Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ

Изобретение относится к области экспериментальных методов исследования механических напряжений и деформаций в деталях машин и элементах конструкций и может быть использовано для определения пластических деформаций изделий в машиностроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Известен способ измерения деформаций, заключающийся в том, что исследуемый образец изготавливают из пластин, на поверхностях которых наносят координатную сетку из металла с такими же пластическими свойствами, как у исследуемого, но с другим коэффициентом поглощения рентгеновских лучей, затем пластины прокатывают вместе до образования монолитного материала (деформируют), вырезают образец, подвергают его просвечиванию рентгеновскими лучами, получают изображение на экране, которое снимают на кинопленку [1].

Недостатками данного способа являются высокая трудоемкость и необходимость наличия рентгеновской установки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ измерения деформаций, представленный в авторском свидетельстве [2].

В данном способе на поверхность контролируемого объекта наносят фоточувствительный слой, фотографируют на нем изображение эталонной сетки, нанесенной на прозрачную пластину, а после нагружения объекта фотографируют деформированную фотосетку, сравнивают изображение эталонной и копию деформированной сетки и определяют величины деформаций на поверхности объекта.

Недостатком известного технического решения является необходимость применения при нанесении эталонной сетки на прозрачную пластину образцовой сетки, при изготовлении которой требуется использование сложной специальной техники и аппаратуры, в частности прецизионных делительных и линовальных машин или высокоточных координатографов. При этом нанесенная на прозрачную пластину эталонная сетка представляет собой семейство параллельных линий.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности, расширение технологических возможностей способа измерения деформаций и упрощение его реализации. Это достигается тем, что в способе измерения деформаций, согласно изобретению, эталонную сетку изготавливают в виде системы пересекающихся окружностей различного диаметра. Применение такой сетки при измерении деформаций объекта обеспечивает возможность определять с высокой точностью не только значения главных деформаций, но и их направления, которые совпадают с направлением главных осей эллипса, в который преобразуется окружность в ходе деформирования. Использование эталонной сетки в виде системы пересекающихся окружностей различного диаметра позволяет измерять деформации объекта как в области однородного деформированного состояния, так и в зоне с высоким градиентом деформаций за счет применения в этой зоне эталонной сетки с переменной базой. При этом так как окружности эталонной сетки не соприкасаются, то границы ячеек деформированной сетки четко фиксируются даже при очень больших деформациях, вплоть до разрушения объекта.

Эталонную сетку формируют на персональном компьютере и печатают на прозрачной пленке на лазерном принтере с высокой разрешающей способностью. Использование персонального компьютера позволяет сформировать эталонную сетку из системы пересекающихся окружностей различного диаметра. При этом база сетки (размер ячейки) может быть как постоянной (регулярная сетка), так и переменной (разреженная или сгущенная сетка).

Предлагаемый способ отличается высокой точностью. По результатам статистической обработки проведенных измерений размеров 20 ячеек эталонной сетки из системы пересекающихся окружностей диаметром 2,6 мм установлено, что относительная среднеарифметическая ошибка составляет ±0,5%. Предлагаемый способ характеризуется высокой производительностью. Так, например, время изготовления эталонной сетки из системы пересекающихся окружностей диаметром 2,6 мм размером 150×150 мм составляет 4 мин.

Способ осуществляют следующим образом. На персональном компьютере формируют эталонную сетку, которую затем печатают на прозрачной пленке на лазерном принтере с высокой разрешающей способностью. После этого эталонную сетку наносят на поверхность контролируемого объекта, покрытую фоточувствительным слоем, путем наложения на нее прозрачной пленки с напечатанной на ней эталонной сеткой и фиксирования ее на фоточувствительном слое. Далее нанесенную на поверхность контролируемого объекта сетку фотографируют и получают ее изображение. Затем контролируемый объект нагружают, фотографируют деформированную сетку, сравнивают изображение эталонной и копию деформированной сеток и определяют величины деформации на поверхности контролируемого объекта.

Реализация предлагаемого способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность, расширить технологические возможности способа измерения деформаций и упростить его реализацию.

Пример конкретной реализации способа

Пластические деформации определяли при двухосном растяжении трех круглых образцов диаметром 166 мм, изготовленных из листовой стали 08 (ГОСТ 16527-70), толщиной 1,2 мм с целью установления предельной пластичности. Каждый образец имел на рабочей части ослабление в виде односторонней выточки диаметром 36 мм. Нагружение образцов до разрушения производили на стандартной испытательной машине Р-20 в экспериментальном штампе пуансоном диаметром 75 мм, имевшим круговую полость диаметром 45 мм и глубиной 10 мм.

До испытания на поверхность рабочей части образца, покрытую фоточувствительным слоем, наносили эталонную сетку из системы пересекающихся окружностей диаметром 2,6 мм путем наложения на нее прозрачной пленки с напечатанной на ней эталонной сеткой и фиксирования ее на фоточувствительном слое. Эталонную сетку формировали на персональном компьютере по специальной программе, разработанной в среде программирования Delphi, и печатали на прозрачной пленке на лазерном принтере с разрешающей способностью 1200 точек на дюйм. Далее нанесенную на образец сетку фотографировали и получали ее изображение.

После испытания образца деформированную сетку фотографировали, сравнивали изображение эталонной и копию деформированной сеток и определяли величины деформаций на поверхности рабочей части образца. Главные логарифмические деформации в плоскости листа рассчитывали по формулам

где d - диаметр ячейки эталонной сетки; а, b - соответственно максимальный и минимальный размеры ячейки деформированной сетки. Значения d, a, b устанавливали соответственно на изображении эталонной и копии деформированной сеток с помощью инструментального микроскопа БМИ-1 с точностью ±0,005 мм. Измерения размеров a, b производили вдоль одного радиуса, расположенного вблизи трещины, но ею не пересекаемого.

По установленным значениям главных деформаций определяли параметр вида деформированного состояния α=ε₂/ε₁. В пределах рабочей части каждого из испытанных образцов параметр α оставался практически постоянным, а его величина была близка к единице, что свидетельствовало о том, что рабочая часть образца при его нагружении деформировалась в условиях однородного двухосного растяжения. Располагая рассчитанными значениями главных логарифмических деформаций устанавливали предельную пластичность материала, которая равна интенсивности логарифмических деформаций, накопленной к моменту разрушения

Величина предельной пластичности, усредненная по результатам испытаний трех образцов, оказалась равной 0,64.

Таким образом, проведенное экспериментальное исследование позволяет сделать заключение о возможности реализации с высокой точностью предлагаемого способа измерения деформаций.

Предлагаемый способ позволяет определять пластические деформации изделий, изготовленных из листовых и объемных заготовок, и может быть использован для изучения технологических операций обработки металлов давлением путем проведения испытаний в механических лабораториях предприятий и НИИ.

Источники информации

1. АС СССР 163772, кл. G01В 11/16, 22.07.1964. БИ №13.

2. АС СССР 439695, кл. G01В 11/16, 15.08.1974. БИ №30.