Разработка методики определения остаточных сварочных напряжений на основе метода пенетрации в сочетании с электронной спекл-интерферометрией

• Автор: Зарезин, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 216 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
L СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Механические методы определения остаточных напряжений
1.1.1. Способы внесения механических возмущений
1.1.2. Способы измерения деформаций в задачах определения остаточных напряжений
1.1.3. Определение остаточных напряжений
1.2. Метод пенетрации
1.3. Цель и задачи исследования
2. НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕЛА ПРИ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОМ КОНТАКТНОМ
ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
2.1. Постановка задачи и выбор метода исследования
2.2. Расчетная модель метода конечных элементов
2.3. Результаты расчетов
2.3.1. Динамика изменения напряженно деформированного
состояния в процессе цикла нагружения
2.3.2. Влияние усилия вдавливания на диаметр остаточного отпечатка
и величину максимальных нормальных перемещений
2.3.3. Влияние предела текучести материала на величину максимального нормального перемещения
2.3.4. Влияние упрочнения на величину максимального
нормального перемещения
2.3.5. Анализ результатов
2.4. Экспериментальная проверка регрессионной зависимости
2.5. Выводы по разделу
3. ПРИМЕНЕНИЕ СРЕДСТВ ЭЛЕКТРОННОЙ СПЕКЛ-ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ В ЗАДАЧЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ МЕТОДОМ ПЕНЕТРАЦИИ
3.1. Особенности использования цифрового фотодетектора для записи интерферограмм. Постановка задачи

3.2. Оптическая система регистрации интерферограмм
3.3. Разработка экспериментальной оптико-электронной установки
3.4. Технология записи цифровых интерферограмм
3.5. Восстановление интерференционной картины в методе электронной спекл-интерферометрии
3.6. Снижение шумов и основы фильтрации цифровых изображений
3.7. Исследование параметров наплыва в окрестности
отпечатка индентора в методе пенетрации
3.7.1. Формирование одномерного интерференционного сигнала
3.7.2. Экспериментальное определение профиля
нормальных перемещений поверхности
3.7.3. Математическое описание профиля
нормальных перемещений
3.8. Исследование одномерного интерференционного сигнала
3.8.1. Численное определение локальной частоты зарегистрированного сигнала
3.8.2. Аналитическое определение локальной частоты
_ интерференционного сигнала в методе пенетрации
3.9. Анализ точности аппроксимации профиля
нормальных перемещений
3.10. Выводы по разделу
4. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ МЕТОДОМ ПЕНЕТРАЦИИ В СОЧЕТАНИИ С ЭЛЕКТРОННОЙ СПЕКЛ-ИНТЕРФЕРОМЕТРИЕЙ
4.1. Определение начальных условий эксперимента
4.1.1. Определение начальных условий методом тарировки
4.1.2. Определение начальных условий расчетным путем
4.2. Применение электронных средств регистрации деформаций
4.3. Методика определения нормальных перемещений поверхности
4.4. Методика определения остаточных сварочных напряжений
4.5. Выводы по разделу
5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ
СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

5.1. Апробация методики на тестовых образцах
5.1.1. Определение напряжений, переменных по глубине поверхностного слоя, в случае одноосного
напряженного состояния
5.1.2. Определение напряжений в случаях плоского
напряженного состояния
5.2. Остаточные напряжения в сварных соединениях из теплоустойчивых сталей и биметаллических соединениях
5.2.1. ОСН в сварных соединениях теплоустойчивых сталей
5.2.2. ОСН в биметаллических сварных соединениях
5.3. Отработка технологии восстановления наплавкой
поверхности стальных плунжеров
5.4. Определение напряженного состояния сварных трубопроводов
5.5. Выводы по разделу
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
На втором этапе производится определение остаточных напряжений в поверхностном слое объекта. Он включает в себя следующие действия:
1) получают двухэкспозиционную интерферограмму нормальных перемещений при создании между экспозициями отпечатка диаметром 1,0-1,5 мм;
2) измеряют диаметр отпечатка, и по полученной ранее диаграмме вдавливания определяют начальные условия 1¥ш;
3) фиксируют главные оси (они совпадают с осями симметрии картины полос) и присваивают им обозначения;
4) определяют величины перемещений ]¥х 2 в контрольных точках (на базовом радиусе г0 от центра отпечатка) на главных осях с учетом их знака;
5) рассчитывают разностные перемещения А1¥2, по выражению (1.10) и величины главных остаточных напряжений по выражению (1.9). При этом по изменению максимального перемещения АИ^Х на первой главной оси получают второе главное напряжение С2ост, а по А¥2 — первое главное напряжение а,ост.
Важными условиями при проведении измерений являются неизменность оптической системы и условий нагружения на обоих этапах, идентичность материала темплета, используемого для получения начальных условий, материалу объекта, а также отсутствие остаточных напряжений в темплете.
Данный метод позволяет получать исчерпывающий объем информации от остаточных напряжениях (величины, знаки, направление главных осей) в конкретной точке поверхности объекта. Измерения проводятся с чувствительностью 0,05-0,15 предела текучести материала (в зависимости от диаметра отпечатка). Погрешность измерений по отношению к среднестатистическим значениям с 95% доверительной вероятностью не превышает 10%.
Силовое воздействие на объект приводит к появлению на поверхности отпечатка индентора диаметром 1-1,5 мм глубиной 0,02-0,04 мм с коэффициентом концентрации напряжений не более 1,1. На основании этих данных метод можно квалифицировать как неразрушающий.
1.3. Цель и задачи исследования
К настоящему моменту создано множество методик определения остаточных напряжений, в той или иной степени перекрывающих все области, в которых необходима такая информация. В случае измерения остаточных сварочных напряжений в нестационарных условиях на первый план выходят такие качества метода как