружения, по которым судят об интегральных значениях параметров напряженно-деформированно го состояния тела при нагружении, о т л и -.ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности при контроле локальных участков, изготовление шлифа осуществляют путем поочередного удаления слоев покрытия на 30 глубину не менее 2 мкм, а о параметрахнапряженно-деформированного состояния тела судят с учетом изменений микроструктуры указанных слоев;2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я 35 тем, что удаленйе слоев покрытия осуществляют равномерно по его толщине.,10 Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул,Г Заказ 2763 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5