- •Министерство образования Российской Федерации
- •Содержание
- •Цель практической работы
- •Введение
- •Методы определения остаточных напряжении классификация и анализ методов определения остаточных напряжений
- •Определение остаточных напряжений и релаксации их в деталях произвольной формы методом профилированной координатной сетки.
- •Определения релаксации остаточных напряжений,
- •Обратного упругого последействия материалов методом
- •Профилированной координатной сетки в деталях
- •Цилиндрической формы
- •Оригинальная часть задания.
Определение остаточных напряжений и релаксации их в деталях произвольной формы методом профилированной координатной сетки.
Качественные характеристики машин и механизмов - надежность, долговечность, безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость- в значительной мере зависят от физико-механических и физико-химических свойств материалов, сегментирующих прочность - одно из основных требований, предъявляемых к конструкции деталей. Механическое разрушение, или нарушение сплошности, коррелирует от остаточных напряжений (ОН), которые существуют и самоуравновешиваются внутри материала при отсутствии нагрузок или изменений температур. В результате сдвигодислокационных и диффузионных процессов ОН релаксируют. Релаксация остаточных напряжений (РОН) развивается во времени к устойчивому равновесному состоянию. РОН - вызывает изменение геометрической формы и размеров детали.
Существующие в настоящее время методы определения ОН в деталях машин и элементах конструкций с некоторой степенью условности можно разделить на группы по трем основным комплексам исследований:
механические методы, основанные на измерении статических или динамических перемещений или деформаций деталей при разрезании и последовательном удалении слоев и определении вызвавших их напряжений;
физические и физико-химические методы, основанные на измерении параметров рентгеновских, оптических, магнитных, ультразвуковых, радиополяризационных, электрических и других процессов в зависимости от напряженно-деформированного состояния, методы, основанные на измерении перемещений или деформации детали, связанных с несовершенной упругостью металла.
Методы, объединенные первыми двумя комплексами измерений исследований ОН, нашли широкое распространение в практике инженерных расчетов и фундаментальных исследований.
Известные детерминированные методы расчетов. ОН и РОН для большинства деталей машин и механизмов основываются на применении дискретных значений прочностных характеристик материалов, которые имеют случайный характер, подвержены, значительному рассеиванию вследствие дискретного строения материала (наличия вакансий, дислокации и т. д.) и в общем случае изменяются по вероятностным законам.
Напряженно-деформированное состояние деталей, возникающее под влиянием ОН и РОН, описывается детерминированными уравнениями, вследствие того что определение коэффициентов этих уравнений базируется на детерминированных методах строительной механики машин и теории упругости, применяемых для расчета станочных приспособлении.
При выводе детерминированных уравнений делается допущение возможности применения изотропных упругих постоянных. Это допущение некорректно в связи с зависимостью жесткости зерна от ориентации его.
В связи с несплошностью материала необходимо различать напряженно-деформированное состояние элемента объема и напряженно-деформированное состояние всего тела, характеризуемых переменными значениями упругих величин - коэффициентом Пуассона -μ модулем продольной упругости - Е, модулем сдвига - G.
Наиболее распространенные механические методы являются разрушающими, так как измерение проводится путем разрушения детали. При определении ОН и РОН на моделях необходимо установить алгоритм подобия, вследствие того что материалы модели и детали имеют неоднородную структуру, различные напряженно-деформированные состояния (разные значения μ,Е, G).
Методы, относящиеся к третьему комплексу измерений, заключаются в том, что на детали наносят кернением, нацарапыванием, штамповкой, травлением, напылением, фотографированием и т. д. координатную (делительную) сетку, которую затем деформируют и о величине ОН и РОН судят по изменению расстояния между характерными точками до и после приложения нагрузки.
При определении РОН учитывают также фактор времени. Исследования напряжённо-деформированного состояния деталей спирально-реечного токарного патрона, проведенные во Фрунзенском политехническом институте, позволили создать метод профилированной координатной сетки.
Оригинальность разработанного метода состоит в том, что в качестве координатной сетки при испытании используют элементы конструкции детали, имеющие определенное функциональное назначение в условиях эксплуатации.
В качестве координатной сетки могут быть приняты рабочие элементы детали, несущие основную нагрузку и спрофилированные по кривым, имеющим самую разнообразную форму.
Перед измерениями посредством индуктивного дифференциального датчика БВ-844 и самописца БВ-662 получают график ошибок шага и профиля спирали после финишной обработки (шлифования). При точном изготовлении спирали график ошибок, шага профиля аппроксимируется прямой линией.
После приложения консольной нагрузки к рабочей поверхности витка спирали осуществляют повторную запись спирали. Сравнивая оба графика, определяют отклонения параметров кривых - шага и профиля спирали, вызванные приложением нагрузки, и по величине этих отклонений и времени между моментом снятия нагрузки и повторным измерением судят о релаксационных свойствах материала.
При испытании на РОН определяются следующие характеристики; скорость РОН; сопротивление РОН; предел ползучести при РОН; время РОН. Информация о напряженно-деформированном состоянии спирального диска токарного патрона представляется в виде записи значении диагностического параметра - ошибок шага и профиля спирали (положения и формы пиков и впадин деформационных кривых).
Результаты измерений интерпретируются в виде непрерывных функции х (деформационных кривых).
Анализируя протекание отображающей функции - кривой x(t), судят о напряженно-деформированном состоянии детали.
Аппроксимация деформационных кривых может быть выполнена путем разложения в ряд по тригонометрическим функциям (ряд Фурье), полиномам Лежандра, Чебышева, Эрмита.
Представление деформационной кривой x(t) на участке t0 спомощью рядов Фурье дает возможность использовать коэффициенты разложения функции для определения параметров напряженно-деформированного состояния детали, например логарифмического декремента, описывающего в этом исследовании влияние ОН на затухание колебаний.
Структурная схема измерений методом профилированной координатной сетки включает датчик, преобразователь, усилитель, регистратор, ЭВМ.
Результаты исследования поведения деформационных кривых в цикле восстановления имеют качественную информативную ценность, так как они отражают напряженно-деформированное состояние всего тела и не абстрагированы от реального строения металла.
Диагностическое значение имеют также результаты измерения во времени фиксированных (характерных) на детали точек, в которых вследствие высокого градиента напряжений, вызванного рабочими и ОН, возникает движение дислокации, ведущее к РОН. В этом случае получают информацию о напряженно-деформированном состоянии микроэлемента объема детали.
Метод профилированной координатной сетки для определения ОН и РОН внедрен на одном из машиностроительных заводов.