Способ определения остаточных напряжений в кольцевых деталях

 

Изобретение относится к области исследований и измерений, конкретно к способам определения внутренних (остаточных) напряжений в деталях машин типа колец труб, зубчатых колес и других, имеющих переменную толщину стенки в поперечном сечении . Целью изобретения является повышение достоверности результатов для разностенных труб. Сущность изобретения заключается в том, что производят разрезку нескольких образцов в неодинаковых радиальных сечениях по периметру с различными значениями толщины стенки, а по результатам измерений строят графическую зависимость изменения определяемых компонентов напряжений по периметру образца , а в качестве номинального принимают среднеинтегральное для полученного графика значение напряжений. Разрезку каждого образца производят по линии, соответствующей наименьшему разбросу толщины стенки вдоль оси образца по отношению к Ёыбранному исходному значению для данного образца. Производят разрезку четырех образцов и последующее измерение их размеров в двух экстремальных и двух промежуточных радиальных сечениях, отстоящих друг от друга по периметру на 75...105°. Производят разрезку трех образцов в радиальных сечениях с двумя экстремальными значениями толщины стенки и одним промежуточным, отстоящим от каждого из них по периметру на 85...95°, a in, полученным точкам строят графическую зависимость распределения по периметру определяемых внутренних напряжений от разностенности в виде отрезка дуги политропной кривой второго порядка. В качестве среднеинтегрального принимают значение напряжений, соответствующее высоте прямоугольника , равновеликого площади построенного графика, а большее основание прямоугольника выбирают равным разности абсцисс экстремальных точек графика. 4 з.п.ф-лы, 15 ил. Юо Os сл N & о ю

СОЮЗ COBETCKHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 В 5/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕВЬСТВУ (61) 996855 (21) 4635082/28 (22) 09,0 l.89 (46) 07.06.91. Бюл. М 21 (71) Днепропетровский металлургический институт (72) В. В. Кириченко, В.М.Л ьвовский, Г.P.Êîáçàðåâ, В.Н.Данченко, В.Н.Фейглин, Ю.M.Áåëèêîâ, Г.В.Мишин, Е,Г.Алексеенко и

А,Д.Л ючков (53) 531.781.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 996855, кл. 6 01 В 5/30, 1981. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ

НАПРЯЖЕНИЙ В КОЛЬЦЕВЫХ ДЕТАЛЯХ (57) Изобретение относится к области исследований и измерений, конкретно к спосо- бам определения внутренних (остаточных) напряжений в деталях машин типа колец труб, зубчатых колес и других, имеющих переменную толщину стенки в поперечном сечении. Целью изобретения является повышение достоверности результатов для разностенных труб. Сущность изобретения заключается в том, что производят разрезку нескольких образцов в неодинаковых радиальных сечениях по периметру с различными значениями толщины стенки, а по результатам измерений строят графическую зависимость изменения определяемых комИзобретение относится к измерительной технике, может быть использовано при определении остаточных напряжений в кольцевых деталях в процессе их производства и является усовершенствованием изобретения по авт. св. М 996855.

„„Я „„1654646 А2 понентов напряжений по периметру образца, а в качестве номинального принимают среднеинтегральное для полученного гра,фика значение напряжений, Разрезку каждого образца производят по линии, соответствующей наименьшему раэбросу толщины стенки вдоль оси образца по отношению к выбранному исходному значению для данного образца. Производят раэрезку четырех образцов и последующее измерение их размеров в двух экстремальных и двух промежуточных радиальных сечениях, отстоящих друг от друга по периметру на

75...105 . Производят разреэку трех образцов в радиальных сечениях с двумя экстремальными значениями толщины стенки и одним промежуточным, отстоящим от каждого из них по периметру на 85...950, а и полученным точкам строят графическую зависимость распределения по периметру определяемых внутренних напряжений. от раэностенности в аиде отрезка дуги политропной кривой второго порядка. В качестве среднеинтегрального принимают значение напряжений, соответствующее высоте прямоугольника, равновеликого площади построенного графика, а большее основание . прямоугольника выбирают равным разности абсцисс экстремальных точек графика. 4 з.п,ф-лы. 15 ил.

Целью дополнительного изобретения является повышение достоверности для кольцевых деталей с различной толщиной стенок в осевом направлении.

На фиг.1-2 показана схема разрезки кольцевых образцов в радиальных сечениях

1654646 с наименьшей и наибольшей толщиной стенки соответственно, На фиг.З вЂ” 4 представлена схема упругой деформации криволинейного бруса переменного сечения, защемленного толстым концом 1 и тонким концом 2.

На фиг,, > представлена схема разделения заготовки на несколько наборов образцов с кратными между собой продольными размерами (шириной). Позициями А, Б, В обозначены три набора образцов, значения ширины которых вдоль продольной оси имеют целые общие множители между собой.

На фиг.6 — 7 представлена схема разрезки двух образцов по линиям, соответствующим наименьшим раэбросам толщины стенки по отношению к ее выбранному исходному значению; 1 — в сечении с наименьшей толщиной стенки, 2 — в сечении с наибольшей толщиной стенки.

На фиг.8-11 представлены схема разрезки трех образцов и измерение их размеров в радиальных сечениях, отстоящих друг от друга на 85...185 .

На фиг.12 — 14 представлена схема разрезки трех образцов с эксцентричной раэностенностью в сечениях; 1 — в сечении с наименьшей толщиной стенки: 2 — e сечении, отстоящем от него на 180 (второй образец) с наибольшим значением толщины стенки; 3 — в промежуточном сечении, расположенном на третьем образце, отстоящем от положения сечений каждого из предыдущих образцов на 85...95, На фиг,15 представлена схема построения экспериментальной графической зависимости у = f (Л0;Л t) изменения диаметральных размеров образца до и после разрезки (D) от разностенности (h t), Схема показывает определение номинального (среднеинтегрального) значения (h 0), как соответствующего высоте прямоугольника АВ С Е,равновеликого площади построенного графика, то есть FAacE = Vide, Способ обосновывается и осуществляется следующим образом, Целенаправленные измерения на нескольких образцах с различными значениями разброса стенки с последующим определением вида экспериментальной зависимости между разностенностью и измеряемым параметром и установление по этому графику в качестве номинального расчетного значения среднеинтегральной величины позволяет выбрать из нескольких значений наиболее точное и тем самым получить наиболее достоверный результат, 5

Измерения образцов с различными, кратными между собой продольными размерами, обеспечивает подобие измеряемых объемов у всех образцов и позволяет уменьшить влияние разброса отношения продольного (ширины) и поперечного (толщины стенки) размеров на достоверность результатов при разностенной заготовке. Кратные продольные осевые размеры образцов означают кратность (или подобие) объемов всех образцов и целочисленные значения коэффициентов между отношениями толщины стенки и ширины практически для всех сечений образцов.

При рэзрезке кольцо-образец, на которое действуют внутренние окружные (тангенциальные) напряжения, работает как 2 криволинейных бруса (балки), защемленных в сечении, находящемся в одной плоскости с разрезом. Поэтому если разрезать в наиболее тонком радиальном сечении, то защемленным сечением при эксцентричной разностенности будет противолежащее сечение с наибольшей толщиной стенки, наибольшей жесткостью и моментом инерции.

Следовательно, измеряемый диаметр в rilloскости, перпендикулярной плоскости разреза, равен Di = D2.

При разрезке и наиболее толстом радиальном сечении защемлено наиболее тонкое противолежащее сечение. Диаметр перпендикулярного сечения определяют экспериментально в результате замера D2 =

=Duadic. Это объясняется тем, что если криволинейный брус (балка) защемлен более жестким концом, то его свободный конец имеет меньшие перемещения под действием одной и той же нагрузки, чем если защемлен менее жесткий конец. То есть чем большей будет жесткость в местах эащемления, тем меньше при одной и той же длине (плечо момента) и величине действующей силы (напряжения) перемещение. Это следует из интеграла Мора для определения перемещения.

По формуле, определяющей зависимость

It 1 между кривизной (у = — ), изгибающим моR ментом (М = Р () и жесткостью (El, где Е— модуль упругости; — момент инерции сечения; R — радиус кольца) м pl. (1)

Е! Е1 где соответствует измеряемому после разрезки диаметру кольца (D).

Чем больше Е1, тем меньше у" (кривизна) (или больше R), то есть с увеличением жесткости в защемлении отклонение меньше, а значит меньше и измеряемый размер.

1654646

Поскольку разрезанное кольцо, как уже отмечалось выше, моделируется двумя защемленными криволинейными бру ами, то эффект удваиваегся пропорционально оаз-, ности экстремальных толщин стенок. Сле- 5 довательно, результаты замеров при защемлении противоположных концов могут отличаться в 2-4 раза друг от друга по периметру, если не учитывать влияния разностен ности. 10

Для снижения трудоемкости замеров при экспериментальном осуществлении способа, например при последовательном измерении трех последовательных образцов с произвольной (через 75...105О) или 15 эксцентричной (через 85...95") разностенностью, номинальное значение измеряемого параметра выбирается не в результате 6 — 8 замеров (как рекомендуется в технической литературе), а вдвое меньшим числом. Но- 20 минальное (среднее) значение определяется не вследствие последовательных измерений и выбора "рационального" радиального сечения (где результаты все равно будут с погрешностью при разностенной за- 25 готовке), а из равенства площади, лежащей между полученным экспериментальным графиком и осями координат (FABcE), и площади равновеликого прямоугольника

FABCE 30 По теореме о среднем значении при вычислении площадей с помощью интегралов имеем

t уох уср ь (2) 35 о

Поэтому значение высоты прямоугольника (уср) является среднеинтегральным значением искомой величины, то есть среднеинтегральным значением ординаты искомой величины на экспериментальном графике, Построение экспериментальных графиков (напряжение от разностенности) тем точнее, чем больше на нем эквивалентчых точек (или разрезов). что, в свою очередь, увеличивает трудоемкость эксперимента.

Выбор среднего значения в этом случае наиболее точный при наибольшей трудоемкости эксперимента, что существенно снижает достоинства любого метода, например трудоемкого метода Закса. Поэтому, определив по грем точкам вид графика (парабола) (что вносит некоторую погрешность), среднее значение искомой величины определяют интегрированием (что всегда снижает погрешность) как среднеинтегральное.

Выполнение наименьшего числа замеров на последовательных кольцевых образцах — элементах. полученных из общей заготовки, построение экспериментальной кривой по этому наименьшему числу замеров обеспечивают получение информации о распределении напряжений по периметру разностенных труб.

Для эксцентричной разностенности измерения производят в экстремальных точках и в промежуточной, что обеспечивает построение распределения напряжения по периметру по трем точкам. Ранее эта цель достигалась многократными измерениями.

Знание распределения тангенциальных остаточных напряжений по периметру и длине труб в зависимости от разностеннпсти соответственно пс периметру и длине труб необходимо для прогнозирования вероятности нарушения сплошности металлов, зависящей от величины указанных напряжений. Знание зависимости величин напряжений от разностенности необходимо для обоснования допустимой разностенности для конкретных условий эксплуатации в изготовлении трубчатых иэделий. По известной величине допустимой разностенности можно рассчитывать технологические маршруты и режимы изготовления труб. Например, определив, что для труб размером

42 х 6 мм из стали 45 при деформации ее на стане ХПТ по маршруту 68 х 8 42 х 6 мм допустимая относительная разностенность. не вызывающая образование макроразрушения металла после деформации (во времени), составляет 12, исходя из известной зависимости изменения эксцентричной разностенности при деформации по диаметру (которая для заготовки составляет

90 общей деформации) находим, что эксцентричная разностенность заготовки 68 х х 8 мм должна составлять не более 19о (при величинах подач в пределах 8...10 мм).

Для реального маршрута определение распределения зависимости внутренних напряжений от разностенности по периметру (а значит, и по длине) бесшовных труб позволяет одновременно с расширением объемов получаемой информации обосновать выбор сочетаний технологических параметров прокатки, удовлетворяющих условию допустимого уровня напряжений, и предотвратить в дальнейшем их трещинообразование, Разностенность бесшовных труб, полученных прокаткой и волочением,зависит от разностенности заготовки, объемов подачи (при прокатке), температуры и скорости деформации, величины общей деформации за проход, формы инструмента, вида технологической смазки и других параметров. lloэтому можно для данной деформируемой

1654646 марки стали аналитически или экспериментально установить то сочетание технологических параметров, которое обеспечит наибольший выход годного одновременно по критерию заданной разностенности и до- 5 пустимого уровня и разброса остаточных (внутренних) напряжений, вызывающих нарушение сплошности металлов непосредственно в процессе прокатки или в течение определенного времени после прокатки, 10

Так, например, известно, что после прокатки мартенситостареющих сталей при их вылеживании в необожженном состоянии на части труб образуются продольные трещины из внутренней поверхности, причем 15 уровень разностенности не превышает допустимого.

Незначительно уменьшив (на 10,.15 ) величину подачи и/или степень обжатия диаметра, не снижая производительности, и 20 одновременно уменьшив разностенность на 6 — 8, можно обеспечить допустимый уровень напряжений, не вызывающий образование трещин в трубах.

В зависимости от вида применяемой об- 25 работки (резание, абразивная обработка, злектрохимическое шлифование, электроэрозионная обработка) при раэрезке общей заготовки на кольцевые образцы и последующем разделении образцов (с удалением 30 или без удаления поверхностных слоев) будут различными отклонения и погрешности величин наведенных дополнительно остаточных напряжений, Однако качественный характер распределения напряжений по 35 длине и периметру заготовки будет одинаковым после всех видов обработки и определится в основном (для труб со средней и толстой стенкой) величиной и распределением разностенности. 40

Известные методы определения внутренних напряжений не обеспечивают достоверных результатов для колец и труб с переменной толщиной стенки. Неравномерность деформации при прокатке бес- 45 шовных труб, порождающая разброс толщины стенки и связанную с ней неоднородность остаточных напряжений, может быть уменьшена, если определение напряжений будет достоверным и нетрудоемким. 50

Кроме того, необходимо при наименьшем числе экспериментов получить достоверное распределение внутренних напряжений по периметру раэностенной трубы.

Раэрезку нескольких одинаковых, по- 55 следовательно вырезанных из бесшовной трубы, кольцевых образцов производят в неодинаковых радиальных сечениях. Например, в самом общем случае определяют измерением на четырех образцах точку с экстремальными (наименьшим и наибольшим) значениями толщины стенки и две промежуточные. Это определение производят либо по периметру с обоих торцов, либо на всех четырех образцах определяют близкие значения (экстремальные и промежуточные) радиальных сечений. Указанные точки отстоят друг от друга по периметру на

75...105, Значения нижнего (75 ), верхнего (105 ) пределов установлены экспериментально и обусловлены предельными значениями углов кантовки трубы при прокатке, определяющими периодический характер изменения разностенности труб по периметру. Как правило, радиальные сечения с промежуточной номинальной стенкой должны быть расположены между экстремальными, то есть через 90 . Однако вследствие неодинаковости углов кантовки и неравномерности деформации бесшовной трубы в выпусках волнового калибра отклонения могут составлять +15 . После измерений размеров определения экспериментальных и промежуточных значений толщин стенок производят разметку образцов — нанесение направлений разрезКи по внешней и внутренней поверхностям образцов, Измеряют значения диаметральных размеров и толщин стенок в местах разметки всех четырех образцов и заносят их в таблицу.

Первый образец разрезают в сечении с наибольшей толщиной стенки, второй — в сечении с наименьшей толщиной стенки, а третий и четвертый — в промежуточных радиальных сечениях, После разрезки производят повторные измерения диаметров по известной методике для всех образцов и заносят их значения в таблицу.

Раэреэка четырех образцов, как отмечалось выше, используется, если распределение разностенности нерегулярное по периметру, например при овальной форме отверстия.

Разрезку каждого образца производят по линии, соответствующей наименьшему разбросу толщины стенки вдоль от образцов по отношению к выбранному исходному значению для данного образца. Это означает, что линия разреза по ширине образца проходит по направлению, в котором разброс размеров сечений вдоль оси минимален. Это позволяет снизить погрешность, вносимую разбросом толщины стенки кольца вдоль оси образца.

Для труб с эксцентричной раэностенностью производят разрезку трех образцов в радиальных сечениях с двумя экстремальными значениями толщины стенки и одним промежуточным, отстоящим от каждого из

1654646

10 них по.периметру на 85...95О, а по получен- ным точкам строят графическую зависимость распределения по периметру определяемых внутренних напряжений от разностенности в виде политропной кривой второго порядка.

Образцы выбирают в количестве трех потому, что этого достаточно при эксцентричной разностенности для достоверного построения. расп ределения внутренних напряжений по периметру, Эксцентричная разностенность в трубах образована смещением от общего геометрического центра внутренней окружности цилиндрической трубы относительно внешней окружности.

Вследствие этого промежуточные (номинальные) значения толщины стенки отстоят от противолежащих (экстремальных) ее значений примерно на 90 на всех трех образцах с отклонением 5, что подтверждается большим количеством экспериментальных исследований (4). Поэтому наименьшие значения выбраны равными

85О, а большие 95О.

Промежуточные значения толщины стенки, расположенные в этих пределах, соответствуют номинальным по обе стороны от линии, соединяющей экстремальные точки.

Значение толщин стенок, расположенных ближе, чем на 85О, и дальше, чем на 95О от любого из экстремальных сечений, как показали проведенные авторами эксперименты, увеличивают погрешность, эа счет роста разброса отклонений стенки, Полученные три точки на всех трех образцах размечают, измеряют, а дальше заносят в таблицу (по измерениям диаметров и стенки до и после разрезки).

По полученным значениям разностей диаметров до и после разрезки каждого образца определяют значения остаточных напряжений.

Анализ результатов измерений всех видов разностенности показывает, что характер ее распределения (для каждого из видов) не изменяется по длине трубы во всех ее сечениях, То есть нерегулярный эксцентричный характер разностенности трубы одинаков для всех образцов, вырезанных из данной трубы, а тем более последовательных.

Выбор формы распределения (эпюры) напряжений в виде отрезка дуги политропной кривой второго порядка (гиперболы или параболы), которая строится по трем экспериментальным точкам, является достаточно точным и достоверным. Так, известно, что отрезки дуг парабол используются для по5

Ф

55 строения эпюр различных распределений,. например деформации, если эаданы точки, Для более общего случая, например четырех экспериментальных точек, могут быть использованы политропные кривые (параболы и гиперболы) более высоких (3...4) порядков. Использование кривых с меньшим показателем степени, чем 2 нерационально. так как, например, полукубическая парабола, обладает рядом узко специальных свойств.

После построения графической зависимости распределение напряжений по периметру трубы в зависимости от ее разностенности определяют номинальное, то есть используемое для анализа и совершенствования технологии деформирования значение тангенциэльного напряжения. В качестве номинального принимают среднеинтегральное для полученного графика значение напряжений.

Среднеинтегральное значение можно получить различными методами, В качестве среднеинтегрального принимают значение напряжений, соответствующее высоте прямоугольника, равновеликого площади построенного графика, а большее основание прямоугольника выбирают равным разности абсцисс экстремальных точек. построенного графика.

Указанный вариант определения среднеинтегрального номинального значения напряжений является наиболее простым, наименее трудоемким и достоверным для всех видов разностенности труб.

Пример осуществления способа, Тангенциальные внутренние напряжения определяли в холоднодеформированных бесшовных трубах, полученных прокаткой нэ стане ХПТ вЂ” 55 по маршруту 76х х 14 42 х 11 из мартенситостареющих, углеродистых и нержавеющих марок сталей.

Для этого из трубы наружным диаметром

42 мм и толщиной стенки 11 мм отрезали по

7-8 колец шириной 5...11 мм. На каждую трубу перед рэзрезкой наносили красителем продольные линии — метки вдоль образующей. После разрезки, которую производили на токарном станке, трубораэрезном станке, на универсально-фрезерном станке (для сравнения влияния метода разрезки на разброс результатов), кольца иэ каждого патрубка маркировали краской и шлифовали на плоскошлифовальном станке по поверхности одноименных торцов.

В процессе разрезки на кольце(для снижения погрешности, вносимой разреэкой), внутри разрезаемой трубы размещали трубу, либо стержень из нежесткого эластичного материала, например иэ резины.

1654646

Для этого герметизировали концы патрубка сургучом, парафином, пластилином, В полости патрубка в качестве наполнителя размещали мелкодисперсный песок, металлические порошки, герметизирующие веще- 5 ства, Для тонкостенных труб дополнительно снаружи и изнутри патрубка размещали трубы меньшего и большего диаметров, что обеспечивало жесткость труб при разрезке, В этих случаях твердость материалов труб 10 убывала от внутренней к внешней поверхности сборного патрубка. Затем производи-. ли измерения диаметров и толщины стенки колец в восьми точках по периметру ихакружности, определяли точки с наиболь- 15 шей и наименьшей разностенностью, устанавливали тип разностенности для конкретной трубы (обусловленный условиями прокатки).

Перед измерением на шлифовальном торце колец, отступая на 1-2 мм от внешней 20 поверхности, наносили уколы индентером твердомера так, чтобы они находились на радиусах, удаленных на 90 от линии радиальной разрезки каждого кольца. На перекрестьях этих уколов производили замер 25 диаметров колец до и после разрезки на большом инструментальном микроскопе

БИМ-2. Разрезку каждого кольцевого образца производили по линии, соответствующей наименьшему разбросу толщины 30 стенки вдоль оси образца по отношению к выбранному исходному значению разброса стенки для данного образца, Для условий эксперимента разброс толщины стенки составлял по линии разреза (-0,3 мм. Одно- 35 временно проводили и контрольные измерения таких же колец по прототипу.

Для этого на контрольный патрубок перед разреэкой на 8 колец наносили риски через

1/8 периметра. На каждом из колец(по про- 40 тотипу) размечали место под разрезку, отстоящее от разрезки на предыдущем кольце на 1/8 его окружности.

Измерения наружных, внутренних диаметров и толщины стенки производили мик- 45 рометрами и нутромерами отечественнго и зарубежного производства с погрешностью измерений +0,01 мм.

Подготовка без измерений производилась по известным методикам. 50

Поскольку от каждого патрубка было получено по 7 — 8 колец, то производили разрезку четырех образцов и последующее измерение их размеров в двух экстремальных и двух промежуточных (по значению толщи- 55 ны стенки для всех колец) радиальных сече-, ниях, отстоящих друг от друга по периметру на 75...105 (независимо от типа раэностенности). Радиальные сечения были наполнены в двух плоскостях и соответствующей диаметральной плоскости (Ilo наименьшей величине разброса стенки).

Для патрубков с эксцентричным распределением разностенности измерение и разрезку дополнительно производили еще на трех образцах, Разрезку трех образцов производили в радиальных сечениях с двумя экстремальными значениями толщины стенки и одним промежуточным, отстоящим от каждого из них по периметру на 85...95, а по полученным точкам строили графическую зависимость распределения по периметру определяемых внутренних напряжений от разностенности.

Сравнение трудоемкости эксперимента и его точности по предлагаемому способу (обрезка, измерение и обработка результатов по 3 или 4 образцам) и по прототипу (те же операции для 8 образцов) показали большую достоверность и меньшую трудоемкость предлагаемого способа, Определение внутренних тангенциальных напряжений производили по известным зависимостям. Полное исходное определяемое внутреннее напряжение ,Q; =01 +02+03 ° (3) где o1 — напряжения. удаляемые при разрезке кольца;

0 — напряжения в рассматриваемом слое к моменту, когда закончено удаление всех предыдущих слоев (удаляется вместе со слоем);

0З вЂ” напряжение, снятое в слое при удалении всех предыдущих слоев.

Поскольку в процессе эксперимента слои не удалялись, то есть не было действий, вызывавших возникновение и влияние 02 и аз, то принимали, что 01 =с, величину а1 определяли из соотношения (4) +"

Еа 12R 1= 2R у р Лео. (4) где Š— модуль упругости материала кольца; а — коэфф иент, учитывающий невозможность искри ений для стенок кольца в осевой плоскости агодаря цилиндрической его форме (а =, где,и = 0,3— .1

1 —,и постоянная Пуассона);

R — радиус срединной окружности кольца; д — исходная толщина стенки кольца, д=

=!стенки:

Z — расстояние от рассматриваемого волокна до срединной линии кольца Z1 = д

=т — а1. где а1 — удаленность волокна от наружной поверхности кольца, 13

1654646

hD< — измеренное изменение наружного диаметра кольца после разрезки его вдоль образующей.

Графики зависимости напряжений от толщины стенки строили в виде политроп- 5 ной кривой (гиперболы или параболы), Например, по трем или четырем точкам строили параболу вида у-b о 1 . (5)

Величину и1 определяли иэ соотношения (4) и рассчитывали для трех или четырех колец, а затем подставляли в формулу (5).

В формуле (5) значение ординат(у) выбирали по экстремальным и промежуточным значениям толщины стенки.

Значение коэффициентов Ь и п по методу наименьших квадратов подбирали с использованием регрессивного анализа (то есть подбирали теоретическую кривую — дугу параболы так, чтобы она как можно меньше отличалась от экспериментальной).

Находили площадь под параболой из уравнения

CTK .

F - f Ь о1 d oi, . (6) 25

0о где F< — площадь, ограниченная параболой между значениями начального (Ob) и конечного (о ) значения напряжений по периметру образца.

Определяли среднеинтегральное отношение толщины стенки из условия Fi = F2 (точка асср делит площадь F пополам). о к „ тк

J ЬCT1 de — f dj de, (7) 35 сго У

После взятия интеграла

Ь(у"+ — о "+ ) 0(ок "+ -у"+ ) (8)

Выполняем преобразование (8)

by 1 + by 1 =bä+1+Üî+1(9) или

2уй+1-(т "+1 + «т "+1 (10)

Искомое выражение 45 Таким образом, при любом выбранном 50 значении и определяется номинальное значение искомого параметра для данной разностенности кольца. Распределение напряжений в разнотолщинной трубе. получаемое по трем или четырем точкам и an- 55 проксимируемое параболой, делится линией, проходящей через среднее интегральное значение так, что площади, ограниченные укаэанной прямой, параллельной оси абсцисс, равны между собой и представ-.. ляют смещенную эпюру, иллюстрирующую распределение неравномерности напряжения по периметру. Величина смещения эпюры равна напряжению в среднем интегральном сечении равностенной трубы.

Для упрощения эксперимента кривую строят по трем точкам, даже для случая четырех замеров при нерегулярной разностенности (две экстремальные и однапромежуточная точки). Для эксцентричной разностенности графическую зависимость строят в виде отрезка дуги гиперболы второго порядка. В качестве среднеинтегрального принимают значение напряжения, соответствующее высоте прямоугольника, равновеликого площади построенного графика, где большее основание прямоугольника выбирают равным разности абсцисс экстремальных точек графика по ранее приведенному уравнению (2), Анализ результатов экспериментов показывает, что предложенный способ достоверен, трудоемкость экспериментов снижена в 2...2,5 раза.

Формула изобретения

1. Способ определения остаточных напряжений в кольцевых деталях по авт. св.

М 996855, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности для кольцевых деталей с различной толщиной стенок в осевом направлении, до разрезки детали в радиальном направлении разделают ее на несколько частей вдоль оси, разрезку осуществляют в каждой части в различных радиальных направлениях и учитывают полученные данные при определении остаточных напряжений в детали.

2. Способ по и 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что разрезку каждой части производят по линии, соответствующей наименьшему разбросу толщины стенки вдоль оси детали по отношению к выбранному исходному значению для данной детали.

3, Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что производят разрезку четырех частей и последующее измерение их размеров в двух экстремальных и двух промежуточных радиальных сечениях, отстоящих друг от друга по периметру на 75...105О.

4. Способ по nï.1 и 3. о т л и ч а к1 щ и йс я тем, что, с целью определения напряжений по периметру деталей с эксцентричной разностенностью, производят разрезку трех частей в радиальных сечениях с двумя экстремальными значениями толщины стенки и одним промежуточным, отстоящим

1654646

16 от каждого ихних по периметру íà 85„.95О, э по полученным. точкам строят графическую зависимость распределения по периметру определяемых внутренних напряжений от разностенности s виде отрезка дуги политропной кривой второго порядка.

5. Способпопп,1и4, отличающийс я тем, что в качестве среднеинтегрального принимают значение напряжений, соответствующее высоте прямоугольника, равновеликого

5 площади построенного графика. а большее основание прямоугольника выбирают равным разности абсцисс экстремальных точек графика, 1654646

1654646

1654646 юаслеча

ense разреза трудм

ОВСЕ 48 C Å

Фиг. 5

Составитель Е. Щелина

Редактор Г. Наджарян Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Производственно-издательский комбинат "Патент, г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2290 Тираж 392 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5