SU1665219A1

SU1665219A1 - Способ определени температурных напр жений в призматических телах

Info

Publication number: SU1665219A1
Application number: SU894732605A
Authority: SU
Inventors: Виктор Валерианович Абрамов; Анатолий Георгиевич Андриенко; Майя Ивановна Кузнецова; Сергей Владимирович Кичаев; Владимир Васильевич Крипак; Павел Петрович Швец; Ирина Михайловна Килимник; Сергей Владимирович Родякин
Original assignee: Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря
Priority date: 1989-08-22
Filing date: 1989-08-22
Publication date: 1991-07-23

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл определени напр жений в однородных и неоднородных призматических телах, подвергнутых тепловым воздействи м. Цель изобретени - повышение информативности за счет определени температурных напр жений в заданной точке поперечного сечени призматического тела путем определени температуры в этой точке и одновременного измерени продольных деформаций в четырех точках пересечени главных осей инерции поперечного сечени с поверхностью тела. Способ может быть использован в машиностроении и металлургии при определении технологических и эксплуатационных температурных напр жений в полуфабрикатах и готовых издели х. 1 табл, 5 ил.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл определени напр жений в однородных и неоднородных призматических телах, подвергнутых тепловым воздействи м.

Цель изобретени - повышение информативности за счет определени напр жений в заданной точке поперечного сечени .

Способ заключаетс в следующем.

Деформации измер ют в четырех точках пересечени главных осей инерции рассматриваемого сечени с поверхностью тела , одновременно измер ют температуру в заданной точке поперечного сечени и определ ют напр жени из выражени

0i -ti$+e0+&Y,+fyXi i-, (1)

где ti - температура, измер ема в заданной точке поперечного сечени с координатами Xi и YI;

а 1 / Ai уз + Дз Ут ( уТ+уз Дг у А + А у2

+

) - осева относительна

У2 +У4

деформаци тела на базе I тензодатчика;

А / Ai-Дз ч 1 ( 9i + Уз / I

угол поперечного

сх

Оч

ел ю

ю

сечени относительно главной оси инерции Хс;

л / Д Д} 1

fy ( у-2+Уз ). - -угол поворота поперечного сечени относительно главной оси инерции Yc;

7i, У2, уз, У4, - рассто ние от приведенного центра Т жести поперечного сечени

до точек 1, 2, 3, 4 пересечени главных осей инерции с поверхностью тела;

Е - модуль упругости материала в точке I;

/8 - коэффициент температурного расширени материала в точке I;

- осредненный коэффициент поперечной деформации.

На фиг. 1 - схема креплени тензодатчи- ков и термопар в издели х; на фиг.2 - схема креплени тензодатчиков и термопар в про- катном валке; на фиг.З - схема креплени тензодатчиков и термопар в слитке пр моугольного поперечного сечени ; на фиг.4 - схема креплени тензодатчиков и термопар при симметричном нагреве биметалличе- ской полой призмы; на фиг.5 - схема креплени тензодатчиков и термопар при несимметричном нагреве биметаллической полосы.

П р и м е р 1. Прокатный валок диамет- ром 800 мм и симметрично нагреваетс в течение 320 мин в печи с температурой 800° С, Требуетс согласно предлагаемому способу определить осевые температурные напр жени на поверхности валка и на глу- бине 40 мм от поверхности в процессе его нагрева.

Через центр окружности С провод т две взаимно перпендикул рные пр мые до пересечени с окружностью (точки 1, 2, 3, 4 на фиг.2).

В точках 1 и 3, в направлении оси цилиндра , прикрепл ют высокотемпературные датчики сопротивлени с базой I 20 мм и шириной 5 мм.

В точке 4 высверливают отверстие под термопару на глубину 40 мм.

В процессе нагрева валка в печи измер ют температуру в точке 2 (на поверхности) и в точке 4 на глубине 40 мм. Одновременно измер ютс показани датчиков сопротивлени -деформации .

В рассматриваемом примере, исход из условий симметрии нагрева и симметрии формы поперечного (круглого) сечени , or- раничиваютс измерением деформаций только в двух точках (точки 1 и 3).

В табл.1 приведены экспериментальные данные по изменению температуры в точках 2 и 4, а также среднее значение деформаций Дер - - ( AI + Да ) на поверхности валка.

Напр жени вычисл ютс по формуле ( 1), котора в данном случае упрощаетс ()n принимает вид

a eb-t,T,(2)

где е0

Дер

12 10 6;Е 2 105МПа;

уМ 0,3.

Из табл.1 следует, что максимальные напр жени на поверхности (Оп -269 МПа) и на глубине h 40 мм (он -152 МПа) имеют место спуст 128 мин после начала нагрева валка. При этом температура на поверхности tn 188° С, а на глубине h 40 мм температура равна 154° С.

П р и м е р 2. Пр моугольный слиток размерами 500 х 600 х 1200 мм равномерно нагреваетс со всех сторон. Слиток посажен в печь при температуре 1000° С и нагревалс в течение 2 ч. Начальна температура слитка 20° С. Требуетс определить напр жени в точках 1-5. Вдоль оси призмы в точках 1, 3, 5, 7 прикреплены высокотемпературные датчики сопротивлени с базой I 20 мм и термопары (фиг.З). Высверливают отверсти дл определени температуры в центре поперечного сечени слитка в точке 5.

Среднее значение деформаций через 2 ч после посадки слитка в печь, полученное по показани м датчиков в точках 1, 3, 5, 7, равн лось Дер 10,13 13 мм.

Значени температур в точках 1, 2, 3, 9 и напр жени , вычисленные по формуле (2), приведены в табл.2, При расчетах прин то ,67 105МПа,/3 12 и/г 0,25.

Например, в точках 1 и 9

(7i - 47,7 МПа; Од +171,5 МПа.

Из услови симметрии принимают

О5 (71 ; (77 (73 ; О4 Об Об СЦ .

ПримерЗ. Предлагаемым способом требуетс определить темпера урные напр жени в точках 1, 2, 3 биметаллического (медь + сталь) полого стержн , поперечное сечение которого показано на фиг.4. Стержень нагреваетс симметрично, поэтому можно ограничитьс прикреплением тензодатчиков с базой I 20 мм только в точках 1 и 4. Среднее значение деформации

-з

Ат +Дз п а е0 0,83

10

Значени температур в этот момент нагрева в точках 1, 2, 3 и напр жени , вычисленные по формуле (2), приведены в табл.3.

При расчетах прин то дл меди Ем 1 105 МПа и/Зм 16 дл стали Ес 2 105МПаиД: 12 .

Например, дл точек 1 и 3 о - 237 МПа; оз (-гз$з +е0)Ес 166 МПа .

П р и м е р 4. Определение температурных напр жений на поверхности биметаллической полосы при нагреве ее на 100°С (фиг.5). Плакированный слой медный с Ем

1 105 МПа иД, 16 Ес 2

, основной 105 МПа и Д:

металл-сталь с

12 1СГ6. Толщина полосы 10 мм, толщина

2 плакированного сло 2 мм; а ,2.

Вычисл ют приведенный центр т жести поперечного сечени биметаллической полосы .

v а(Ем«2 + Ес(1-а2)) ,5111т Ус 2(Ем-а + Ес()) Ь 444мм

Следовательно, yi 5,444 мм и уз 10- 5,444 4,556 мм.

На поверхности полосы в точках 1 и 3 прикрепл ют тензодатчики с базой I 20 мм.

Показани датчиков AI 0,0287 мм и Аз 0,0135 мм.

Напр жени вычисл ют по формуле (1), котора дл данного примера переписываетс следующим образом;

о ( +e0 + &у|)Е|,

где е0 0,00124 ;

0,0000384 .

У1 + уз

Напр жение вточках 1,2,3(П -15,1 МПа ;

05 + 8 МПа; 0з -26 МПа.

Экономический эффект от внедрени предлагаемого способа определ етс уменьшением брака, вызванного образованием трещин и короблением полуфабрикатов и готовых изделий, повышением их надежности и долговечности путем управлени напр жени ми и деформаци ми в процессе их изготовлени и эксплуатации.

Claims

Формула изобретени Способ определени температурных напр жений в призматических телах, включающий измерени продольных деформа- 40

0

5

0

5

0

5

0

ций на поверхности тела и температуры, о т- личающийс тем, что, с целью повышени информативности за счет определени напр жений в заданной точке поперечного сечени , деформации измер ют в четырех точках пересечени главных осей инерции рассматриваемого поперечного сечени с поверхностью тела, одновременно измер ют температуру в заданной точке поперечного сечени и определ ют напр жени из выражени

а -tr/ft +е0 +& YI ,

i

где ti - температура, измер ема в заданной точке i поперечного сечени с координатами Xi и YI;

1 / AI уз + Дз У1 ,

(У1+УЗ+

Д V4 + Д) V2

+ 2-г- -- ) осева относительна

У2 + У4

деформаци тела на базе I тензодатчика; 1) и-угол поворота по (

относительно главной

yi +уз

перечного сечени оси инерции Хс;

л / До - ДА 1

( у-2 +уз ) Т угол пов°Р°та поперечного сечени относительно главной оси инерции YC,

У1, У2. уз, У4 - рассто ние от приведенного центра т жести поперечного сечени до точек 1, 2, 3, 4 пересечени главных осей инерции с поверхностью тела;

Е - модуль упругости материала в точке i;

ft - коэффициент температурного расширени материала в точке i;

i - осредненный коэффициент поперечной деформации.

Таблица 1

Фм.1

Таблица 2

Таблица 3

« Хс

Фиг.2

Фиг.

Редактор Н.Тугтица

Составитель В.Савичев Техред М.Моргентал

Фиг.З

Медь Сталь

У/

Хс

fe

Медь

Фие.5

Корректор О.Кравцова