Введение к работе
Диссертация посвящена развитию экспериментального метода определения остаточных напряжений на основе сочетания метода отверстия и голографической интерферометрии.
Актуальность темы. Для успешного применения в современной технике новых материалов, для научно обоснованной разработки и применения новых технологических процессов требуется углубленное исследование напряженно-деформированного состояния твердого тела на основе расчетных и экспериментальных методов. В диссертационной работе представлена разработка экспериментального метода определения остаточных напряжений и его практическое применение.
В настоящее время успешно применяются традиционные экспериментальные методы исследования напряженно-деформированного состояния, такие, как тензометрический, поляризационно-оптический, хрупких покрытий. Но существует потребность в разработке новых средств диагностики технологических остаточных напряжений, которые сочетали бы в себе высокую производительность и точность, простоту и наглядность оценки напряжений в широком классе исследуемых материалов и конструкций, мобильность и надежную работу в разнообразных условиях исследования. Актуальность диссертационной работы определяется необходимостью разработки такого метода и измерительной аппаратуры для оперативного контроля уровня и распределения остаточных напряжений с целью оптимизации технологических процессов, снижения материало- и энергоемкости и повышения надежности конструкций.
Цель работы состоит в разработке экспериментального метода определения остаточных напряжений в твердых телах, в определении основных направлений для проектирования диагностической аппаратуры, пригодной для работы в заводских и полевых условиях, в исследовании полей остаточных напряжений в реальных конструкциях.
Метод исследований состоит в создании возмущенного напряженно-деформированного состояния в твердом теле при помощи отверстия и последующем расчете остаточных напряжений по перемещениям поверхности объекта при данной разгрузке, измеренным в зоне отверстия. В основе расчетной методики лежит решение пространс-
твенной задачи теории упругости для полупространства с несквозным отверстием при наличии в нем единичного остаточного напряжения. Измерение перемещений основано на голографической интерферометрии, различные варианты которой позволяют с высокой точностью получать информацию о полях перемещений поверхностей произвольной формы. В связи с особенностями поведения перемещений в зоне отверстия - неоднородность, резкая локализация в малой области - проведение измерений голографическими методами потребовало решения ряда методических задач. Необходимо было:
разработать оптимальные оптические схемы применительно к задаче исследования перемещений в зоне отверстия;
повысить точность и чувствительность измерений, исходя из характеристик оптических голографических схем;
разработать методику и создать переносной прибор для внестендовых голографических измерений остаточных напряжений.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработаны схемные решения задач исследования технологических остаточных напряжений с учетом характеристик методов голографической интерферометрии;
разработан ряд малогабаритных диагностических голографических приборов ЛИМОН для оперативного контроля технологических напряжений в производственных условиях;
разработана серия методических вопросов определения остаточных напряжений по голографическим интерферограммам на основе решений указанных задач теории упругости;
получены новые данные о распределении технологических напряжений в ряде твердых тел и элементах конструкций, позволившие выбрать оптимальные режимы технологических процессов.
Практическое значение.
Расширена методическая и инструментальная база для исследования технологических остаточных напряжений.
Разработанный в диссертации экспериментальный метод и аппаратура позволяют оценивать эффективность технологических операций, исходя из величины и характера распределения остаточных напряжений, влияющих на прочностные характеристики конструкций. При использовании созданных приборов ЛИМОН и разработанной методики оперативного определения остаточных напряжений были проведены исследования и экспертные работы в конструкциях атомной
энергетики, авиационной и космической промышленности, газового и нефтяного оборудования:
- исследованы поля остаточных напряжений в сварных соединениях титановых сплавов и в сварных соединениях высокопрочных сред-днелегированных сталей, выполненных электронно-лучевой сваркой;
исследованы поля остаточных напряжений при электронно-лучевой сварке крупногабаритных конструкций из титановых сплавов -силовых балок и сосудов высокого давления;
выполнены исследования технологических остаточных напряжений в сварных элементах нефтепроводов и газопромышленного оборудования;
выполнены экспертные работы по установлению причин разрушения конструкций атомной энергетики, авиационной и космической техники, нефтяного оборудования.
Достоверность результатов подтверждается систематическими экспериментальными исследованиями тестовых задач, имеющих аналитическое или численное решение, и проведением контрольных измерений с помощью известного тензометрического метода.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были доложены на III Всесоюзном симпозиуме "Технологические остаточные напряжения" (Кутаиси,1988), на IV Всесоюзной конференции по сварке цветных металлов (Мариуполь, 1990).
Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь работ, в том числе монография (соавторы Г.Н.Чернышев, А.Л.Попов, И.И.Пономарев) "Остаточные напряженные состояния в деформируемых твердых телах", и получено два авторских свидетельства
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы из 126 наименований. Работа объемом 142 страниц содержит 99 машинописных страниц основного текста, 50 рисунков и 8 таблиц.