Определение напряжений в экстремальных условиях методом хрупких тензочувствительных покрытий

• Автор: Васильев, Игорь Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.02.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 222 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ХРУПКИЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ИСПЫТАНИИ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ
УСЛОВИЯХ
1.1 Анализ известных типов хрупких покрытий
1.2 Постановка задачи 14 ГЛАВА 2. СТЁКЛА ДЛЯ ХРУПКИХ ПОКРЫТИЙ И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ
СТЕКЛОЭМАЛЕВЫХ ТЕНЗОПОКРЫТИЙ НА ОБРАЗЦАХ И ДЕТАЛЯХ
2.1 Стекла для хрупких покрытий
2.2 Технология получения стеклоэмалевых тензопокрытий на поверхности образцов и деталей
ГЛАВА 3. СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКЙ-ХРУ-ЩСИСТЕКЛОЭМАЛЕВЫХ
ТЕНЗОПОКРЫТИЙ
3.1 Тепловые и механические свойства хрупких стеклоэмалевых тензопокрытий
3.2 Анализ разрушения хрупкого стеклоэмалевого покрытия и характеристики тензочувствительности
3.3 Зависимость характеристик тензочувствительности стеклоэмалевого покрытия от технологических параметров
3.4 Влияние параметров внешней среды и характера нагружения
на характеристики тензочувствительности ХТСП
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ И ОЦЕНКА ИХ ТОЧНОСТИ
4.1 Подготовка и проведение экспериментов
4.2 Обработка экспериментальных данных
4.3 Определение значений характеристик тензочувствительности покрытия
и оценка погрешности
4.4 Определение значений наибольших главных напряжений и оценка
их точности

ГЛАВА 5. ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ СТЕКЛОЭМАЛЕВЫХ ТЕНЗОПОКРЫТИЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ РОТОРНЫХ ДЕТАЛЕЙ ТУРБОНАСОСАНЫХ АГРЕГАТОВ
5.1 Исследование напряженного состояния крыльчатки изд
при проведении ее разгонных, криогенных и гидравлических испытаний
5.2 Исследование напряженного состояния крыльчатки изд.8Д48 от действия центробежных сил *
5.3 Исследование напряженного состояния ротора турбины изд. 11 Д
от действия центробежных сил
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ИЛЛЮСТРАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных условий обеспечения прочности, надежности и долговечности разрабатываемых несущих конструкций и рабочих органов изделий на стадиях их проектирования и отработки является подробный и точный анализ общего и местного напряженно-деформированного состояния (НДС), как регулярных, так и нерегулярных зон конструкций. Это достигается использованием современных численных методов, мощной вычислительной техники с проведением комплексной программы экспериментальных исследований на образцах, моделях и натурных конструкциях с применением различных методов и средств определения полей деформаций и напряжений. Наиболее широкое распространение среди этих методов получила натурная тензометрия. Однако, использование одного лишь этого метода не всегда позволяет получить полную информацию о НДС конструкции и выявить зоны действия максимальных напряжений, так как каждый тензодатчик дает лишь точечную информацию о уровне деформации в месте его установки. Поэтому при анализе НДС сложных конструкций наряду с тензометрией целесообразно использовать методы, дающие интегральную картину распределения деформаций и напряжений: хрупкие и фотоупругие покрытия, метод муаровых полос и голографическую интерферометрию. Как показал практический опыт проведения исследований машиностроительных конструкций и энергооборудования в ходе их натурных и стендовых испытаний, наиболее эффективным является метод хрупких тензочувстви-тельных покрытий. Сущность метода заключается в получении в тонком слое тензочув-ствительного покрытия картин трещин (Рис.1), отражающих иоле наибольших главных напряжений, возникающих на поверхности конструкции в процессе ее нагружения. Анализируя образующиеся в хрупком покрытии картины трещин можно не только оценить нагруженность различных зон исследуемой конструкций и установить там направления действия главных напряжений, но и с применением характеристик тензо-чувствительности используемого покрытия определить уровень этих напряжений с погрешностью не большей 20-25%.
Наибольшее распространение, как у нас в стране, так и за рубежом получили хрупкие канифольные покрытия лакового и порошкового способов нанесения. Исследования с применением этих покрытий при проектировании и доводке машиностроительных конструкций по условиям прочности и снижения металлоемкости отражены в работах
Н.И. Пригоровского, В.К. Панских, А. Дюрелли, Г. Эллиса и других авторов.

не будут вызывать закрытия трещин в ХТСП после снятия нагрузки, был выполнен еле-

дующий эксперимент. К тензопокрытиям с СТП =0, образуемых стеклами А-3 и В-2 соответственно на балках из сплавов ВНЛ-1М и ВТ5-1кт, при проведении тарировочных испытаний, после каждого из этапов нагружения, прикладывалась сжимающая нагрузка. При этом определялись значения деформаций, при которых в стеклоэмали происходило закрытие ранее полученных трещин. Как показали проведенные эксперименты, трещины в покрытиях закрывались, когда уровень сжимающих деформаций на поверхности балок превышал 220 мкм/м. Как следует из выражения 3.6, для того, чтобы в формируемом тензопокрытии при комнатных температурах не происходило закрытие трещин от
действия усадочных напряжений, отклонение среднего значения, (Хст от СХ,Д в диапазоне 20°С- Тр должно быть не ниже :
аст.-ад>-2.10-4(1 + уст)— 20).-2-1»-о;220)--4’5'1Г'1/°С.
Для определения верхней границы интервала согласования ССст с ССД в диапазоне
20oC-Tg были использованы результаты тарировочных испытаний ХТСП, полученных
с применением смеси стекол А-2/А-3 в соотношении 2:1 на балках из сплава ВНЛ-ІМ (см. табл.3.1) и смеси стекол В-1/В-2 на балках из сплава ВТ5-1кт в соотношении 2:1 (см. табл.3.2). В этих тензопокрытиях имели место отдельные усадочные трещины. Средние выборочные значения тензочувствительности составляли соответственно 180 мкм/м и 210 мкм/м, а уровень разброса замеров величины £у в выборках в доверительном интервале ±28 превышал 25%. Подставляя наименьшее из полученных значений пороговой деформации в выражение зависимости 3.6 установим верхнюю границу интервала
согласования ОСст с (Хд в температурном диапазоне 20°С-Тд :
1 - К-Г Кі г о , .. 1 — 0,22 0,3 л .7 :
«сг -«Д £ (1 + .(Те _20) [єп - (Єо)тіп 1 = (77оД2) (360-20)С3,6“1,8]‘10 =4,5Л0
Следовательно, для того, чтобы стеклоэмалевое тензопокрытие в диапазоне 20°С-Tg обладало термокомпенсацией коэффициент теплового расширения стекла, исполь-

зуемого для его получения, не должен отличаться более, чем на 4,500 1/°С от СХД . Как
видно из Рис.3.2, в этом интервале значений а величина тензочувствительности ХТСП
А, устЛ’д э лп-4 1 0,22 0,3 і п~7л /О,