Методы исследования технологического оборудования Доцент Глухов Леонид Михайлович, к. 510-а, тел

Перечень наиболее часто употребляемых сокращений (аббревиатур) ММТДТ- методы механики твердого деформируемого тела. ЭММТДТ- экспериментальные ММТДТ. НДС - напряженно-деформированное состояние ОМД – обработка металлов давлением. Методы НК, МНК – методы неразрушающего контроля NDT - nondestructive testing УЗ – ультразвук, УЗК – ультразвуковые колебания УЗД – ультразвуковая дефектоскопия АЭ – акустическая эмиссия ГИ – голографическая интерферометрия ПОМ – поляризационно-оптические методы ФУ - фотоупругость, ФП – фотопластичность ОЧП – оптически-чувствительные покрытия (метод ОЧП) МКС – метод координатных сеток ТП – технологический процесс.

Классификация экспериментальных методов исследования Две основные группы методов. 1. Методы механики твердого деформируемого тела (ММТДТ). 2. Методы неразрушающего контроля (качества изделий) (МНК / NDT- nondestructive testing).

Методы механики твердого деформируемого тела Экспериментальные методы механики ТДТ Теоретические методы механики ТДТ В настоящее время более правильно говорить об экспериментально теоретическом подходе к решению задач механики. Экспериментальные методы: искомые величины определяются непосредственно путем измерения или наблюдения. В тех случаях, когда для получения информации первичные опытные данные подвергаются математическим операциям (дифференцирование, интегрирование и т.п.), то имеем экспериментально - расчетный метод. Если при этом используются уравнения механического состояния, устанавливающие связи между силовыми и кинематическими параметрами сплошной среды, то такие способы называют экспериментально – расчетно – аналитическими.

Способы получения основных параметров НДС по данным экспериментальных методов

Основные экспериментальные методы механики твердого деформируемого тела

Задачи, решаемые экспериментальными методами при исследовании технологических процессов ОМД и технологического оборудования Вид решаемой задачиПолучаемая информация Объекты исследова ния Методы исследования 1. Совершенствование процессов ОМД на основе исследования НДС металла при его деформировании. Перемещения Деформации Напряжения Физические модели ЭММТДТ (МКС, муар, ПОМ, ОЧП, ГИ) 2. Совершенствование конструкций элементов технологического оборудования процессов ОМД (оптимизация размеров и формы). Перемещения Деформации Напряжения Физические модели ЭММТДТ (ПОМ, ГИ, муар, ОЧП) 3. Проверка и уточнение теоретических моделей (уравнений), описывающих различные ТП. Экспериментально- теоретический подход для решения задач ОМД. Перемещения Деформации Напряжения Физические модели ЭММТДТ (МКС, муар, ПОМ, ОЧП, ГИ) 4. Дефектоскопия, контроль и оценка качества готовой металлопродукции, конструкций и деталей машин Аномалии аку- стических сиг- налов, темпера- турных полей, полей перемещ. Натурные объекты, изделия. МНК (NDT) Тепловидение УЗД, АЭ, ГИ и т.д. 5. Прогнозирование состояния и надежности технологического оборудования, машин и агрегатов Параметры и характеристики распределения температур., пе ремещений и т.д Натурные объекты, изделия. МНК (NDT) Тепловидение УЗД, АЭ, ГИ и т.д.

Оптимизация технологии прессования порошковых изделий сложной формы на основе голографических исследований Интерферограмма процесса прессования медного порошка Распределение высотных деформаций ε у (область с деформациями растяжения указана стрелкой Распределение сдвиговых деформаций γ xy

Исследование и оптимизация процесса углового равноканального прессования металлических порошков методом ГИ Интерферограмма процесса углового равноканального прессования порошка Распределение векторов скоростей течения частиц порошка

Исследование и оптимизация процесса прессования труб из композиционного материала типа БОР- АЛЮМИНИЙ Увеличенное (10х) изображение участка трубной заготовки из материала B-Al Распределения компонент тензора малых деформаций по толщине трубной заготовки

Исследование и оптимизация процесса прессования труб из композиционного материала типа БОР- АЛЮМИНИЙ Увеличенное (30х) изображение участка трубной заготовки из материала B-Al Распределение компоненты ε R тензора малых деформаций в окрестности одного волокна В

Контроль качества труб из композиционного материала типа B - Al методами голографической интерферометрии Интерферограммы дефектных образцов с дефектами в виде трещин (указаны стрелками), обнаруженных путем нагрева образцов

Контроль качества труб из композиционного материала типа B - Al методами голографической интерферометрии Интерферограмма дефектного образца с дефектом в виде утонения стенки (указан стрелкой), обнаруженного путем нагрева образца

Классификация методов НК (NDT) 1. Методы контроля проникающими веществами. 1.1 Капиллярный метод. 1.2 Течеискание. 2. Акустические методы контроля. 2.1 Ультразвуковая дефектоскопия 2.2 Метод акустической эмиссии. 3. Электромагнитные методы контроля. 3.1 Электрический контроль: - электроемкостной - электропотенциальный - электрического сопротивления - термоэлектрический - электроискровой - трибоэлектрический - электростатический порошковый.

Акустические методы НК

Классификация методов НК (NDT) (продолжение) 3. Электромагнитные методы контроля. 3.2 Магнитный контроль: - магнитопорошковый - магнитографический - феррозондовый - гальваномагнитный - индукционный - пондеромоторный - магниторезисторный - магнитооптический

Классификация методов НК (NDT) (продолжение) 4. Методы контроля излучениями. 4.1 Радиоволновой контроль (СВЧ – излучение) 4.2 Оптический и тепловой контроль 4.3 Радиационный контроль (рентгеновское, гамма- излучение, нейтронное) Радиография (электрорадиография, нейтронная радиография) Радиоскопия (радиационная интроскопия) Радиометрия. 5. Интроскопия. Методы и средства визуального представления внутренней структуры различных объектов, непрозрачных для видимого света (акустическая и рентгеновская томография, компьютерная томография).

Теория напряжений и деформаций Величины, характеризующие напряженное состояние в точке Обычные металлы состоят из большого числа кристаллических образований, т.е. являются поликристаллами. Размеры кристаллов малы по сравнению с характерными размерами тела (0,01 – 0,1 мм или 10 – 100 мкм), направления ориентации – различны. Вывод: поликристаллические тела в первом приближении ведут себя так же как тела однородные и изотропные.

Основные допущения о свойствах материалов ОДНОРОДНОЕ ТЕЛО – строение и состав которого одинаково в любых точках тела. ИЗОТРОПНЫЫЕ ТЕЛА – их свойства по всем направлениям одинаковы АНИЗОТРОПНЫЫЕ ТЕЛА – их свойства в каждой точке различаются по разным направлениям. Все кристаллические тела (в т.ч. металлы) – анизотропные! Но! В теории упругости и в теории пластичности пренебрегают анизотропией

Напряжения в изотропном теле Возьмем сплошное, однородное и анизотропное тело произвольной формы, находящееся под действием системы сил и мысленно рассечем его плоскостью на две части А и В. Часть В отбросим. Направление секущей плоскости будем характеризовать вешней нормалью n. Пусть dP – равно- Действующая всех сил, действу- ющих на элементарной площад- ке dF в плоскости сечения. Тогда вектор p = dP/dF - полное напряжение на данной площадке. Напряжения в теле будем характеризовать их проекциями на координатные оси.

Напряжения в изотропном теле

Тензор напряжений

Тензор напряжений. Закон парности касательных напряжений

Тензор напряжений. Закон парности касательных напряжений (продолжение)

Тензор напряжений. Операции над тензорами.

Тензор напряжений. Шаровой тензор и девиатор напряжений

Величины, характеризующие деформацию тела

Закон взаимности (сопряженности) сдвигов

Тензор деформаций

Уравнения совместности

Связь между деформациями и напряжениями. Закон Гука

Плоское напряженное состояние и плоская деформация

Плоское напряженное состояние

Плоская деформация

Дифференциальные уравнения равновесия для плоской задачи

Условие на контуре для плоской задачи

Нормальные и касательные напряжения на наклонной площадке

Дифференциальные условия равновесия и условия на контуре для трехмерной задачи

Напряжения на наклонной площадке

Главные напряжения

Схемы главных напряжений

Переход от произвольно выбранных осей к главным осям

Максимальные касательные напряжения

Октаэдрические напряжения

Главные деформации и октаэдрический сдвиг

Главные относительные сдвиги

Октаэдрический сдвиг

Тензометрические методы измерения перемещений, ускорений, сил, моментов, давлений и вибраций Тензометрия - способ экспериментального определения напряжений в наружных слоях деталей, агрегатов, машин с помощью тензодатчиков и регистрирующей аппаратуры. Область применения – практически все области науки и техники. Цели применения – определение напряженного состояния в различных узлах и деталях машин и разработка рекомендаций по их конструкциям. Причины применения – трудность (невозможность) определения НДС деталей и узлов расчетным путем.

Виды тензометров Механические тензометры (МТ). Действие основано на масштабном (без изменения физической природы измеряемой величины) преобразования деформаций базы (недеформированное расстояние между двумя точками, в которых чувствительный элемент тензометра имеет механическую связь с объектом исследования) с помощью механической передачи до величины, удобной для восприятия наблюдателем. В МТ используют рычажные передачи с увеличением 100…200 раз, комбинированные рычажно-шестеренные передачи, например в индикаторах часового типа. МТ используют как средства предварительной оценки деформаций на объектах исследования. Установка не требует специальной подготовки поверхности объекта исследований.

Конструкция петлевого проволочного тензорезистора h L H

Типовые конструкции фольговых тензорезисторов

Схемы измерения параметров

Потенциометрическая схема

Чувствительность потенциометрической схемы

Достоинства и недостатки потенциометрической схемы

Мостовая схема

Основные схемы включения тензорезисторов в мостовую схему

Основные схемы включения тензорезисторов в мостовую схему (схема 2).

Основные схемы включения тензорезисторов в мостовую схему (схемы 3 и 4)

Схема сбалансированного моста