RU2598779C1 - Method for determining residual stress in parts - Google Patents
Method for determining residual stress in parts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2598779C1 RU2598779C1 RU2015124679/28A RU2015124679A RU2598779C1 RU 2598779 C1 RU2598779 C1 RU 2598779C1 RU 2015124679/28 A RU2015124679/28 A RU 2015124679/28A RU 2015124679 A RU2015124679 A RU 2015124679A RU 2598779 C1 RU2598779 C1 RU 2598779C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radius
- sample
- angle
- residual
- layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиастроения и предназначено для определения остаточных напряжений в поверхностных слоях деталей с радиусными переходами большой кривизны, например в зоне скругленной кромки лопатки турбины и компрессора.The invention relates to the field of aircraft construction and is intended to determine the residual stresses in the surface layers of parts with large radius radial transitions, for example, in the area of the rounded edge of a turbine blade and compressor.
Известен экспериментально-теоретический способ определения тангенциальных остаточных напряжений в образцах с формой криволинейного стержня прямоугольного сечения с удлиненным концом. Исследуемая зона с остаточными напряжениями расположена в криволинейной части образца, длинный конец выполняет роль удлинителя в метрологической схеме. Способ заключается в следующем. В экспериментальной части из детали, в зоне скругленных кромок вырезают и подготавливают образец выше указанной формы. Затем с его рабочей поверхности с остаточными напряжениями, одним из известных способов, например химическим травлением, последовательно снимают тонкие слои материала, замеряя при этом толщину и прогиб образца. В расчетно-теоретической части способа, по полученным в эксперименте данным, с использованием формулы («Технологические остаточные напряжения», под ред. А.В. Подзея, М., Машиностроение, 1973 г., стр. 173 ф-ла 89) рассчитывают остаточные напряжения в слоях от поверхности вглубь материала, при этом вначале определяют три выражения, входящие в формулу:A known experimental-theoretical method for determining the tangential residual stresses in samples with the shape of a curved rod of rectangular cross section with an elongated end. The studied zone with residual stresses is located in the curved part of the sample, the long end acts as an extension in the metrological scheme. The method is as follows. In the experimental part of the part, in the area of the rounded edges, a sample is cut out and a sample is prepared above the specified shape. Then, thin layers of material are successively removed from its working surface with residual stresses, using one of the known methods, for example, by chemical etching, while measuring the thickness and deflection of the sample. In the theoretical calculation part, according to experimental data, using the formula ("Technological residual stresses", edited by A.V. Podzei, M., Mechanical Engineering, 1973, p. 173, file 89) residual stresses in the layers from the surface into the interior of the material, and at the same time, three expressions are first defined in the formula:
- функцию f(h) зависимости между толщиной h и прогибом f образца,- the function f (h) of the relationship between the thickness h and the deflection f of the sample,
- производную df/dh функции f(h),is the derivative df / dh of the function f (h),
- интеграл по геометрическим параметрам образца и снимаемых слоев (стр. 165-166, табл. 19, сх.3).- integral over the geometric parameters of the sample and the layers to be removed (p. 165-166, table 19, cx. 3).
Известный способ, принятый за прототип, имеет ограничения и недостатки.The known method adopted for the prototype has limitations and disadvantages.
Ограничения касаются экспериментальной части:The restrictions apply to the experimental part:
- величина среднего диаметра криволинейного участка образца должна быть более 6 мм,- the average diameter of the curved section of the sample should be more than 6 mm,
- соотношение геометрических параметров криволинейного участка (толщины H и диаметра D) должна составлять H/D≤0,2; что соответствует тонкостенным оболочкам.- the ratio of the geometric parameters of the curved section (thickness H and diameter D) should be H / D≤0.2; which corresponds to thin-walled shells.
По расчетно-теоретической части способа отметим следующее:According to the theoretical calculation part of the method, we note the following:
- во-первых, расчетная формула выведена и применима только для тонкостенных оболочек, при большой кривизне образца ее использование некорректно,- firstly, the calculation formula is derived and is applicable only for thin-walled shells, with a large curvature of the sample, its use is incorrect,
- во-вторых, входящие в расчетную формулу три выше указанных выражения сложны по своей структуре, их вычисления для каждого снимаемого слоя трудоемки,- secondly, the three expressions included in the calculation formula above are complex in structure, their calculations for each removed layer are laborious,
- в-третьих, при определении функции f(h) используют теорию приближенных вычислений, внесенная таким приближением погрешность трансформируется в производную df/dh и интеграл, что снижает точность определения остаточных напряжений.- thirdly, when determining the function f (h), the theory of approximate calculations is used, the error introduced by such an approximation is transformed into the derivative df / dh and the integral, which reduces the accuracy of determining the residual stresses.
Отмеченные ограничения и недостатки известного способа не позволяют применить его для исследований в ряде деталей, например в лопатках, в которых зачастую радиусы скругления кромки пера имеют значения 1…3 мм, что "не вписывается в рамки" известного способа ни по геометрическим параметрам образца, ни по расчетной формуле.The noted limitations and disadvantages of the known method do not allow it to be used for research in a number of details, for example, in blades, in which often the radius of curvature of the edge of the pen have values of 1 ... 3 mm, which "does not fit into the framework" of the known method neither in the geometric parameters of the sample, nor according to the calculation formula.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в определении тангенциальных остаточных напряжений в зоне кромки пера лопатки с радиусом скругления 1…3 мм и более.The technical result of the claimed invention consists in determining the tangential residual stresses in the region of the edge of the blade feather with a radius of fillet of 1 ... 3 mm or more.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения остаточных напряжений в детали, включающем вырезку плоской заготовки, изготовление криволинейного образца прямоугольного сечения, последовательное снятие поверхностных слоев материала с остаточными напряжениями, чередующееся с определением геометрических параметров образца, выполнение расчетов с использованием формул и полученных в эксперименте геометрических параметров, согласно изобретению используют образец V-образной формы, с радиусом скругления криволинейной части R=1…3 и более мм, с дугой ABC с центральным углом φ≈126°±5°, с двумя концами-удлинителями, разведенными на угол α и образующими расчетный угол β≈126°±5°, снимают слои материала с остаточными тангенциальными напряжениями на участке выпуклой поверхности криволинейной части с дугой ABC, после каждого снятого слоя измеряют толщину t криволинейной части, высоту Η образца, ширину А в основании образца, угол α развода удлинителей, а при выполнении расчетов вначале определяют дополнительные параметры криволинейной части образца: расчетный угол β развода удлинителей, хорду а, стрелу h и радиус R дуги ABC, радиус r нейтральной линии изгиба и радиус ρ оси, смещение е между r и ρ, расстояние у от дуги радиусом r до выпуклой поверхности, используя формулыThe specified technical result is achieved by the fact that in the method for determining residual stresses in a part, including cutting a flat workpiece, manufacturing a curved rectangular sample, sequentially removing surface layers of the material with residual stresses, alternating with determining the geometric parameters of the sample, performing calculations using the formulas obtained in an experiment of geometric parameters, according to the invention, a V-shaped sample is used, with a curve radius the linear part R = 1 ... 3 and more mm, with an arc ABC with a central angle of φ≈126 ° ± 5 °, with two ends-extensions extending to an angle α and forming a calculated angle β≈126 ° ± 5 °, remove the layers of material with residual tangential stresses in the section of the convex surface of the curvilinear part with the arc ABC, after each removed layer, measure the thickness t of the curvilinear part, the height Η of the sample, the width A at the base of the sample, the angle α of the extension of the extension, and when performing calculations, first determine additional parameters of the curvilinear part of the sample : settlement the angular angle β of the extension cable extension, the chord a, the arrow h and the radius R of the arc ABC, the radius r of the neutral bending line and the radius ρ of the axis, the offset e between r and ρ, the distance y from the arc of radius r to the convex surface, using the formulas
а затем рассчитывают остаточные тангенциальные напряжения и в поверхностных слоях материала, начиная с первого слоя, по формуле 
где i - порядковый номер снятого слоя;where i is the serial number of the removed layer;
Е - модуль упругости материала;E is the modulus of elasticity of the material;
уi - расстояние от нейтральной линии изгиба до выпуклой поверхности (дуги АiВiСi);y i is the distance from the neutral bending line to a convex surface (arcs A i B i C i );
ri - радиус нейтральной линии изгиба образца;r i is the radius of the neutral line of bending of the sample;
Ri - радиус выпуклой поверхности (дуги АiВiСi);R i is the radius of the convex surface (arcs A i B i C i );
ti - толщина образца после снятия i слоя;t i is the thickness of the sample after removing the i layer;
δi=(ti-1-ti) - толщина каждого i слоя.δ i = (t i-1 -t i ) is the thickness of each i layer.
Для расчетов тангенциальных остаточных напряжений в предлагаемом способе используется формула, выведенная на основе теории криволинейного бруса (Феодосьев В.И. «Сопротивление материалов», М., Наука, 1986 г. стр. 180…185). В предлагаемом способе значительно улучшена метрологическая часть: применено два удлинителя Iу, являющиеся элементами образца, они разведены на угол α, число геометрических параметров увеличено (t, А, Н, ly, a, h, R, r, е, у, α, β, γ, φ, ρ), они полностью описывают сложную геометрию образца (стр. 184…186). Параметры Iу и γ измеряются один раз на готовом образце, в ходе эксперимента они не изменяются. Параметры φ и β задаются значениями φ≈1260±5° и β≈126°±5° и выполняются при изготовлении образца. Параметры t, A, H, α измеряются на исходном образце и после снятия каждого тонкого слоя материала. Параметры β, a, h, R, r, ρ, е, у вычисляются по формулам (1…8) для исходного образца и для каждого снятого слоя.To calculate the tangential residual stresses in the proposed method, a formula is used that is derived on the basis of the theory of a curved beam (Feodosiev V.I. “Resistance of materials”, M., Nauka, 1986, pp. 180 ... 185). The proposed method significantly improved metrological part: applied two extensions I y, which are the elements of the sample, they are separated by an angle α, the number of geometrical parameters is increased (t, A, H, l y, a, h, R, r, e, y, α, β, γ, φ, ρ), they fully describe the complex geometry of the sample (pp. 184 ... 186). The parameters I y and γ are measured once on the finished sample; they do not change during the experiment. The parameters φ and β are set by the values φ≈1260 ± 5 ° and β≈126 ° ± 5 ° and are performed in the manufacture of the sample. The parameters t, A, H, α are measured on the initial sample and after removing each thin layer of material. The parameters β, a, h, R, r, ρ, е, у are calculated by the formulas (1 ... 8) for the initial sample and for each removed layer.
Благодаря указанным отличительным признакам обеспечивается возможность определения тангенциальных остаточных напряжений в образцах с рабочей частью в форме криволинейного стержня с большой кривизной (f/ρ>0,2), характерной для кромки пера лопатки турбин и компрессоров.Thanks to these distinctive features, it is possible to determine the tangential residual stresses in samples with a working part in the form of a curved rod with a large curvature (f / ρ> 0.2), characteristic of the edge of the feather of the turbine blades and compressors.
Предлагаемый способ поясняется чертежами.The proposed method is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображен общий вид образца для определения остаточных напряжений, указаны измеряемые геометрические параметры.In FIG. 1 shows a general view of a sample for determining residual stresses; measured geometric parameters are indicated.
На фиг. 2 в увеличенном масштабе показана криволинейная часть с дополнительными расчетными параметрами (a, h, R, r, ρ, е, у). На обеих фигурах на боковой поверхности образца показаны базовые метрологические риски, на фиг. 2 буквами ABC обозначена выпуклая поверхность, с которой снимаются тонкие слои материала с остаточными напряжениями.In FIG. 2 on an enlarged scale shows the curvilinear part with additional calculated parameters (a, h, R, r, ρ, e, y). In both figures, the basic metrological risks are shown on the side surface of the sample; in FIG. 2 letters ABC indicate a convex surface from which thin layers of material with residual stresses are removed.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Из исследуемой детали вырезают заготовку с припусками, затем с помощью "тонких технологий", не вносящих дополнительных напряжений в материал, заготовку обрабатывают до заданных чистовых размеров (фиг. 1). На поверхность образца, неподлежащую снятию слоев, наносят защитное покрытие (например воск или лак), предварительно проведя измерения исходных параметров образца: толщину t в середине криволинейной части, полную высоту H образца, ширину А в основании образца, длину удлинителя Iу, углы α, β, γ. Далее переходят непосредственно к эксперименту. Образец "рабочей" частью погружают в ванну с травильным раствором и проводят химический процесс снятия первого тонкого слоя материала с остаточными напряжениями на выпуклой поверхности криволинейной части (фиг. 2, дуга ABC). Затем образец достают из ванны, смывают водой остатки реактива и вытирают насухо. Известными методами, например на универсальном измерительном микроскопе УИМ-21, замеряют параметры t1, А1, Н1, α1. С последующими слоями 2, 3…, n поступают аналогично, определяя после каждого снятого тонкого слоя параметры ti, Ai, Ηi, αi.A workpiece with allowances is cut out from the test part, then using "thin technologies" that do not introduce additional stresses into the material, the workpiece is processed to the specified finishing dimensions (Fig. 1). A protective coating (for example, wax or varnish) is applied to the surface of the sample, which is not suitable for removing layers, after preliminary measurement of the initial parameters of the sample: thickness t in the middle of the curvilinear part, total height H of the sample, width A at the base of the sample, extension length I y , angles α , β, γ. Then go directly to the experiment. A sample of the "working" part is immersed in a pickling solution bath and the chemical process of removing the first thin layer of material with residual stresses on the convex surface of the curved part is carried out (Fig. 2, arc ABC). Then the sample is taken out of the bath, the residual reagent is washed off with water and wiped dry. Known methods, for example on a universal measuring microscope UIM-21, measure the parameters t 1 , A 1 , H 1 , α 1 . With the subsequent layers 2, 3 ..., n, they do the same, determining after each removed thin layer the parameters t i , A i , Η i , α i .
Далее переходят к расчетной части способа. По полученным в эксперименте данным, используя формулы (1…8), рассчитывают дополнительные параметры криволинейной части образца: βi, ai, hi, Ri, ri, ρi, еi, уi (фиг. 1, 2) для каждого снятого тонкого слоя. Затем выполняют заключительный этап - расчет тангенциальных остаточных напряжений σi в поверхностных слоях, начиная с первого слоя, используя основную формулу (9). Заметим, что для первого слоя второе выражение в формуле равно нулю. При практическом применении предлагаемого способа все расчеты выполняются с использованием компьютера. Таким образом, предлагаемый способ дает возможность определять тангенциальные остаточные напряжения в скругленных кромках большой кривизны деталей типа лопаток газотурбинных авиадвигателей. Получаемые данные будут использоваться при оценке запаса прочности таких изделий и отработке новых технологий их изготовления.Next, go to the calculated part of the method. According to the data obtained in the experiment using the formula (1 ... 8), the calculated additional parameters of the curved portion of the sample: β i, a i, h i, R i, r i, ρ i, e i, y i (Figures 1, 2. ) for each thin layer removed. Then the final stage is performed - the calculation of the tangential residual stresses σ i in the surface layers, starting from the first layer, using the basic formula (9). Note that for the first layer, the second expression in the formula is zero. In the practical application of the proposed method, all calculations are performed using a computer. Thus, the proposed method makes it possible to determine the tangential residual stresses in the rounded edges of the large curvature of parts such as blades of gas turbine aircraft engines. The data obtained will be used in assessing the safety margin of such products and developing new technologies for their manufacture.
Claims (1)
а затем рассчитывают остаточные тангенциальные напряжения σi в поверхностных слоях материала, начиная с первого слоя, по формуле
где i - порядковый номер снятого слоя;
E - модуль упругости материала;
yi - расстояние от нейтральной линии изгиба до выпуклой поверхности (дуги AiBiCi);
ri - радиус нейтральной линии изгиба образца;
Ri - радиус выпуклой поверхности (дуги AiBiCi);
ti - толщина образца после снятия i слоя;
δi=(ti-1-ti) - толщина каждого i слоя;
lу - длина удлинителя;
γ - угол, описывающий сложную геометрию образца. A method for determining residual stresses in a part, including cutting a flat workpiece, manufacturing a curved rectangular-shaped sample, sequentially removing surface layers of the material with residual stresses, alternating with determining the geometric parameters of the sample, performing calculations using formulas and geometric parameters obtained in the experiment, characterized in that use a V-shaped sample with a radius of curvature of the curvilinear part R = 1..3 and more mm, with an arc ABC with a central angle scrap φ≈126 ° ± 5 °, with two ends-extenders, separated by an angle α and forming a calculated angle β≈126 ° ± 5 °, while layers of material with residual tangential stresses are removed on the convex surface of the curved part with an arc ABC, after each removed layer, the thickness t of the curvilinear part, the height H of the sample, the width A at the base of the sample, the angle α of the extension of the extenders are measured, and when performing calculations, first determine the additional parameters of the curved part of the sample: the calculated angle β of the extension of the extension, the chord a, arrow h and pa the radius R of the arc ABC, the radius r of the neutral bending line and the radius ρ of the axis, the offset e between r and ρ, the distance y from the arc of radius r to the convex surface, using the formulas
and then calculate the residual tangential stresses σ i in the surface layers of the material, starting from the first layer, according to the formula
where i is the serial number of the removed layer;
E is the modulus of elasticity of the material;
y i is the distance from the neutral bending line to the convex surface (arcs A i B i C i );
r i is the radius of the neutral line of bending of the sample;
R i is the radius of the convex surface (arcs A i B i C i );
t i is the thickness of the sample after removing the i layer;
δ i = (t i-1 -t i ) is the thickness of each i layer;
l y - the length of the extension cord;
γ is the angle describing the complex geometry of the sample.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015124679/28A RU2598779C1 (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | Method for determining residual stress in parts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015124679/28A RU2598779C1 (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | Method for determining residual stress in parts |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2598779C1 true RU2598779C1 (en) | 2016-09-27 |
Family
ID=57018509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015124679/28A RU2598779C1 (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | Method for determining residual stress in parts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2598779C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU522403A1 (en) * | 1975-04-04 | 1976-07-25 | Бюраканская Оптико-Механическая Лаборатория Ан Армянской Сср | Method for determining residual tangential stresses in hollow cylinders |
| SU1682764A1 (en) * | 1989-10-06 | 1991-10-07 | Научно-производственное объединение "ЭНЕРГИЯ" | Method of determining residual stresses in article |
| CN1091825A (en) * | 1993-03-03 | 1994-09-07 | 中国科学院金属研究所 | Method of impact indentation assaying residual stress |
| RU2366912C1 (en) * | 2008-03-24 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method for detection of residual stresses |
-
2015
- 2015-06-23 RU RU2015124679/28A patent/RU2598779C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU522403A1 (en) * | 1975-04-04 | 1976-07-25 | Бюраканская Оптико-Механическая Лаборатория Ан Армянской Сср | Method for determining residual tangential stresses in hollow cylinders |
| SU1682764A1 (en) * | 1989-10-06 | 1991-10-07 | Научно-производственное объединение "ЭНЕРГИЯ" | Method of determining residual stresses in article |
| CN1091825A (en) * | 1993-03-03 | 1994-09-07 | 中国科学院金属研究所 | Method of impact indentation assaying residual stress |
| RU2366912C1 (en) * | 2008-03-24 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method for detection of residual stresses |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109870357B (en) | Method for determining forming limit of high-strength aluminum alloy plate | |
| CN103926025B (en) | A kind of test unit for measuring coating unrelieved stress and method | |
| Valletta et al. | On measuring the mean edge angle of lithic tools based on 3-D models–a case study from the southern Levantine Epipalaeolithic | |
| JP2007032570A (en) | Inspection of turbomachine blade | |
| CN110966969B (en) | Gas turbine stationary blade key structure detection device and processing method | |
| CN111159944A (en) | Method for determining fatigue crack propagation track of airplane structure | |
| CN110705131B (en) | Method for predicting service life of mechanical component based on high cycle fatigue of machined surface layer | |
| RU2598779C1 (en) | Method for determining residual stress in parts | |
| Infante-Garcia et al. | On the use of the theory of critical distances with mesh control for fretting fatigue life assessment in complete and nearly complete contacts | |
| Mednikov et al. | Studying the variation of parameters characterizing the material surface during the droplet erosion incubation period | |
| JP2013113144A (en) | Secular bending amount predicting method for structural member | |
| Privezentsev et al. | Analysis of the microhardness of metals using digital metallographic images | |
| CN106679911B (en) | Beam type structure damage identification method based on multi-scale data fusion theory | |
| JP2010175479A (en) | Method for evaluating life of minute notched material | |
| JP2013096862A (en) | Crack extension behavior prediction method | |
| Alshoaibi et al. | An adaptive finite element procedure for crack propagation analysis | |
| JP6365813B2 (en) | Fatigue strength estimation method | |
| RU2574225C1 (en) | Method of determination of residual stresses in surface layers of part | |
| JP2009074868A (en) | Lifetime estimation method of nickel-based alloy component | |
| CN110907269A (en) | Titanium alloy fatigue life prediction method based on micro scratches | |
| RU2469290C1 (en) | Method for determining crack growth rate due to cyclic loads | |
| RU2561783C1 (en) | Method of determining attack angle of flow-separation from smooth surfaces of models | |
| Civcisa et al. | 3D surface roughness parameters of nanostructured coatings with application in the aerospace industry | |
| RU2628304C1 (en) | Method for determining stress condition of high pressure turbine blades | |
| EP3109615A1 (en) | Ductile fracture evaluation method and device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |