Образец для исследования напряженно-деформированного состояния

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 946707 11 М,КП з В 21 В 19/00 С 01 И 1/00(22) Заявлено 04. 02. 81 (2 Ц 3249368/22-02с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -Опубликовано 300782, Бюллетень М 28 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 300782 Красного Знамени института ст спл(54) ОБРАЗЕЦДЕЙТОР ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОВАННОГО СОСТОЯНИЯ тносится к прокатномуименно к исследо-деформированногоалла методом координацрссе поперечно-винием образ ы и по ис ке опреде ину дефор ане остетИзобретение опроизводству, аванию напряженносостояния биметтной сетки в протовой прокатки,Известен образец для исследования напряженно-деформированного со стояния, представляющий собой цилиндр, разрезанный по продольной о симметрии, с нанесенной координатн сеткой на одной из соприкасающихся плоскостей реза.После обработки давленрасщепляют на две половинкаженной координатной сетляют количественную величмации.Такой образец используется для исследования напряженно-деформиров ного состояния и при поперечно-вин товой прокатке.Образец изготавливают следующим образом.Цилиндрическую заготовку разр зают на две равные части по про.дольной оси симметрии Затем на пл кость реза одной иэ половин нанося координатную сетку, Координатную с ку наносят несколькими способами: механическим (на строгальном станке), типографским и фотографическим. После чего обе половины совмещают друг с другом, скрепляют, например, путем пайки и обтачивают на токарном станке по диаметру до требуемого размера. Образцы изготавливают из какого- либо модельного материала: свинец,медь и т.д. 1.Недостатки такого образца заключаются в том, что фотосетки и координатные сетки, нанесенные типографским способом, выгорают при температурах деформации 1000-,1200 СКоординатная сетка, нанесенная механическим способом, получается низкого качества, так как при уменьшении шага сетки (5 мм и меньше) отдельные ячейки сетки зачастую выкрашиваются. Кроме того, плоскость разъема образца в процессе деформации из-за ее неравномерности, как правило, искажается, в результате чего возникают трудности при отделении одной половины образца от, другой после деформацииСоставление образца из двух половин понижает его прочность, что приводит к неучитываемой погрешности деформации. Использование модельного материала1 не позволяет количественно определить напряженное состояние. Наконец;указанный образец дает возможностьизучить картину деформации лишь водной плоскости - плоскости сеченияобразца, поэтому невозможно определить тангенциальную составляющуюскорости деформации, а также скручиванне образца при поперечно-винтовойпрокатке.Известен образец для исследования 10напряженно-деформированного состояния металла в процессе обработкидавлением, составленный из пластинс нанесенными на них координатнымисетками в виде рисок 21.15Недостатком образца является то,что прочность его мала для деформирования винтовой прокаткой, в результате этого возможно применение только модельного материала, отличающегося высокой пластичностью, что непозволяет оценить напряженное состояние для реальных металлов.Известен также образец для исследования деформированного состоянияметалла при винтовой прокатке, составленный из дисков с нанесеннымина них координатными сетками. Дискисварены между собой 3.Недостатком известного образца яв-ляется то, что он не позволяет оценить продольную деформацию с достаточной точностью, так как выполнение образца из дисков приводит к погрешности при определении деформации,35Кроме того, точная установка дис-,ков друг относительно друга приводитк значительным сложностям при изготовлении образца,Однако такой образец отличается 40от первых двух тем, что позволяетопределить тангенциальную составляющую скорости деформации, скручивание образца.наиболее близким к предлагаемому 45по технической сущности являетсяобразец, содержащий цилиндрическоетело с проволочной координатной сеткой.Образец изготовлен из свинца и вего объеме расположены параллельнооси в строгом порядке медные право"лочки, представляющие собой коордиватную сетку. После обработки давлением образец раэрезается по диаметральным сечениям и по расположению медных проволочек в плоскостяхреза определяется объемная картинараспределения дефОрмации4;1Недостатком такого образца является следующее. Если при продольной прокатке образец дает нам полную и достаточно точную информациюо распределении деформаций, то припоперечно-винтовой прокатке такойобразец не дает достаточной инфор Мации для определения распределения деформаций и напряжений в очагедеформации. Это связано с тем, чтоконфигурации ни одной из координатных линий координатной сетки привинтовой прокатке не совпадают страекторией движений каждой точкиметалла, поэтому получаемые поля скоростей деформации и деформаций, представленные через одну Эйлерову и двеЛагранжевые координаты, оказываютсязависимыми от времени.Чтобы установить зависимость искомых полей скоростей деформации идеформаций от времени, необходимопровести значительное число сложныхдополнительных экспериментов которые предполагают использование нескольких идентичных образцов, прокатываемых с.торможением черезразные интервалы времени.Кроме того, дополнительные эксперименты усложняют обработку результатов, поскольку приходитсяпривлекать дополнительные формулы игипотезы для исследования напряженно-деформированного состояния привинтовой прокатке.Цель изобретения - упрощение обработки результатов при винтовойпрокатке путем получения полей скоростей деформации и деформаций, независящих от времени.Поставленная цель достигаетсясозданием образца, содержащего цилиндрическое тело с проволочной координатной сеткой, в котором координатная сетка выполнена в виде нескольких расположенных по винтовой линии проволочек на цилиндрических поверхностях разного радиуса с шагом,равным шагу осевой подачи.Такой образец позволяет сократитьколичество экспериментов и упроститьобработку результатов.На чертеже показан образец для исследования напряженно-деформированного состояния.Образец состоит из цилиндрического тела 1 из основного металла и проволочной координатной сетки 2,Чтобы поЛучить поля скоростейдеформации и деформаций, не зависящие от времени, необходимо, чтобыконфигурация одной из координаткоординатной сетки совпадала с траекторией движения каждой точки металла. Поскольку образец при поперечно-винтовой прокатке совершаетвинтовое движение, то и одна иэ координат выполняется в виде винтовойлинии с шагом, равным шагу осевойподачи заднего недеформированногоконца образца за один оборот призаданных условиях прокатки.Координатная сетка, выполненнаяв виде проволочек, расположенных ловинтовой линии с определенным шагомв объеме образца, позволяет определить направление скорости каждой точки металла. Известно, что вектор скорости направлен по касательной к линиям тока металла в процессе деформации. При поперечно-винтовой про катке линии тока металла располагаются по винтовой линии с шагом, равным шагу винтового перемещения зад. него недеформированнного конца образца за один оборот. Координатная сет ка, расположенная в объеме образца по винтовой линии с шагом, соответствующим линиям тока, будет совпадать с линиями тока металла, поэтому скорость металла будет направлена по касательным к проволочкам, образующим пространственную координатную сетку. Определяя направление скорости перемещения каждой точки проволочки, узнают направление скорости перемещения каждой точки металла при деформа. ции.Условие несжимаемости объема вместе с информацией б перемещении заднего жесткого недеформированного кон ца образца в процессе прокатки (скорость осевого перемещения) дают возможность определить модуль скорости каждой точки проволоки, совпадающий с модулем скорости точек металла. Зная скорость точек металла, определяют распределение скоростей деформации и,деформаций в объеме образца при поперечно-винтовой прокатке. Образец прокатывают с торможением, после чего разрезают его по диаметральным сечениям и по расположению проволоки относительно декартовой системы координат в плоскостях реза определяют напряженно-деформированное со-. стояние образца в очаге деформации. 40Первоначально вычисляют вектор скорости течения металла, используя условие несжимаемостиК йЯ = Ч (х, ,)ЙЯ, (1) 45Первую компоненту скорости каждой точки определяют из выражения (1)О ОЧ (х,) =-.-Ч, (2) огде ЙЯ - площадь сечения проволочкиперед очагом деформации;ЙЯ - площадь сечения проволочкив очаге деформации;Ч - скорость осевого перемеще 1ния заднего недеформированного конца образца.Зная первую компоненту вектора скорости, нетрудно определить остальные две компонентыЧ = Ч(х ,) -"-Для вычисления Ч и Ч частныейха бхай производные . - и - - заменяем наахи ах отношения приращения соответствующих координат проволочки, получаемых из эксперимента.Чтобы определить компоненты тенэора скорости деформации, пользуются выражением Стокса. йЧ йЧ Чх + Гх. где Ч=Ч 1 (х) Ч(х, ф,) - компоненты вектораскорости.Для определения изменения тензорадеформации между двумя соседними сечениями длякаждой линии тока справедливо выражение1)где ., р, - тензоры скорости деформации одной линии токав двух соседних сечениях;время, за которое про 2 дх; -2 изошло изменение тензора деформации.Тензор деформации для одной линиитока определяется .суммированиема; (х,+хд,)=; Ю,д)+ь;где ;(ХфОДД - тензор дефор)мации в последующих деформированных сечениях х +ьх11,Я) - тенэор деформации в недеформированном сечениих;.,Ьч - изменение тензора деформации между двумя соседними сечениями.Применяя одну иэ теорий пластичности, вычнсляю 1 компоненты девиатора напряжений через компонентытенэора деформаций, в результатечего получают полную информацию ораспределении скоростей деформации,деформаций и напряжений в объеме. образца при поперечно-винтовой прокатке,Образец для исследования напряженно-деформированного состоянияпри поперечно-винтовой прокатке может быть выполнен следующим образом.Образец состоит из некоторого количества цилиндров, вставленных другв друга.На поверхности каждого цилиндра сделаны несколько пазов, в частности восемь, по винтовой линии с шагом, соответствующим шагу осевой подачи заднего недеформированного конца об" разца за один оборот при заданных условиях прокатки (при определенномобжатии, угле подачи и т.д.у, В пазах нставлена проволочка, представляющая собой объемную координатную сетку и отличающаяся по цвету от образца. Чтобы пазы в цилиндрах были размещены строго один под другим, 5 предусмотрен штифт, расположенный на расстоянии 15 мм от заднего конца образца. Торцы образца заварены, Шаг винтовой линии или шаг осевой подачи заднего недеформированного 10 конца образца за оцин оборот опрецелится по формулеЗЗк, ЧоЯ: - - - Я Й -)о К) 50 15 где Р -. диаметр заднего конца образ-Кца)К - количество валков;угол подачи;-- определено из опытных даноныхРДпя получения образца используют свинцовый цилиндр, на котором намотана проволока по винтовой линии с заданным шагом. Свинцовая заготовка 2 э помещается в полый цилиндр и заливается свинцом. На остывшую заготовку снова наматывается проволочка по винтовой линии с тем же заданным шагом, после чего свинцовый образец помеща ется н другой полый цилиндр, у кото" рого диаметр больше диаметра первого цилиндра, и заливается другим слоем свинца.Таким образом, последовательно по- З; вторяя процесс, получают образец, в объеме которого располагаются проволочки по винтовой линии с определенным шагом, представляющие собой пространственную координатную сетку.Образец получают путем прессования, н результате получается сплоаной образец, н объеме которого пространственная координатная сетка:выполнена н виде проволочек, расположенных по винтовой линии. В этом случае при определении шага винтовой линии учитывают вытяжку.ггри прессовании.Предлагаемый образец позволяет определить условий свариваемости аэличных слоев цилиндров, состанляющих образец.Знание закономерностей объемного течения металла от различных параметров процесса винтовой прокатки ,обжатия) угла подачи, угла раскатки, калибровки валков) позволяет правильно строить технологический процесс деформации сплошной заготовки сокращает объем экспериментальных исследований процесса, который получает широкое развитие для производства труднодеформируемых сплавов, цветных металлов, непрерывнолитой заготовки, биметаллов, что и определяет эконоьпческий эффект предлагаемого образца.Формула изобретенияОбразец для исследования напряженно-деформированного состояния, содержащий цилиндрическое тело с проволочной координатной сеткой, о тл и ч а ю щ и й с я тегл, что, с целью упрощения обработки результатовпри винтовой прокатке путем получе"ния полей скоростей деформации и деформаций, не зависящих от времени,координатная сетка выполнена н,ниденескольких расположенных по винтовойлинии проволочек на цилиндрическихповерхностях разного радиуса с шагом,равным шагу осевой подачи.Источники информации,принятые но внимание при экспертизе-1. Смирнов-Рляев Г.А. и Розенберг В,М. Теория пластической деформации металлон, Машгиэ, 1958, с.327328.)2, Полухин П,И. и др. Деформации ии напряжения при обработке металловдавлением. М., "Металлургия", 1974,с,187, 2093, Потапов И,Н. и др. Исследование деформированного состояния привинтовой прокатке с помощью методакоординатных сеток. "Известия ВУЗон"Черная, металлургия" ) 1974, Р 11,с,б 5,4. Камиев П.В,Повышение точностиизмерений усилий при ковке и штамповке.-"Энергомашиностроение", 1970Р 2, с,30-32.946707 Составитель Л.МатуринаРедактор А.Лежннна Техред Т. Маточка корректор А.Дзят 10/15 Тираж 845 ВНИИПИ Государственного копо делам изобретений и о 3035, Москва, Ж, Раушск Подписномитета СССРкрытийя наб., д.4/5 Зака илиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Прое 4