ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методы определения остаточных напряжений из "Материалы в машиностроении Выбор и применение Том 2 " Теоретические (расчетные) методы. Для случая образования остаточных напряжений в результате неоднородных пластических деформаций в основу теоретического их определения положена теорема Генки о разгрузке. Остаточные напряжения равны разности между истинными напряжениями в упруго-пластическом теле и теми напряжениями, которые создавались бы в нем при предположении об идеальной упругости материала. [c.211] В теоретическом определении остаточных напряжений, возникающих вследствие неравномерных температурных воздействий (при термической обработке, сварке, литье и т. д,), существуют два направления. К первому направлению относятся работы, в которых применен так называемый метод фиктивных сил, сущность которого состоит в использовании температурной кривой в данном поперечном сечении полосы и гипотезы плоских сечений для определения зоны пластических деформаций, возникающих при нагреве. Далее принимается, что последующее остывание должно вызвать появление остаточных напряжений обратного знака. Соответствующую этим напряжениям нагрузку принимают за активную нагрузку, приложенную к полосе. Основные параметры, характеризующие распределение остаточных напряжений, определяют при помощи гипотезы плоских сечений и условия равновесия внутренних сил в данном поперечном сечении полосы. Однако метод фиктивных сил может быть использован лишь в случае применимости гипотезы плоских сечений, т. е. в одномерных задачах. Только в наипростейших случаях двухмерной задачи этот метод может дать достаточно удовлетворительное первое приближение. [c.211] Экспериментальные методы определения остаточных напряжений. Наиболее разнообразны и широко применяются механические методы, дающие наиболее полную картину распределения остаточных напряжений по сечениям детали или конструкции. Физические методы большей частью применяют для качественного определения остаточных напряжений, а химические — для определения остаточных напряжений только в поверхностных слоях детали. [c.212] Механические методы. Сущность этих методов состоит в том, что при нарушении целостности детали, имеющей остаточные напряжения, условия равновесия последних изменяются, что приводит к упругим деформациям отдельных частей детали. Измеряя эти деформации и учитывая связь их с остаточными напряжениями, выражающуюся законом Гука, можно рассчитать величину тех остаточных напряжений, которые существовали в детали до нарушения ее целостности. [c.212] ДDJ — среднее изменение диаметра кольца при разрезке по образующей. [c.213] Подробное описание всех приведенных выше методов можно найти в работах Л. А. Гликмана. [c.215] Применение изложенных методов не всегда возможно, так как они предполагают равномерное распределение остаточных напряжений по длине и толщине снимаемого слоя. Однако во многих случаях можно с достаточной степенью точности допустить равномерность распределения этих напряжений на некоторых участках и, следовательно, возможность применения этих методов. [c.215] В сварочной лаборатории МВТУ им. Баумана разработан метод определения объемных остаточных напряжений в стыковых сварных соединениях большой толщины. Метод позволяет определять напряжения как в глубине сварного соединения (объемные напряжения), так и на его поверхности (двухосные напряжения). Сущность его состоит в следующем в сварном соединении большой толщины сверлят специальные ступенчатые отверстия, ориентированные по главным осям поля напряжений или под некоторым углом к ним. В эти отверстия помещают специальные цилиндрические вставки с наклеенными на их поверхность тензодатчиками сопротивления. Перед установкой в образец вставки тарируют на машине для испытаний на растяжение. Коме того, перед проведением измерения напряжений вставке сообщают определенный предварительный натяг, который дает возможность регистрировать его деформации обоих знаков. После установки вставки и снятия прибором показания соответствующего напряжения предварительного натяга из образца вырезают столбик с отверстием и вставкой. Затем снимают повторное показание прибора. Практика измерений показала, что оптимальными размерами вырезаемого столбика является размер АОХА мм. Увеличение этого размера ведет к увеличению степени осреднения искомого компонента напряжения, а его уменьшение — к усилению влияния отверстия на результат измерения деформации. По разности произведенных замеров определяют величину упругой деформации, вызванной снятием остаточных напряжений, и подсчитывают величину этих напряжений. [c.215] Предложенный Д. М. Шуром так называемый силовой метод определения остаточных напряжений не требует измерения деформаций детали и использования приближенных (основанных на законе Гука) зависимостей между напряжениями и деформациями. Нет также необходимости знать модуль упругости материала детали, в которой измеряются остаточные напряжения. Но этот метод применим только к деталям правильной геометрической формы. Сущность его состоит в следующем после удаления некоторой части детали и деформации ее вследствие нарушения равновесия остаточных напряжений к последней прикладывают внешнюю нагрузку, возвращающую детали ее прежние размеры и форму. По величине внешней нагрузки нетрудно определить и остаточные напряжения, существовавшие до нарушения целостности детали. [c.216] Следует отметить также и метод Гуниерта, заключающийся в следующем. В том месте, где предполагается исследовать величину остаточных напряжений, по окружности диаметром 9 мм высверливают восемь конических отверстий диаметром 2,4 мм, равноудаленных друг от друга. Эти отверстия служат для укрепления в них тензометра, для измерения расстояния между отверстиями, расположенными друг против друга. Измерения производят в четырех направлениях. Когда эти измерения проведены, материал в месте измерения освобождается от напряжений тем, что по внешней стороне конических отверстий фрезеруется кольцевая канавка, концентричная с кругом, по которому расположены конические отверстия. После этого расстояния между отверстиями из.меряют заново. На осповання полученных величин вычисляют значения и направления остаточных напряжений. Расстояния между отверстиями надо измерять с точностью до 0,5 мк. [c.216] Рентгенографический метод является единственным методом, позволяющим определять остаточные напряжения без разрушения детали, а также при исследовании остаточных напряжений 2-го рода. Кроме того, он позволяет определять остаточные напряжения при небольшой базе измерения, что особенно ценно при измерении остаточных напряжений с высоким градиентом распределения. Недостатками метода являются применение дорогого и сложного оборудования определение остаточных напряжений только в поверхностных слоях изделия пригодность метода только для металлов, дающих достаточно отчетливые дифракционные линии. [c.216] Отраженные лучи, пересекаясь с фотопленкой, дают на ней при полихроматическом излучении пятка, имеющие радиальное удлинение, так называемые хвосты (по методу Лауэ), а при монохроматическом излучении — кольца различной ширины (по методу Дебая-Шерера). [c.216] Применяя рентгенографический метод, можно измерить сумму главных напряжений, составляющую напряжения, действующую в определенном направлении, величину и направление главных напряжений на поверхности образца. Применительно к исследованию остаточных напряжений, возникающих при сварке, этот метод можно применять для определения напряжений, действующих вдоль и поперек сварного шва. [c.216] Химические методы (методы травления). Этими методами можно лишь качественно определить остаточные напряжения растяжения в тонких поверхностных слоях изделий. В основе методов лежит явление так называемой коррозии (т. е. растрескивания) под напряжением, где роль силового фактора играют остаточные напряжения. [c.218] Прочность при статическом нагружении. Многие исследования показали отсутствие влияния остаточных напряжений на прочность деталей машин при статических нагружениях в тех случаях, когда металл сохраняет способность к пластической деформации. [c.219] Сравнительные испытания сварных и клепаных цилиндрических сосудов диаметром 1,5 м показали, что разрушение обоих видов сосудов при статической нагрузке происходило при одних и тех же давлениях, и сварные сосуды разрушались так, как если бы они были свободны от остаточных напряжений. Сварные сосуды имели довольно значительные остаточные сварочные напряжения, а клепаные не имели их совершенно. [c.219] В случае плоского поля остаточных напряжений, последние, суммируясь с напряжениями от внешней нагрузки, могут вызвать разрушение до наступления пластической деформации ввиду перевода металла в хрупкое состояние. [c.219] Эксперименты, проведенные на образцах малоуглеродистой стали разных марок при одноосном поле остаточных напряжений, показали, что остаточные напряжения не оказывают влияния на прочность сварных соединений не только при статических, но и при ударных нагрузках. [c.219] Вернуться к основной статье