Определение главных направлений и величины остаточных напряжений в высокотекстурированных материалах акустическим методом
С целью определения направлений действий главных напряжений в твердых средах с большим затуханием ульт-развуковых колебаний и в анизотропных средах в них вводятся перпендикулярно плоскости действия напряжений ультразвуковые продольные колебания, а также сдвиговые колебания, поляризованные по трем на...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101909 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Определение главных направлений и величины остаточных напряжений в высокотекстурированных материалах акустическим методом / О.И. Гуща, В.А. Бродовой, В.Н. Смиленко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 9 (653). — С. 58-60. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101909 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Гуща, О.И. Бродовой, В.А. Смиленко, В.Н. 2016-06-09T09:04:54Z 2016-06-09T09:04:54Z 2007 Определение главных направлений и величины остаточных напряжений в высокотекстурированных материалах акустическим методом / О.И. Гуща, В.А. Бродовой, В.Н. Смиленко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 9 (653). — С. 58-60. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101909 539.3:620.179.16 С целью определения направлений действий главных напряжений в твердых средах с большим затуханием ульт-развуковых колебаний и в анизотропных средах в них вводятся перпендикулярно плоскости действия напряжений ультразвуковые продольные колебания, а также сдвиговые колебания, поляризованные по трем направлениям. Первое направление поляризации выбирается вдоль направления анизотропии с неизвестным углом к главному направлению. Два других направления поляризации выбираются наклонными к первому под острыми углами, равными по значению и противоположными по знаку. Для этих направлений исследуется скорость распространения ультразвуковых ко-лебаний. По этим результатам определяется угол наклона главных напряжений к выбранному начальному направлению, а также их значения. Ultrasonic longitudinal oscillations, normal to the plane of action of stresses, and shear oscillations polarised in three directions are introduced into an object studied to determine directions of action of main stresses in solid media with a high attenuation of ultrasonic oscillations, as well as in anisotropic media. The first polarisation direction is selected to be along the anisotropy direction with an unknown angle to the main direction. Two other polarisation directions are selected to be inclined to the first one at acute angles, which are equal in value and opposite in sign. The velocity of propagation of ultrasonic oscillations is investigated for these directions. The angles of inclination of main stresses to a selected initial direction, as well as values of these stresses are determined from these results. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Неразрушающий контроль Определение главных направлений и величины остаточных напряжений в высокотекстурированных материалах акустическим методом Determination of main directions and values of residual stresses in highly-textured materials Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Определение главных направлений и величины остаточных напряжений в высокотекстурированных материалах акустическим методом |
| spellingShingle |
Определение главных направлений и величины остаточных напряжений в высокотекстурированных материалах акустическим методом Гуща, О.И. Бродовой, В.А. Смиленко, В.Н. Неразрушающий контроль |
| title_short |
Определение главных направлений и величины остаточных напряжений в высокотекстурированных материалах акустическим методом |
| title_full |
Определение главных направлений и величины остаточных напряжений в высокотекстурированных материалах акустическим методом |
| title_fullStr |
Определение главных направлений и величины остаточных напряжений в высокотекстурированных материалах акустическим методом |
| title_full_unstemmed |
Определение главных направлений и величины остаточных напряжений в высокотекстурированных материалах акустическим методом |
| title_sort |
определение главных направлений и величины остаточных напряжений в высокотекстурированных материалах акустическим методом |
| author |
Гуща, О.И. Бродовой, В.А. Смиленко, В.Н. |
| author_facet |
Гуща, О.И. Бродовой, В.А. Смиленко, В.Н. |
| topic |
Неразрушающий контроль |
| topic_facet |
Неразрушающий контроль |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Determination of main directions and values of residual stresses in highly-textured materials |
| description |
С целью определения направлений действий главных напряжений в твердых средах с большим затуханием ульт-развуковых колебаний и в анизотропных средах в них вводятся перпендикулярно плоскости действия напряжений ультразвуковые продольные колебания, а также сдвиговые колебания, поляризованные по трем направлениям. Первое направление поляризации выбирается вдоль направления анизотропии с неизвестным углом к главному направлению. Два других направления поляризации выбираются наклонными к первому под острыми углами, равными по значению и противоположными по знаку. Для этих направлений исследуется скорость распространения ультразвуковых ко-лебаний. По этим результатам определяется угол наклона главных напряжений к выбранному начальному направлению, а также их значения.
Ultrasonic longitudinal oscillations, normal to the plane of action of stresses, and shear oscillations polarised in three directions are introduced into an object studied to determine directions of action of main stresses in solid media with a high attenuation of ultrasonic oscillations, as well as in anisotropic media. The first polarisation direction is selected to be along the anisotropy direction with an unknown angle to the main direction. Two other polarisation directions are selected to be inclined to the first one at acute angles, which are equal in value and opposite in sign. The velocity of propagation of ultrasonic oscillations is investigated for these directions. The angles of inclination of main stresses to a selected initial direction, as well as values of these stresses are determined from these results.
|
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101909 |
| citation_txt |
Определение главных направлений и величины остаточных напряжений в высокотекстурированных материалах акустическим методом / О.И. Гуща, В.А. Бродовой, В.Н. Смиленко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 9 (653). — С. 58-60. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT guŝaoi opredelenieglavnyhnapravleniiiveličinyostatočnyhnaprâženiivvysokoteksturirovannyhmaterialahakustičeskimmetodom AT brodovoiva opredelenieglavnyhnapravleniiiveličinyostatočnyhnaprâženiivvysokoteksturirovannyhmaterialahakustičeskimmetodom AT smilenkovn opredelenieglavnyhnapravleniiiveličinyostatočnyhnaprâženiivvysokoteksturirovannyhmaterialahakustičeskimmetodom AT guŝaoi determinationofmaindirectionsandvaluesofresidualstressesinhighlytexturedmaterials AT brodovoiva determinationofmaindirectionsandvaluesofresidualstressesinhighlytexturedmaterials AT smilenkovn determinationofmaindirectionsandvaluesofresidualstressesinhighlytexturedmaterials |
| first_indexed |
2025-11-27T00:31:09Z |
| last_indexed |
2025-11-27T00:31:09Z |
| _version_ |
1850788719054815232 |
| fulltext |
УДК 539.3:620.179.16
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ И ВЕЛИЧИНЫ
ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ВЫСОКОТЕКСТУРИРОВАН-
НЫХ МАТЕРИАЛАХ АКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
О. И. ГУЩА, д-р техн. наук, В. А. БРОДОВОЙ, канд. техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины),
В. Н. СМИЛЕНКО, инж. (ГП НИИ «Квант», г. Киев)
С целью определения направлений действий главных напряжений в твердых средах с большим затуханием ульт-
развуковых колебаний и в анизотропных средах в них вводятся перпендикулярно плоскости действия напряжений
ультразвуковые продольные колебания, а также сдвиговые колебания, поляризованные по трем направлениям. Первое
направление поляризации выбирается вдоль направления анизотропии с неизвестным углом к главному направлению.
Два других направления поляризации выбираются наклонными к первому под острыми углами, равными по значению
и противоположными по знаку. Для этих направлений исследуется скорость распространения ультразвуковых ко-
лебаний. По этим результатам определяется угол наклона главных напряжений к выбранному начальному направлению,
а также их значения.
К л ю ч е в ы е с л о в а : главные направления, остаточные
напряжения, анизотропные среды, ультразвуковые колеба-
ния, направление поляризации
Практика использования акустического метода
контроля напряжений показывает, что большин-
ство низколегированных сталей и ряд других кон-
струкционных сплавов отличаются сравнительно
небольшим рассеиванием в них ультразвука. В
таких материалах можно наблюдать до восьми и
более пакетов так называемых отраженных уль-
тразвуковых сигналов, неоднородность которых,
обусловленная текстурой проката, как правило,
значительно меньше неоднородности, вызывае-
мой напряжениями. В результате максимальный
сигнал на приемнике при прочих равных условиях
будет наблюдаться при совпадении плоскости по-
ляризации колебаний с главными направлениями.
Остальные принятые сигналы будут располагать-
ся в ряд с регулярно убывающими амплитудами
(рис. 1, а). При несовпадении плоскости поляри-
зации с главными направлениями ряд принятых
сигналов будет иметь вид нерегулярно убываю-
щих сигналов (рис. 1, б). Максимальную ампли-
туду может иметь не первый принятый сигнал,
таких максимумов может быть более одного. Та-
ким образом, в материалах с небольшим затуха-
нием ультразвуковых колебаний и сравнительно
невыраженной текстурой проката главные направ-
ления могут быть определены по виду ряда убы-
вающих сигналов на приемнике в процессе по-
ворота датчиков.
Вместе с тем для многих конструкционных ма-
териалов появление начальной анизотропии, выз-
ванной, например, прокаткой, соизмеримо с эф-
фектом от упругой анизотропии. Для ряда мате-
риалов она существенно преобладает над прояв-
лением упругой анизотропии (титановые сплавы,
специальные стали, алюминиевые сплавы, стек-
лопластики). Существуют также материалы с
большим затуханием ультразвуковых колебаний,
когда приемником фиксируется только один-два
отраженных сигнала. Для таких материалов из-
ложенный выше способ непригоден. Поэтому при
измерении напряжений акустическим способом в
таких материалах главные направления предпо-
лагаются известными [1]. Кроме того, в измери-
тельных устройствах присутствует, как правило,
автоматическая регулировка усиления. При этом
все отраженные сигналы усиливаются до одного
© О. И. Гуща, В. А. Бродовой, В. Н. Смиленко, 2007
Рис. 1. Ряд пакетов ультразвуковых колебаний при совпа-
дении (а) и несовпадении (б) плоскости поляризации колеба-
ний с главными направлениями (ЗИ — зондирующий им-
пульс): 1–7 — номер отраженного ультразвукового сигнала
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ
58 9/2007
уровня, что исключает возможность наблюдения
натурального ряда отраженных сигналов. В связи
с этим целью определения направлений действия
главных напряжений в средах с большим зату-
ханием ультразвуковых колебаний и в анизотроп-
ных средах в исследуемый объект перпендику-
лярно плоскости действия напряжений дополни-
тельно вводятся сдвиговые ультразвуковые коле-
бания, поляризованные по третьему направлению
(рис. 2). Первое направление поляризации выби-
рается вдоль анизотропии с неизвестным углом
ϕ к главному направлению, два других — нак-
лонными к первому под острыми углами α, рав-
ными по значению и противоположными по знаку
[2]. Для этих направлений исследуются скорости
распространения ультразвуковых сдвиговых коле-
баний Csx(ϕ), Csx(ϕ + α), Csx(ϕ – α) соответствен-
но. Тогда, введя обозначения
γ =
Csx(ϕ + α)
Cxx(ϕ – α)
, γ1 =
Csx(ϕ)
Cxx(ϕ + α)
, γ2 =
Csx(ϕ)
Cxx(ϕ – α)
, (1)
K1 = cos2ϕ sin2α + sin2ϕ cos2α
sin2ϕ sin2ϕ
,
K2 = cos2ϕ cos2ϕ + cos2ϕ cos2ϕ
sin2ϕ sin2ϕ
(2)
и из зависимости
tg 2ϕ = tg α
γ1
2(γ2 – 1)
2 – γ1
2 – γ2
2, (3)
получаем значения скоростей распространения
ультразвуковых волн вдоль главных направлений:
Csx3 =
Csx(ϕ)
√⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯γ2
2(1
2 + K1) + γ1
2(1
2 – K1)
,
(4)
Csx2 =
Csx(ϕ)
√⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯γ2
2(1
2 – K2) + γ1
2(1
2 + K2)
. (5)
Значения компонент остаточных напряжений,
направленных вдоль главных направлений, опре-
деляются выражениями
σ33 – σ22 =
⎡
⎢
⎣
Csx3 – Cs0
Cs0
–
Csx2 – Cs0
Cs0
⎤
⎥
⎦
A, (6)
σ33 + σ22 =
⎡
⎢
⎣
Csx3 – Cs0
Cs0
+
Csx2 – Cs0
Cs0
⎤
⎥
⎦
B, (7)
где Cs0 = M(Csx3 + Csx2 – ∆C0) – NClx1 — начальная
скорость сдвиговых акустических колебаний; Clx1
— скорость распространения продольных акусти-
ческих колебаний; A, B, M, N — коэффициенты
пропорциональности, которые определяются упру-
гими модулями второго и третьего порядка.
Начальная анизотропия, как известно, сказы-
вается на начальной скорости акустических ко-
лебаний. Поэтому скорости колебаний, поляри-
зованных вдоль направления прокатки и поперек,
будут существенно различаться. Эту начальную
разность скорости ∆Cн можно записать в соот-
ветствии с обозначениями, принятыми на рис. 2:
∆Cн = Csx(ϕ)0 – Csx(ϕ + π ⁄ 2)0. (8)
При повороте плоскости поляризации колебаний
относительно выбранного начального направления
соответственно изменяется и начальная скорость ко-
лебаний. В этом случае значение начальной раз-
ности скоростей ∆C0 можно записать в виде
∆C0 = ∆Cн(sin ϕ – cos ϕ). (9)
Методику проверяли на диске из стали 10Г2С1
диаметром 180 мм и толщиной 22 мм. Диск наг-
ружали по диаметру усилием 20 т на гидравличес-
Рис. 2. Углы поляризации для определения главных направ-
лений
Результаты измерений и расчетов углов и напряжений
ϕзадел, град Clx1 Csx(ϕ) Csx(ϕ – 60o) Csx(ϕ +60o) σ22, МПа σ33, МПа σрасч, МПа
15 60483 34741 34721 34707 39,9 –90,1 12,1
30 60482 34732 34733 34706 36,1 –94,0 30,9
45 60485 34726 34740 34710 36,3 –93,9 43,9
9/2007 59
ком прессе ПС-50. Расчетные значения напряже-
ний составляли σ33 = –96,5 МПа и σ22 = 32,2 МПа.
Образец нагружали под углами 15, 30 и 45° от-
носительно направления прокатки. Значения час-
тот рециркуляции измеряли по направлению про-
катки, а также под углами +60 и –60° относительно
этого направления. Результаты обрабатывали на
ПВМ по специально разработанной программе. Ре-
зультаты эксперимента представлены в таблице.
Значения скоростей распространения ультраз-
вуковых колебаний даны в частотах рециркуляции
импульсов.
Таким образом, акустический метод дает воз-
можность определять значение и главные направ-
ления действующих напряжений без разрушения
как в изотропных материалах, так и в материалах
с выраженной анизотропией.
1. Гузь А. Н., Махорт Ф. Г., Гуща О. И. Введение в акусто-
упругость. — Киев: Наук. думка, 1977. — 152 с.
2. Гуща О. И., Махорт Ф. Г. Акустический способ опреде-
ления напряжений в твердых средах. — БИ. —1983. —
№ 36.
Ultrasonic longitudinal oscillations, normal to the plane of action of stresses, and shear oscillations polarised in three directions
are introduced into an object studied to determine directions of action of main stresses in solid media with a high attenuation
of ultrasonic oscillations, as well as in anisotropic media. The first polarisation direction is selected to be along the anisotropy
direction with an unknown angle to the main direction. Two other polarisation directions are selected to be inclined to the
first one at acute angles, which are equal in value and opposite in sign. The velocity of propagation of ultrasonic oscillations
is investigated for these directions. The angles of inclination of main stresses to a selected initial direction, as well as values
of these stresses are determined from these results.
Поступила в редакцию 20.04.2007
НОВЫЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ
В мае 2007 г. вышел в свет первый номер журнала «JONING
PLASTICS» («Соединение пластмасс»), издателеме которого
является Немецкое сварочное общество. Журнал выходит на
немецком и английском языках, его периодичность – два
выпуска в год, формат журнала А4, объем 100 с.
Поскольку пластмассы как конструкционный материал се-
годня находят массовое применение во многих отраслях про-
мышленности, журнал намерен публиковать материалы,
имеющие отношение к получению неразъемных соединений
пластмасс, и ориентирован на примеры и результаты прак-
тического приложения в этой области, в частности, при
строительстве трубопроводов и резервуаров.
Читатель журнала сможет узнать все самое важное в дан-
ной области по вопросам управления качеством, стан-
дартизации, результатам исследований и законченным раз-
работкам, безопасности работ и защиты окружающей среды.
Более подробная информация о журнале на сайте: www.joining-plastics.info
60 9/2007
|