Образец для исследования напряженно-деформированного состояния

Образец для исследования напряженно-деформированного состояния

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (i@946707 ($g) М Кд 3

В 21 В 19/00

G 01 N 1/00 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04 ° 02. 81 (2Ц3249368/22-02 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет—

Опубликовано 3007.82. Бюллетень М28

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (%3) УДК 621. 774..353.001..4(088.8) Дата опубликования описания 300782

Красного Знамени института стали и сплавов (54) ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к исследованию напряженно-деформированного состояния биметалла методом координатной сетки в процессе поперечно-винтовой прокатки.

Известен образец для исследования напряженно-деформированного состояния, представляющий собой цилиндр, разрезанный по продольной оси симметрии, с нанесенной координатной сеткой на одной из соприкасающихся плоскостей реза.

После обработки давлением образец расщепляют на две половины и по искаженной координатной сетке определяют количественную величину деформации.

Такой образец используется для исследования напряженно-деформированного состояния и при поперечно-винтовой прокатке.

Образец изготавливают следующим образом.

Цилиндрическую заготовку разрезают на две равные части по про.дольной оси симметрии. Затем на плоскость реза одной иэ половин наносят координатную сетку. Координатную сетку наносят несколькими способами: механическим (на строгальном станке}, типографским и фотографическим. По.сле чего обе половины совмещают друг с другом, скрепляют, например, путем пайки и обтачивают на токарном станке по диаметру до требуемого размера. Образцы изготавливают из какоголибо модельного материала: свинец, 10 мед и т z. f 1

Недостатки такого образца заключаются в том, что фотосетки и координатные сетки, нанесенные типографским способом, выгорают при температурах деформации 1000-.1200 С °

Координатная сетка, нанесенная механическим способом, получается низкого качества, так как при уменьшении шага сетки (5 мм и меньше) отдельные ячейки сетки зачастую выкрашиваются. Кроме того, плоскость разъема образца в процессе деформа. ции из-за ее неравномерности, как правило, искажается, в результате чего возникают трудности при отде25 ленин одной половины образца от, другой после деформации ° Составление образца из двух половин понижает его прочность, что приводит к неучитываемой погрешности деформации.

30 использование модельного материала не позволяет количественно определить напряженное состояние. Наконец, указанный образец дает возможность изучить картину деформации лишь в одной плоскости — плоскости сечения образца, поэтому невозможно опре- 5 делить тангенциальную составляющую скорости деформации, а также скручи ванне образца при поперечно-винтовой прокатке.

Известен образец для исследования 10 напряженно-деформированного состояния металла в процессе обработки давлением, составленный из пластин с нанесенными на них координатными сетками в виде рисок (2).

Недостатком образца является то, что прочность его мала для деформирования винтовой прокаткой, в результате этого возможно применение только модельного материала, отличающегося высокой пластичностью, что не позволяет оценить напряженное состояние для реальных металлов.

Известен также образец для исследования деформированного состояния металла при винтовой прокатке, составленный из дисков с нанесенными на них координатными сетками. Диски сварены между собой (3).

Недостатком известного образца яв« ляется то, что он не позволяет оценить продольную деформацию с достаточной точностью, так как выполнение образца из дисков приводит к погрешности при определении деформации.

Кроме того., точная установка дис-, ков друг относительно друга приводит к значительным сложностям при изготовлении образца.

Однако такой образец отличается 40 от первых двух тем, что позволяет определить тангенциальную составляющую скорости деформации, скручивание образца. наиболее близким к предлагаемому 45 по технической сущности является образец, содержащий цилиндрическое тело с проволочной координатной сеткой.

Образец изготовлен из свинца и в его объеме расположены параллельно оси в строгом порядке медные проволочки, представляющие собой координатную сетку. После обработки давлением образец раэрезается по диаметральным сечениям и по расположению медных проволочек в плоскостях реза определяется объемная картина распределения деформации (4 )

Недост атком такого образца asляется следующее. если при продоль- <0 ной прокатке образец дает нам полную и достаточно точную информацию о распределении деформаций, то при поперечно-винтовой прокатке такой образец не дает достаточной инфор- 65

Мации для определения распределения деформаций и напряжений в очаге деформации. Это связано с тем, что конфигурации ни одной из координатных линий координатной сетки при винтовой прокатке не совпадают с траекторией движений каждой точки металла, поэтому получаемые поля скоростей деформации и деформаций, представленные через одну Эйлерову и две

Лагранжевые координаты, оказываются зависимыми от времени.

Чтобы установить зависимость искомых полей скоростей деформации и деформаций от времени, необходимо провести значительное число сложных дополнительных экспериментов,, которые предполагают использование нескбльких идентичных образцов, прокатываемых с.торможением через разные интервалы времени.

Кроме того, дополнительные эксперименты усложняют обработку результатов, поскольку приходится привлекать дополнительные формулы и гипотезы для исследования напряженно-деформированного состояния при винтовой прокатке.

Цель изобретения — упрощение обработки результатов при винтовой прокатке путем получения полей скоростей деформации и деформаций, не зависящих от времени.

Поставленная цель достигается созданием образца, содержащего цилиндрическое тело с проволочной координатной сеткой, в котором координатная сетка выполнена в виде нескольких расположенных по винтовой линии проволочек на цилиндрических поверхностях разного радиуса с шагом, равным шагу осевой подачи.

Такой образец позволяет сократить количество экспериментов и упростить обработку результатов.

На чертеже показан образец для исследования напряженно-деформированного состояния.

Образец состоит из цилиндрического тела 1 из основного металла и проволочной координатной сетки 2.

Чтобы получить поля скоростей деформации и деформаций, не зависящие от времени, необходимо, чтобы конфигурация одной из координат координатной сетки совпадала с траекторией движения каждой точки металла. Поскольку образец при поперечно-винтовой прокатке совершает винтовое движение, то и одна иэ координат выполняется в виде винтовой линии с шагом, равным шагу осевой подачи заднего недеформированного конца образца за один оборот при заданных условиях прокатки.

Координатная сетка, выполненная в виде проволочек, расположенных ло винтовой линии с определенным шагом

946707 в объеме образца, позволяет определить направление скорости каждой точки металла. Известно, что вектор скорости направлен по касательной к линиям тока металла в процессе деформации. При поперечно-винтовой про- 5 катке линии тока металла располагаются по винтовой линии с шагом, равным шагу винтового перемещения зад. него недеформированнного конца образца за один оборот. Координатная сет- 10 ка, расположенная в объеме образца по винтовой линии с шагом, соответствующим линиям тока, будет совпадать с линиями тока металла, поэтому скорость металла будет направлена по ка-f5 сательным к проволочкам, образующим пространственную координатную сетку.

Определяя направление скорости перемещения каждой точки проволочки, узнают направление скорости перемещения каждой точки металла при деформации.

Условие несжимаемости объема вместе с информацией б перемещении заднего жесткого недеформированного кон- >5 ца образца в процессе прокатки (скорость осевого перемещения) дают возможность определить модуль скорости каждой точки проволоки, совпадающий с модулем скорости точек металла.

Зная скорость точек металла, определяют распределение скоростей деформации и,деформаций в объеме образца при поперечно-винтовой прокатке. Образец прокатывают с торможением, после чего разрезают его по диаметральным сечениям и по расположению проволоки относительно декартовой системы координат в плоскостях реза определяют напряженно-деформированное со-. стояние образца в очаге деформации. 40

Первоначально вычисляют вектор скорости течения металла, используя условие несжимаемости

V

Первую компоненту скорости каждой точки определяют из выражения (1)

О 0

Ч„(x„, g, g ) = --Г- Ч„, (2} о где dS — площадь сечения проволочки перед очагом деформации;

dS — площадь сечения проволочки в д Ф р ц

V — скорость осевого перемеще1 ния заднего недеформированного конца образца.

Зная первую компоненту вектора скорости, нетрудно определить остальные две компоненты

Ч Vq (х $ () (4) Для вычисления Vg и V частные йха dxy производные — и - заменяем на ах(ах.« отношения приращения соответствующих координат проволочки, получаемых из эксперимента.

Чтобы определить компоненты тенэора скорости деформации, пользуются выражением Стокса. йЧ; dv ах ахгде V„=V.; (х) Ч„. (x (() — компоненты вектора скорости. для определения изменения тензора деформации между двумя соседними сечениями для каждой линии тока справедливо выражение

i ьЕ -= — — о — at

"3 2

I где ., р !, — тензоры скорости деформации одной линии тока в двух соседних сечениях; — время, за которое про2дх,— 2 изошло изменение тензора деформации. цензор деформации для одной линии тока определяется .суммированием ; (х,+ х,y„g,>= ;- yq, „,,)+ь ;;, re 8;>(W„«aK3gq% — тензор дефор) мации в последующих деформированных сечениях х +ьх

E, (,gqß ) — тенэор деформации в недеформированном сечении х;,., и — изменение тензора деформации между двумя соседними сечениями.

Применяя одну иэ теорий пластичности, вычисляют компоненты девиатора напряжений через компоненты тенэора деформаций, в результате чего получают полную информацию о распределении скоростей деформации, деформаций и напряжений в объеме образца при поперечно-винтовой прокатке.

Образец для исследования напряженно-деформированного состояния при поперечно-винтовой прокатке может быть выполнен следующим образом.

Образец состоит из некоторого количества цилиндров, вставленных друг в друга.

На поверхности каждого цилиндра сделаны несколько пазов, в частности восемь, по винтовой линии с шагом, соответствующим шагу осевой подачи заднего недеформированного конца образца за один оборот при заданных условиях прокатки (при определенном обжатии, угле подачи и т.д.у. В пазах вставлена проволочка, представляющая собой объемную координатную сетку и отличающаяся по цвету от образца. Чтобы пазы в цилиндрах были размещены строго один под другим, 5 предусмотрен штифт, расположенный на расстоянии 15 мм от заднего конца"" образца. Торцы образца заварены.

Шаг винтовой линии или шаг осевой подачи заднего недеформированного 10 конца образца за оцин оборот опрецелится по формуле дэк в Ч0

5 = - — tg Й â€”), о К ()

15 где Р -. диаметр заднего конца образ-

К ца)

К вЂ” количество валков; угол подачи; — — определено из опытных дан- 20 .))о ных

Р

Дпя получения образца используют свинцовый цилиндр, на котором намотана проволока по винтовой линии с заданным шагом. Свинцовая заготовка 2)

1 помещается в полый цилиндр и заливается свинцом. На остывшую заготовку снова наматывается проволочка по винтовой линии с тем же заданным шагом, после чего свинцовый образец помеща- 30 ется н другой полый цилиндр, у которого диаметр больше диаметра первого цилиндра, и заливается другим слоем свинца.

Таким образом, последовательно по- g)) вторяя процесс, получают образец, в объеме которого располагаются проволочки по винтовой линии с определенным шагом, представляющие собой пространственную координатную сетку.

Образец получают путем прессования, н результате получается сплошной образец, н объеме которого пространственная координатная сетка выполнена н виде проволочек, расположенных по винтовой линии. В этом случае при определении шага винтовой линии учитывают вытяжку.при прессовании.

Предлагаемый образец позволяет определить условий свариваемости различных слоев цилиндров, состанляющих образец.

Знание закономерностей объемного течения металла от различных параметров процесса винтовой прокатки (обжатия, угла подачи, угла раскатки, калибровки валков) позволяет правильно строить технологический процесс деформации сплошной заготовки„ сокращает объем экспериментальных исследований процесса, который получает широкое развитие для производства труднодеформируемых сплавов, цветных металлов, непрерывнолитой заготовки, биметаллов, что и определяет экономический эффект предлагаемого образца.

ФоРмУла изобретения

Образец для исследования напряженно-деформированного состояния, содержащий цилиндрическое тело с проволочной координатной сеткой, о т л и ч а ю шийся тегл, что, с целью упрощения обработки результатов при винтовой прокатке путем получения полей скоростей деформации и деформаций, не зависящих от времени, координатная сетка выполнена в,ниде нескольких расположенных по винтовой линии проволочек на цилиндрических поверхностях разного радиуса с шагом, равным шагу осевой подачи.

Источники информации, принятые но внимание при экспертизе

-1. Смирнов-Р)ляев Г.A. и Розенберг В.М. Теория пластической деформации металлов. Машгиз, 1956, с.327328.:

2. Полухин П.И. и др. Деформации и и напряжения при обработке металлов давлением. N., "Металлургия", 1974, с.187, 309.

3. Потапов И.Н. и др. Исследование деформированного состояния при нинтовой прокатке с помощью метода координатных сеток. "Известия ВУЗон

"Черная, металлургия", 1974, Р 11, с.65.

4. Камиев П.B.Ïoâèàåíèå точности измерений усилий при ковке и штамповке.-"Энергомашиностроение", 1970„

Р 2, с.30-32.

946707

Составитель Л.Матурина

Редактор A.Ëåêíèíà Техред Т. Маточка корректор A.éçÿòêî

Заказ 5410/15 Тираж 845 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4