1626435462-e957c8b7a8e4003fe3539e4e0e465a65 (844208), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Это соответствие позволяет определить поле перемещений, из которого исключается перемещение всего объекта как жесткого целого, и на основе получившегося поля перемещений находится поле деформаций(рис. 2.8). При такой обработке изображение разбивается ортогональной сеткой прямыхлиний, по ячейкам которой производится осреднение вычисляемых величин. Точностьрасчета зависит от контрастности картины, влияющей на однозначность корреляции, и отплотности спекл-картины: чем меньше элементы спекл-картины и чем плотнее они расположены, тем меньше может быть ячейка сетки, позволяющая получить более точнуюкартину деформаций.При наличии скоростной камеры и достаточных вычислительных мощностей корреляционный метод позволяет в реальном времени наблюдать деформирование движущихсяконструкций или объектов, подвергаемых динамическому нагружению, и практически неимеет ограничений по масштабу исследуемых объектов, если есть возможность полученияих отчетливых цифровых изображений.2.5.3.Измерение напряженийВ отличие от деформаций, напряжения, возникающие в материале, нельзя измеритьнапрямую.
В случае, когда напряжения возникают в ходе деформирования тела, их можно достаточно точно определить современными расчетными методами или вычислить наоснове экспериментально определенных полей деформации. Остаточные напряжения внастоящее время можно определить только из эксперимента.Существует много физических методов оценки величины напряжения при простомнапряженном состоянии, основанных на изменении некоторых физических свойств при наличии напряжения в материале (например, скорости прохождения ультразвуковых волн).Они используются в основном для оценки остаточных напряжений в сварных соединени-2.6.. Методы неразрушающего контроля37Рис. 2.9. Увеличение числа изохром при усиливающемся (слева направо) одноосном сжатии образца из оптически чувствительного материалаях, штампованных изделиях и т. д.
Однако получить информацию о поле напряжений вслучае неоднородного напряженного состояния, не основываясь на предварительно полученном поле деформаций, можно единственным способом – поляризационно-оптическимметодом, который также называют методом фотоупругости (или фотопластичности, если исследуется пластическое деформирование).Фотоупругость – метод экспериментального определения напряженного состояниядеталей и конструкций на прозрачных моделях из оптически чувствительных материалов.Он основан на том, что большинство прозрачных изотропных материалов при нагруженииприобретают свойство двойного лучепреломления, состоящее в том, что при прохождениичерез такой материал световой луч разлагается на две взаимно перпендикулярные плоскополяризованные составляющие, имеющие различные скорости распространения. Светназывается плоскополяризованным, если колебания световых волн происходят только водной плоскости.
Направления поляризации этих составляющих совпадают с направлениями главных напряжений. Первоначально изотропный материал в процессе деформирования становится анизотропным. Если просвечивать такой материал поляризованнымсветом, а прошедший через него свет наблюдать через поляроид, пропускающий лучи,поляризованные только в одном определенном направлении, в модели образуются интерференционные полосы – изохромы. Точки, лежащие внутри одной полосы, находятся подвоздействием одинаковых наибольших касательных напряжений, поэтому при увеличениинагрузки число полос растет, а их порядок остается неизменным.
Таким образом, полосе спорядковым номером n в данном материале соответствует напряжение τn , и, установив этосоответствие, т. е. протарировав оптически чувствительный материал, можно по картинеизохром определить характер распределения напряжений в моделируемом объекте (рис. 2.9), а при достаточно точно установленных коэффициентах подобия моделии исходного объекта – получить количественную информацию о напряжениях.
Этот метод позволяет получать достаточно точную информацию и решать многие практическиезадачи, однако применим только для однородных изотропных материалов.2.6.Методы неразрушающего контроля2.6.1.Измерение твердости и микротвердостиМногие важные характеристики материала, в том числе степень его пластическогодеформирования, запас пластичности до разрушения, степень поврежденности, наличиевнутренних напряжений в поверхностном слое и т. д., можно узнать при помощи измерения твердости.
Твердостью материала называют способность сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела, называемого индентором.38Глава 2. Основы экспериментальных методов механики . . .аLбLddLРис. 2.10. Отражение ультразвука от свободной поверхности (а) и от поверхности дефекта (б )Твердость определяется как отношение величины нагрузки к площади поверхностиили объему отпечатка индентора, который может быть шариком, пирамидкой или конусомв зависимости от метода измерения. Так, например, для метода Бринелля, в которомв качестве индентора выступает полированный шарик из закаленной стали, твердостьопределяется по формуле:HB = P/πDh,(2.13)где HB – твердость по Бринеллю, P – приложенная сила, D – диаметр шарика, h – глубинаотпечатка.Твердость очевидным образом связана с пластическим деформированием и меняется вместе с пределом текучести, что позволяет, например, по увеличению твердостиматериала конструкции относительно исходной судить об уменьшении запаса пластичности, а значит, и об уменьшении остаточного рабочего ресурса конструкции.
Уменьшениетвердости материала может говорить о накоплении повреждений.Благодаря малым размерам индентора влияние, оказываемое на испытуемый объект,незначительно, что позволяет применять этот вид испытаний к работающим конструкциям.Измерение микротвердости во многом аналогично твердости, но здесь используются инденторы микронных размеров, что позволяет проводить достаточно широкий спектрисследований, начиная от неразрушающего контроля работающих конструкций и заканчивая изучением композитов и сплавов на уровне масштаба кристаллитов или исследованиемсвойств материала в окрестностях трещин.2.6.2.Ультразвуковая дефектоскопияШирокое применение в области определения текущего состояния материалов и конструкций находит также метод ультразвуковой дефектоскопии.
Он основан на том, чтозвуковые волны не изменяют траектории движения в однородном материале, но отражаются от границ раздела сред с различными звукопроводящими характеристиками. Чембольше разница этих характеристик, тем полнее отражение. Так, от свободной поверхности материала или границ внутренних пустот волна отражается практически полностью.Разрешающая способность акустического исследования определяется длиной используемой звуковой волны: при размере препятствия меньше четверти длины волны волна отнего практически не отражается. Поэтому для таких исследований используют высокочастотные колебания – ультразвук.
Общая схема работы дефектоскопа показана нарис. 2.10. Таким образом могут быть обнаружены отдельные дефекты, но кроме того можно определить и среднюю поврежденность материала, так как при наличии в материалебольшого количества микродефектов увеличивается коэффициент затухания проходящихчерез него ультразвуковых волн.2.7..
Заключительные замечания39s21tРис. 2.11. Соответствие спадов напряжения при прерывистой текучести и сигналов акустической эмиссии, совпадающих по времени и коррелирующих по мощности (графики получены припроведении эксперимента по изгибу балки из титанового сплава ВТ5-1). Линия 1 представляетосциллограмму звуковых колебаний, линия 2 – зависимость напряжения в образце от времени2.6.3.Метод акустической эмиссииДеформируемый материал также является источником звуковых колебаний. Как отмечено в главе 1, пластическая деформация связана с перемещением дефектов кристаллической решетки различных масштабных уровней.
Эти перемещения порождают упругиеколебания в материале, которые можно фиксировать как звук. Такие звуковые сигналы,возникающие в деформируемом материале, называют акустической эмиссией. Она можетвозникать также при образовании и развитии трещин. По характеристикам акустическойэмиссии можно получать косвенные данные о скорости пластической деформации, росте трещин, внутреннем разрушении волокнистых материалов.
Некоторым материаламсвойственна прерывистая текучесть – возникновение резких спадов нагрузки при пластическом деформировании с ее последующим восстановлением. При прерывистой текучестив достаточно большом объеме материала интенсивность эмиссии может быть настольковелика, что легко фиксируется обычными звукозаписывающими устройствами (рис. 2.11).2.7.Заключительные замечанияПри помощи экспериментов можно получить достаточно обширную информацию како материалах, так и о конструкциях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
