Методы и устройства определения напряжений в элементах стальных конструкций, основанные на магнитоупругом эффекте

• Автор: Макаров, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Свердловск
• Количество страниц: 167 c. : ил

СОДЕ.РЖАНИЕ
В В'Е Д Е Н И Е
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1. Классические методы и средства измерения механических напряжений
1.2. Некоторые общие закономерности, лежащие в основе методов определения напряжений, основанных на магнитоупругом эффекте
1.3. Обзор существующих магнитоупругих метбдов определения напряжений
1.4. Постановка задачи
2. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ, ОСНОВАННЫЙ НА ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ, МАЛОМ ИЗМЕНЕНИИ ИХ УРОВНЯ
2.1. Анализ известного метода
2.2. Новый метод, основанный на двухступенчатом изменении уровня напряженного состояния
2.3. Устройство, реализующее метод двухступенчатого изменения напряжений
2.3.1. Канал измерения уровня магнитной анизотропии
2.3.2. Канал измерения уровня добавочных напряжений
2.4. Примеры практического использования метода
2.5. Перспективы дальнейшего развития магнитоупругих методов, основанных на дополнительном, малом изменении величины существующих напряжений
3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ, ОСНОВАННОГО НА ИЗМЕРЕНИИ ВЕЛИЧИНЫ МАГНИТОСТРИКЦИИ
3.1. Вводные замечания
3.2. Обзор методов и средств измерения магнитострикции
3.3. Устройство измерителя магнитострикции

- 3.4. Анализ результатов предварительных измерений магнитострикции на образцах некоторых малоуглеродистых и низколегированных сталей
3.5. Упрощенная модель связи параметров магнитной и кристаллографической тексауры с величиной магнитострикции
3.6. Предпосылки совместного использования продольного и поперечного эффектов магнитострикции для контроля напряжений
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ, ОСНОВАННОГО НА ИЗМЕРЕНИИ ВЕЛИЧИН ПРОДОЛЬНОЙ И ПОПЕРЕЧНОЙ МАГНИТОСТРИКЦИИ
4.1. Цель исследования, требования, предъявляемые к аппаратуре
4.2. Описание экспериментальной установки
4.3. Исследование влияния магнитной "предыстории" образца
на ход кривых магнитострикции
4.4. Анализ результатов измерения продольной и поперечной магнитострикции при одноосном напряженном состоянии
4.5. Опыт использования магнитострикционного метода определения напряжений
4.6. О возможности контроля плоского напряженного состояния магнитострикционным способом
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Прочность машиностроительных и конструкционных материалов определяется как внешними нагрузками, так и остаточными напряжениями, возникающими в деталях машин и элементах конструкций в процессе их изготовления. В то же время достоверная информация о величине и распределении напряжений, как правило, отсутствует, поэтому действительная картина напряженного состояния может значительно отличаться от принятой в расчете, что затрудняет проведение мероприятий по повышению надежности конструкций и механизмов.
Необходимость в изучении действительной работы деталей машин и элементов конструкций возникает также при решении вопросов об изменении действующих нагрузок (ухудшение эксплуатационных качеств, изменение режимов, возникновение дефектов), т.е. при решении вопроса о возможности дальнейшей эксплуатации обследуемого объекта/1
Такая же необходимость возникает при техническом перевооружении производства. Например, существующие несущие конструкции и сооружения могут быть приспособлены под новые, несколько увеличенные нагрузки, так как большая часть стальных конструкций обладает значительным резервом несущей способности.
В настоящее время экспериментальные данные о напряжениях в элементах конструкций и деталях машин получают в процессе испытаний на статическую нагрузку как реальных изделий, так и их моделей. Условия испытаний дают возможность применять для измерения напряжений (деформаций), возникающих в отдельных элементах, методы тензометрии. Недостатками такого способа получения требуемой информации являются его высокая трудоемкость и не всегда удовдетго элемента, которые можно отнести к хаотическим флуктуациям измеряемого параметра*, или временной дрейф выходного напряжения УПТ схемы - наиболее очевидная составляющая собственных шумов средств измерения.
При выборе величины одной ступени тензодобавки необходимо, чтобы совокупная величина дрейфа выходного напряжения канала измерения дополнительных напряжений за время проведения одного замера не превышала заданной величины погрешности измерения Л 6 *1
(На основании этого требования минимальный уровень лб ограничен величиной, равной примерно 5 МПа). Следует отметить однако, что рассмотренное ранее устройство имеет уровень собственных шумов на порядок меньший, чем уровень дрейфовых составляющих измеряемых величин. Следовательно, уменьшить величину ступени тензодобавки, совершенствуя схему прибора, в данном случае не представляется возможным.
Найти выход из создавшейся ситуации можно, воспользовавшись классическими приемами измерительной техники /49/. Для этого необходимо осуществить переход на тензодобавку, величина которой будет изменяться с некоторой частотой по закону периодической функции, например, гармонической. В этом случае сигналы на выходах обоих каналов также будут изменяться по периодическому закону, что дает возможность выделять полезный сигнал из смеси сигналов методами частотной селекции.
1 Изменение температуры поверхности исследуемого объекта на 0,1°
и напряжения величиной 0,25 МПа вызовут одинаковые деформации,а следовательно и одинаковые сигналы на выходе канала измерения.
2 Дрейф "нуля" на выходе канала измерения магнитной анизотропии также имеет место, но в меньшей степени, это, по-видимому, объясняется тем, что температурные вариации объема и линейных размеров образца магнитной текстуры не создают.