Способ определения температурных напряжений при заданной температуре

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при достоверном определении температурных напряжений с удовлетворительной для практических целей точностью /погрешность 1 %/ в различных конструкционных материалах и деталях, представляющих линейные системы, в упругой области деформирования в. свободном или защемленном виде Целью изобетения является расширение области применения способа для определения абсолютных значений и знака температурных напряжений. Это достигается за счет того, что изготовляют дополнительно четыре образца, измеряют на них предел текучести соответственно при четырех разных температурах, две из которых лежат ниже, а другие две - выше области предполагаемого нахождения характеристической температуры, при которой изменяется угол наклона прямой, характеризующей зависимости предела текучести материала от температуры По результатам измерений на этих четырех образцах находят истинное значение характеристической температуры контролируемого материала и принимают эту температуру в качестве базовой для расчета температурных напряжений 2 табл 4 ил

(19) ЯЦ (11) (Я) 5 001В17 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации . по патентам и товарным знакам (21) 4813666/28 (22) 12.04.90 (46) 30.10.93 Бюл. N() 39-40 (76) Янышев Павел Климентьевич; Янышев Андрей

Павлович (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ЗАДАННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при достоверном определении температурных напряжений с. удовлетворительной для практических целей точностью

/погрешность - 1%/ в различных конструкционных материалах и деталях, представляющих линейные системы, в упругой области деформирования в свободном или защемленном виде. Целью изобетения является расширение области применения способа для определения абсолютных значений и знака температурных напряжений Это достигается за счет того, что изготовляют дополнительно четыре образца, измеряют на них предел текучести соответственно при четырех разных температурах, две иэ которых лежат ниже, а другие две — выше области предполагаемого нахождения характеристической температуры, при которой изменяется угол наклона прямой, характеризующей зависимости предела текучести материала от температуры По результатам измерений на этих четырех образцах находят истинное значение характеристической температуры контролируемого материала и принимают эту температуру в качестве базовой для расчета температурных напряжений. 2 табл. 4 ил.

2002205

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении температурных напряжений (TH) с удовлетворительной для практических целей точностью в различных конструкционных материалах и деталях, представляющие линейные системы, в упругой области деформирования, в свободном или защищенном виде, Известны способы. когда материал деформируется упругой ТН пропорционально модулю упругости Е, ТКЛР (a) и изменению

10 температуры ЛТ.

Причем силовое и температурное воздействие в этом случае подчиняются принципу суперпоэиции, Недостатком его является большое рассеивание ТН, что ограничивает область применения, Известен также способ определения 20

ТН. Сущность его состоит в том, что опреде- . ляют термомеханические параметры однородного стабилизированного материала, представляющего линейную систему.

По ним определяют температурные де- 25 формации и TH.

Недостатком этого способя является большое рассеивание термомеханических параметров, что ограничивает область его применения, особенно при определении аб= 30 солютных значений с учетом знака ТН, Цель изобретения — расширение области применения способа для определения абсолютных значений и знака ТН в пределах от абсолютного нуля до минимальной температуры, при которой контролируемый материал теряет упругие свойства..

Это достигается тем, что изготовляют дополнительно четыре образца, измеряют на них предел текучести соответственно 40 при четырех разных температурах, две из которых лежат ниже, а другие две — выше области предполагаемого нахождения характеристической температуры, при которой изменяется угол наклона прямой, 45 характеризующий зависимость предела текучести материала от температуры, по результатам измерений на этих четырех образцах находят истинное значение характеристической температуры контролируе- 50 мого материала и принимают эту температуру в качестве базовой для расчета температурных напряжений.

На фиг. 1 изображена результирующая избыточных сил между частицами (атом) твердого тела (P), представляющего линейную систему от расстояния между ними, вызванного воздействием температуры в упругой области деформирования.

Известно что между частицами твердо-. го тела существуют как силы притяжения, так и силы отталкивания. В результате возникает равновесие системы частиц. В точке

ro(P) равна нулю. Это состояние микроравновесия частиц тела при минимальной потенциальной энергии используется в качества базы — начала отсчета при определении ТН, На фиг. 2 изображена модель образования TH растяжения на участке oro, т.е. относительно r< фиг. 1. При понижении температуры на контролируемом теле на участке о-п-, под действием тепловой энергии возникают сжимающие избыточные силы Р с, которые вызывают реакции отталкивания частиц и реактивные температурные силы растяжения Ртр. Они образуют растягивающие Тн относительно точки микроравновесия ro, на участке спада, На фиг. 3 изображена модель образования ТН сжатия на участке постоянства от ro до максимальной температуры, при которой материал сохраняет упругие свойства.

Сплошными линиями условно изображено (фиг. 2 и 3) состояние при ro, штрихпунктирными (фи г. 2) — ниже ro; фиг., 3 выше го, т.е. после дополнительного воздействия температуры относительно lo. на фиг, 4 изображена температурная зависимость предела текучести из однородной стабилизированной стали ЭП921.

Здесь 0-1 определяет ТН растяжения на участке спада, а 0 — 2 ТН сжатия на участке постоянства относительно оси абсцисс 3-4.

Измерение предела текучести осуществляют после выравнивания температуры по всему обьему образца, которое фиксируют по прекращению приращения контролируемого параметра, например, частоты собственных колебаний образца.

Измеренные значения пределов текучести для каждого участка по двум точкам соединяют прямой линией, так как тело представляет линейную систему.

Повы шение точности и уменьшение трудоемкости определения тН достигнуто за счет разделения их на сжимающие и растягивающие составляющие при: абсциссе— характеристическая температура (ХТ), ординате — микроравновесие избыточных сил, вызванных воздейс вием температуры.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Использована сталь ОЗХ9К14НБМЗД (ЭП921), а также для определения ТН уравнение

О тр = а Q cp E ср ЛТ

2002205

Таблица 1

Таблица 2 где аср, Еср — среднее значение ТКЛР и модуля упругости в пределах ЛТ;

ЛТ вЂ” приращение. температуры от контролируемой, при которой измеряют ТН до ХТ; а — опытный коэффициент, для металлов на участке постоянства а=0,11=const.

Для определения коэффициента (а) изготовляют образцы без образования измененного поверхностного слоя и пластических внутренних напряжений, измеряЮт ТКЛР. модуль упругости и предел текучести, а результаты сводят в табл. 1.

A Т = 500 — 20 = 480 С A от =

= а,р Е,р ЛТ.

Принимаем a=0,11=const.

Из заготовки в отпущенном состоянии изготовляют 6 образцов N. 17-К ГОСТ 149773.

Каждый из них проточен: V=46 м/мин, t=0.125 мм/ст, S=.О,О&мм/об. для ограниче5 ния измененного поверхностного слоя.

Затем .все образцы закаливают с

T=790 С, t 120 мин и охлаждением на воздухе с последующим отпуском при T--570 С, t-170 мин. и охлаждением на воздухе.

Измерены три значения предела текучести на участке постоянства и три значения

10 на участке спада после выдержки до полного выравнивания температуры по объему образца (120 мин.). Третья точка на каждом из участков свидетельствует, что тело представляет линейную систему, Значения тем15 пературных напряжений сведены в табл. 2. (56) Феодосьев В. И. О температурных напряжениях. Десять лекций по сопротив20 лению материалом, M. Наука, 1969.

Авторское свидетельство СССР

М 1186944. кл. G 01 B 17/04, 2002205

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ЗАДАННОЙ

ТЕМПЕРАТУРЕ, заключающийся в том, что изготавливают образцы из однородного 5 стабилизированного материала резанием в чистовом режиме, соответствующем взаимной компенсации дефектов структуры поверхности от силового и теплового воздействия процесса резания, при базовой "0 температуре определяют на этих образцах температурный коэффициент линейного расширения, модуль упругости и опытный коэффициент связи и по этим данным с учетом разности заданной и базовой температур определяют температурные напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения способа для определения абсолютных значений и знака температурных напряжений. изготавливают дополнительно четыре таких же образца, измеряют на них предел текучести соответственно при четырех разных температурах, две иэ которых лежат ниже, а другие две - выше области предполагаемого нахождения характеристической температуры, при которой изменяется угол наклона прямой, характеризующей зависимость предела текучести материала от температуры, по результатам измерений на этих четырех образцах находят истинное значение характеристической температуры исследуемого материала и приник зт эту температуру в качестве базовой для расчета температурных напряжений.

2002205

$р,, 1бЮ

ЯК

Составитель А.Янышев

Техред М;Моргентал - Корректор О.Густи

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., НЯ.

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

Редактор Л.Народная

Заказ 3169

1 —,Т