Способ определения напряжений в конструкциях из ферромагнитных материалов
Изобретение м.б. использовано для неразрушающегося контроля механических напряжений. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения параметров напряженного состояния материала конструкции. Устанавливают преобразователь на кон;гролируемое изделие, ориентируют его намагничивающий магнитопровод перпендикулярно направлению начальной анизотропии, фиксируют сигнал преобразователя. Поворачивают последний против часовой стрелки на угол 45°, фиксируют сигнал преобразователя и определяют разность напряжений , разность главных напряжений, касательные напряжения и положения главных площадок по определенным математическим формулам. 1 ил. (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
А1 (19) (11) (51) 4 О 01 ? 1/12
OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ
H д ВТОРСНОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4011436/18-10 (22) 20.12.85 (46) 23.01.88. Бюл. ¹ 3 (71) Дальневосточный политехнический институт им. В.В. Куйбьппева (72) Е,М.Беловицкий, В.А. Юрченко, В.Г. Добржанский и И.M. Жданов (53) 531.781(088.8) (56)Заявка Японии ¹ 59-45228, кл. G 01 L 5/00, 1984.
Авторское свидетельство СССР № 1185126, кл. G 01 ? 1/12, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ
В КОНСТРУКЦИЯХ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение м.б. использовано для неразрушающегося контроля механических напряжений ° Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет определения парамет" ров напряженного состояния материала конструкции. Устанавливают преобразователь на контролируемое иэделие, ориентируют его на)агничивающий магнитопровод перпендикулярно направлению начальной анизотропии, фиксируют сигнал преобразователя, Поворачивают последний против часовой стрелки на угол 45, Фиксируют сигнал преобразователя и определяют разность напряжений, разность главных напряжений, касательные напряжения и положения главных площадок по определенным математическим формулам. 1 ил. (5) n=Т<„
1 +д где Т = 2k М Ж
- коэффициент пропорциональности, 1 +д
n=2kMg
6„-6 — — sin2 d.
50 (2) + 2 х cos2< ), где 8, 0"ху
1 13686
Изобретение относится к измерению. механических остаточных напряжений в конструкциях из ферромагнитных материалов и может быть использовано в машиностроении, судостроении и других отраслях промьппленности для неразрушающего контроля механических (остаточных) напряжений.
Цель изобретения — расширение фун- 10 кциональных возможностей за счет определения параметров напряженного состояния -материала конструкции.
На чертеже изображена векторная диаграмма синусоидальных величин, ис- 15 пользуемая для определения гармонической зависимости, несущей информацию о напряженном состоянии материала контролируемого изделия.
При вращении преобразователя во- 20 круг своей продольной оси на ферромагнитном материале получают зависимость изменения выходного сигнала преобразователя и от угла поворота с
25 п;-М 3Cfk,(Е -C„) sin2d. + 2k И вЂ” начальная намагниченность о, материала от намагничива- ЗО ющей катушки преобразователя; X — магнитная восприимчивость; Х у "у- компоненты тензора деформа35 ций; k, К вЂ” константы магнитоупругости, Ъ выражаемые через параметры магнитострикции Л, У вЂ” угол поворота преобразова- 40 теля. Если перейти от деформаций к напряжениям по закону Гука и вместо двух констант магнитоупругости k, и одну k2 TRK KRK Учитыва 45 ется только дивиаторная часть тензора деформаций, то соотношение (1) принимает вид компоненты тензора напряжений; коэффициент Пуассона; модуль продольной упругости. 7О 2 Для линейного напряженного состояния соотношение (2) принимает вид п = 2К М X †" sin 2d- (3) 1 +P 6„ которое по виду совпадает с формулой касательных напряжений при линейном напряженном состоянии: — sin 2d Ф 2 (4) и имеет вид гармонического колебания. Hs сопоставления соотношений (3) и (4) следует, что сигнал, снимаемый с индикаторной катушки преобразователя, пропорционален касательным напряжениям и имеет вид гармонического колебания. Следовательно при = 45 т =7— и 2п 2nS (6) 7 Д- F Коэффициент пропорциональности Т (в дальнейшем градуировочный коэффициент) можно определить при ступенчатом растяжении известными ступенями нагружения дР эталонного образца известной площадью поперечного сечения $ по формуле 2g nS (7) F где А n - изменение сигнала преобразователя. При плоском напряженном состоянии касательные напряжения имеют,вид гармонического колебания; х с = . sin 2с + -ху cos 2с - (8) Ц,р и сигнал, снимаемый с индикаторной катушки преобразователя при его повороте, также меняется .по гармоническому закону (2). Из сопоставления соотношений (2) и (8) видно, что индикаторная катушка преобразователя, кроме учета касательных напряжений реагирует на сдвиг относительно отсчетных осей, в результате чего в соотношении (2) при касательной составляющей появляется коэффициент 2. Для разделения напряжений соотношения (2) преобразуют к виду эу ®, п = Т 2 sin 2с + 2Т i„ cos2d- i 9) 1368670 (10) 2Т „ = А sin I1 . (1.1 ) 5 Тогда . соотношение (9 ) принимает вид и = А соя 1 я п2о + Asin V cos2ä (12) или 10 и =,А sin(2M + I1 ), (13) (20) 9 и 12) следует ), (14) А = Т 25 (16) А = T 30 Тогда ))): - ) )() 1цЧ --— а n1 ссЯЫд- пдсоя2 - 1 Откуда cos2d-P (n sin& - n sin29,<) С .У- С 1) (П1сos2oI — n A = (d + d = sin2 образователя на эталонном образце в исходном положении,с = О; и э 12 сигнал преобразователя на эталонном образце при его повороте на угол с = 40 = Посл 26) sin2(с — с -„ ) ) Из соотношений (22) и (23) и cos2 - n "оя 1 45 - ях п2 (с ., 1-d. ) и оя2сФ. - П2у ряд-, g а — и sin2 (+« -сс,„) sin2H — n sin2911 я П2(., - с 1, ) 11 Ь1— 50 (32) 55 Обозначают ®v- © Т =Acosf которое описывает гармонический колебательный процесс. Из соотношений () ( (15) х Соотношения (14) и (15) могут быть разрешены относительно . „и (з— - О„через А и tg М . Для этого выражают 2 с из соотношения (1 5 ) и подставляют в соотношение (14): Соотношения (24) и (26) выведены в предположении, что n - сигнал преобразователя при его угле поворота Ф 1и и< - при угле поворота с q. При с „= О и с - = 45 соотношения (23) и (26) принимают вид tg9=-— (27) и A= n1+ ng (28) Для определения гармонической зависимости, несущей информацию о напряженном состоянии контролируемого изделия, пользуются векторной диаграммой синусоидальных величин. Обозначают через и 11- сигнал преобразователя на изделии в исходном положении,с 11= О; и сигнал преобразователя на изделии при его повороо. те на угол - 1= 45 ; п, - сигнал пре4 О„-o — cos V 2А (18) Гармоническую зависимость (13)можно определить координатами двух точек и,= i(,) и и = I"(oI ): n = Asin(2 + Q ) 1 1 У (19) n>= Asin(2&,+9 ) с и = A sin2d + bcos2d. и = o(sin2d<+ bcos2d д Э где n n Э о 1 и r3- — координаты точек по оси абсцисс и ординат. Разрешив эти уравнения относительно Ъ, получают n1sin2+- n>sin28„= b(cos2с я п2с(— -cos2bLsin2cI,) . (21) 2. Откуда и s i n28 — п s i п2д(22) sin2(- oI„) Аналогично () я>-п2 (д — 1 ) sin2&qg- и п2 1 — n sin2(с -, ) ю Как видно Ь вЂ” 1, (33) а1 — ag. n21- na2 5 368670 6 n — n — по оси симметрии (это является исход 2 ным положением преобразователя на об(п — и ) + (и — и ) 2 11 1t 12 разце), фиксируют сигнал преобраэова- IJ теля, поворачивают преобразователь А = (и — и ) + (n — и ) (36) 5 а2 1 1 на образце против часовой стрелки на угол 45 и фиксируют сигнал преобразователя. После этого устанавливают преобразователь на контролируемое изб (иаг ид4 + (n g (nq )10 делие, ориентируют его намагничива 2 ющий магнитопровод перпендикулярно (n-n )+(и-n ) 2(Q9. 1Q- (37) направлению начальной анизотропии (это является исходным положением (38) преобразователя на изделии), фикси"15 руют сигнал преобразователя, поворачивают преобразователь против часовой стрелки на угол 45, фиксируют сигнал о преобразователя и определяют разность нормальных напряжений по формуле. 2 (п nQ у Х T з1и Подставляя соотношения (34) и(36) в (18), получают 2 д -g=-— У " Т 2(и ) T Из соотношений (15), (34) и (35) (= Б1П >У 2Т 2Т (39) Полуразность главных напряжений при плоском напряженном состоянии - 2 б б» 2 ) + хч (40) разность главных напряжений по формуле ,-,= т („,п касательные напряжения по формуле 1Е 2 2Т Подставляя соотношения (38) и (39) в (40) получают 1 2 6 -б = — (4(и — n 1. +(и — n ) Т 21 2 11 12 (41 Положение главных площадок 40 50 где и — изменение выходного сигнала преобразователя; $ — площадь поперечного сечения образца; h,F - -ступень нагружения, определяют градуировочный коэффициент, ориентируют намагничивающий магнитопровод преобразователя перпендикулярно длинной стороне образца Формула изобретения Способ определения напряжений в. конструкциях из ферромагнитных материалов, заключающийся в установке четырехполюсного магнитоупругого преобразователя трансформаторного типа на эталонный образец, изготовленный tg28. = —" = - — — 1 (42) х 6 -б 2(и — иЛ 21 2Й Способ осуществляют следующим образом. Перед определением напряжений четырехполюсный магнитоупругий преобразователь трансформаторного типа устанавливают на эталонный, изготовленный из этого же материала,. что и контролируемое изделие, образец, ориентирует преобразователь;таким образом, что его намагничивающий магнитопровод находится под углом 45О к продольной оси эталонного образца, нагружают эталонный образец ступенчато в продольном направлении, фиксируют изменение выходного сигнала преобразователя и по выражению 2 диЯ gF Ф gp положение главных площадок по формуле где &;„,6 нормальные напряжения; 6 O2 — главные напряжения; хУ вЂ” касательные напряжения; Т - градуировочный коэффициент; n — сигнал преобразователя на изделии в исходном положении; n — сигнал преобразователя 21 на изделии при его повороте на угол 45 и - сигнал преобразователя 12 на эталонном образце в исходном положении; n — сигнал преобразователя 22 на эталонном образце при о его повороте на угол 45 7 13686 из того же материала, что и 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 шийся тем, что, с целью рас- 15 ширения функциональных возможностей за счет определения параметров напряженного состояния материала конструкции, при ориентации преобразователя на эталонном образце сначала устанав- gp ливают его намагничивающим магнитопроводом под углом 45 к продольной оси образца и при ступенчатом нагружении фиксируют изменение выходного сигнала, определяют градуировочный 25 коэффициент T равный удвоенному отношению произведения изменения выходного сигнала на площадь поперечного сечения образца к величине ступени нагружения, а затем устанавливают ЗО намагничивающий магнитопровод перпен7О 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 n, а парамет11 Ы ры напряженного состояния определяют по формулам: разность нормальных напряжений Оу и (7p разность главных напряжений д и3. 1 б-й = — 4(n-п + (и — n ) 1 ° 2 t. T 91 2 11. касательные напряжения «у п — и, р 2Т положение главных площадок < гл п,-п,2 2(n2„— п22 ) 
