Розрахунковий метод Трочуна

 

В даному розрахунковому методі приймається всі припущення які були використані в розрахунковому методі Ніколаєва і крім цього додатково припускається що по ширині пластичної зони 2*(bn) залишкові напруження розміщені рівномірно і рівні межі текучості матеріалу, тому в методі Трочуна, епюра залишкових пластичних напруженнях деформацій вкорочення приймаються не в вигляді криволінійної трапеції, як це було у методі Ніколаєва, а у вигляді прямокутника.

bn- ширина пластичної зони.

Умови рівноваги внутрішніх повздовжніх зусиль в поперечному перерізі буде мати вигляд

-площа поперечного перерізупластичноїзони.

- повздовжнінапруження поза пластичною зоною; F- площа поперечно го перерізу з’єднання;

- повздовжні напруження коротко пластичною зоною.

Умову (1) можна записати через відносні деформації:

(2)

Тоді ; .

Для визначення та необхідно знати площу поперечного перерізу пластичної зони , якщо ширина пластичної зони (2*bn), а товщина пластини (б), то площа буде визначатися , тоді завдання зводиться до визначення розміру bn. Перший спосіб визначення bn, за методом Прочуна ; зона обмежена температурою t, при якій зникають пружні властивості металу, в зоні при досягнені максимальних температур, повна повздовжня інформація розглядуваної точки складається із температурної пружної і пластичної складової. Пластичні деформації стиску зумовлені жорсткістю зварювальних листів, в зоні на стадії напруження пружної деформації того ж знаку.Розмір можна визначити за формулою Рекаліна, для максимальних температур біляшовній зоні на відстані у відосі шва без врахування втрат на поверхневому тепловіддачу.

; де y=b.

 

2.3 Визначення залишкових напружень за допомогою руйнуючих методів

 

Вимірювання напружень з допомогою деформометра. Механічний деформометра складається з таких вузлів: конуса з важільною системою, перетворювача деформацій, в залежності від конструкції вимірювальних важелів деформометра встановлюють на базі виробу у виготовлені отворів діаметром 0,8-1,2 мм, або у вигляді сферичних заглиблень.

Методика проведення замірів:

В середній частині зразка на базі B’=100 мм висвердлюють два ряди отворів діаметром 0.8-1.2 мм. Проводять заміри баз за допомогою деформометра.

Проводять зварювання після повного остигання пластини,потім знову знімають заміри B” (збіл.) З метою визначення залишкових пружних деформацій,пластину розрізають і повторно знімають заміри B’’’, після цього проводиться розрахунки деформацій.

 

 

 

а) – циліндричне заглиблення; б) – сферичне заглиблення;

 

Рис. 2.1 – Схема визначення вимірів важелів деформометра в отвори бази вимірювань

 

2.4 Вимірювання залишкових напружень тензометрами опору

Дія ґрунтується на зміні електричного опору матеріалів,в результаті деформації. При дії на тензочутливий елемент розтягувальних або стискувальних деформацій змінюються геометричні розміри провідника тензодатчика, і це змінює його опір. Відносна зміна опору визначається залежністю:

S – коефіцієнт тензочутливості тензометра; визначається експериментально, оскільки:

тоді

- зміна опору провідника;

Отже вимірювання пружної деформації полягає у визначенні зміни опору ∆ R провідника тензодатчика..

 

 

Вимірювання напружень за допомогою дротяних тензометрів опору.

Конструктивно тензорезистор складається з паперової або плівкової підложки, на якій за допомогою клею прикріпляють чутливий елемент,до якого під’єднюются провідники. В якості чутливого елементу використовуємо дріт константану діаметром 0.012-0.5 мм. Коефіцієнт чутливості константного дроту незмінний аж до руйнування,і рівний S=2. Чутливий елемент виконують у вигляді петлеутворюваючої решітки різної конфігурації. Довжина тензочутливого елементу називається базою тензорезистор. За довжиною бази тензорезистор розділяються на три групи:

- з малою базою l>6 мм.

- середньою від 10 до 30 мм;

- великою більше 40 мм;

Прикладка тензорезистор призначена для елементів ізоляційно чутливого елемента від матеріалу випробуваної деталі і для його закріплення.

Вимірювання напруження за допомогою фольгових тензодатчиків.

Чутливий елемент виготовлюють з тонколистового матеріалу товщиною 2-10 мікрометра, штампуванням або травленням, як матеріал використовують константан і хром при підвищених температурах до 300 С.

Решітка чутливого елементу має прямокутний переріз, що при малій товщині збільшує площу константану з поверхнею досліджуваного об’єкту, покращує передачу деформації з об’єкту на чутливий елемент, підвищує надійність і стабільність вимірювань. Випускається з базою 0.3 і більше.

Вимірювання напружень за допомогою напівпровідникового тензометра опору. Використовують при дослідженні малих деформацій, чутливий елемент виготовляють з моно кристалічного напівпровідника (германієві або кремнієві) товщиною 20-50 мікрометрів, шириною до 0.5 мм і довжиною від 2 до 12 мм. Опір і коефіцієнт чутливості залежіть від кількості домішок температури і мають обмежений діапазон деформування. Приклеюється на поверхню досліджуваного матеріалу.

Вимірювання напружень в глибині матеріалу. Для визначення трьох дійсних напружень застосовують метод глибоких отворів, що полягає у визначенні деформацій металу за допомогою тензометрів, що встановлюються

в глибині металу. Для встановлення тензометрів у виробі до зварювання готують отвори діаметром до 8 мм, що розміщують поблизу досліджуваної точки. У підготовленні отвори на різьбі встановлюється тензоопір, що є гвинтом з двома наклеєними на боках дротяними датчиками опору. Вкручують гвинт з натягом, це забезпечує реагування, як на деформації вкорочення,так і видовження.

 

2.5 Неруйнівні методи визначення напружень

Магніто-пружний метод визначення напружень. Під дією механічних напружень змінюються властивості феромагнітних матеріалів, що зумовлено деформацією решітки і відповідно характером магнітної взаємодії між атомами кристалу. Це призводить до зміни магнітної проникності або .

Де - відносна зміна магнітної проникності; - початкова магнітна проникність; - величина магнітної стрикції (властивість магнітного матеріалу).

Поляризоційно-оптичний метод визначення напружень.

Метод передбачає застосування моделей з оптично чутливих матеріалів. Базується на поляризації світла і властивостей прозорих ізотропних матеріалів під дією навантаження отримують властивості подвійного променезаломлення. Основним законом поляризаційно-оптичного методу є закон Ветт-Байма, що виражає кількісний зв’язок між оптичним ефектом і різницею головних напружень .

де - різниця ходу променя; с- відносний оптичний коефіцієнт; d- товщина пластини;

Оптична різниця ходу і напрямку головних напружень і визначається при просвічувані плоских моделей в полярископі.

Полярископ складається з джерел світла, поляризатора, аналізатора. Інтерференційна картина, що спостерігається на зображені моделі називається картинками полос.

 

 

3 Розробка установки для моделювання залишкових напружень та деформацій