Способ определения остаточных напряжений в сжатых полках арочных стальных тонколистовых холоднокатаных профилированных листов

Изобретение относится к области строительной механики и может быть использовано при проектировании несущих арочных покрытий из тонколистовых холодногнутых профилированных листов.

Известен способ освобождения, заключающийся в определении остаточных напряжений путем замера деформаций при помощи проволочных тензорезисторов до и после высверливания шайбы с наклеенными тензодатчиками при помощи трубчатого сверла [Ванин В.А. Научные исследования в технологии машино-строения: учебное пособие / В.А. Ванин, В.Г. Однолько, С.И. Пестрецов, В.Х. Фидаров, А.Н. Колодин. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. - С. 122].

Недостатками данного способа являются сложность и трудоемкость процесса, необходимость в обладании специальных навыков оператора, необходимость в специальном оборудовании.

Также известен способ замера деформаций, заключающийся в последовательном удалении слоев металла и замере деформаций стержня, вырезаемого из детали, после чего остаточные напряжения определяются по формулам [Пат. 2121666 РФ, МПК G01L 1/06 (1998.11)].

Недостатками данного способа являются сложность и трудоемкость процесса, необходимость во владении оператора специальными навыками, необходимость в специальном оборудовании, прохождение процесса измерения в лабораторных условиях.

Известен рентгеновский способ, основывающийся на явлении рассеяния монохроматических рентгеновских лучей при прохождении через регулярную кристаллическую решетку материала и вычислении остаточных напряжений исходя из формулы Вульфа - Брэгга, характеризующей условие отражения рентгеновских лучей от атомных плоскостей кристалла [Пат. 2390763 РФ, МПК G01N 23/207 (2006.01)].

Недостатками данного способа являются сложность и трудоемкость процесса, необходимость во владении оператора специальными навыками, необходимость в специальном оборудовании.

Из известных технических решений наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому объекту является способ, основанный на том, что выполняются сквозные разрезы в виде двух параллельных, ориентированных вдоль профиля пропилов в исследуемой полке с последующим измерением физических параметров (прогиба) и вычислением остаточных напряжений по формуле, полученной из адекватной математической модели [Пат. РФ №2455622 С1, МПК G01L 1/06 (2012.07)].

Недостатками данного способа являются неудобства в измерениях прогиба вырезанной полосы, недостаточная точностью измерений, а также процесс вычислений остаточных напряжений очень трудоемкий и требует большого количества времени.

Таким образом, указанное несовершенство известных способов приводит к затруднению в измерениях остаточных напряжений в сжатых полках арочных стальных тонколистовых холоднокатаных профилей.

Задачей изобретения является разработка способа определения остаточных напряжений в сжатых полках арочных стальных тонколистовых холоднокатаных профилированных листов, обеспечивающего простоту методики, достоверность и высокую точность полученных значений, а так же не снижающий несущую способность конструкции.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в сжатой полке арочного стального тонколистового холоднокатанного профилированного листа выполняются сквозные разрезы в виде двух параллельных, ориентированных вдоль профиля, пропилов в исследуемой полке, и сквозные разрезы в виде пропилов, ориентированных поперек профиля в середине расчетной длины и по краям с последующим измерением физических параметров (прогиба) микрометром и вычислением остаточных напряжений по формуле; существует возможность выполнить прорези такой величины, что не будет оказываться отрицательного влияния на несущие характеристики конструкции. Использование операций (выполнение прорезей) позволяет достаточно быстро, без использования специального оборудования, определять остаточные напряжения в сжатых полках арочных холодно-катаных профилированных листах.

Технический результат заключается в усовершенствовании существующего метода определения остаточных напряжений, упрощение вычислений, а также повышении точности измерения прогибов.

В полке профиля, имеющей ширину В, выполняются две сквозных прорези длиной 2L₀, отстоящие друг от друг на расстоянии b и поперечные прорези в середине полосы на расстоянии L₀ и по краям (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3). За счет наличия остаточных напряжений, полученные полуполосы между прорезями, изогнутся прямыми линиями в виде треугольника. Прорези выполняются лазером, либо гидроструей. Замерив прогиб в середине полосы А микрометром можно определить остаточные напряжения σ_zocт. Расчетная схема представлена на фиг. 4.

Относительное удлинение полуполосы после ее выгиба:

Остаточные напряжения равны:

ε=ΔL/L₀ - относительные деформации

Величина L вычисляется по теореме Пифагора как гипотенуза прямоугольного треугольника с катетами L₀ и Δ:

Подставив (1.4) в формулу (1.3) получим:

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где

- на фиг. 1 приведен вид сбоку на стальной тонколистовой холоднокатаный профилированный лист на участке образования выгнутой полосы, полученной путем выполнения сквозных прорезей в полке профиля;

- на фиг. 2 приведен вид сверху и сечение стального тонколистового холоднокатаного профилированного листа на участке выполнения прорезей;

- на фиг. 3 представлен эскиз стального тонколистового холоднокатаного профилированного листа на участке выполнения прорезей с указанием распределения остаточных напряжений по высоте сечения профиля;

- на фиг. 4 представлена расчетная схема пластины, полученной путем выполнения двух сквозных прорезей в полке профиля.