Переменное нагружение

Схема контроля изображена на рис. 5.27 и 5.28. В катушке / (рис. 5.28) пропускается ток переменной силы, возбуждающий переменное магнитное поле. Поле (указанное пунктиром) возбуждает токи в поверхностных слоях объекта 2. Датчик 3 сканирует по поверхности объекта (рис. 5.28). В дефектных зонах изменяется электропроводность, что и регистрируют приборы 4 и 5.

Закалка с индукционного нагрева. Индукционный нагрев происходит вследствие теплового действия тока, индуктируемого в изделии, помещенном в переменное магнитное поле.

Для нагрева изделие устанавливают в индуктор, представляющий собой один или несколько ниткой пустотелой водоохлаждаемой медной трубки или шины (рис. 139). Переменный ток, протекая через индуктор, создает переменное магнитное поле. В результате индукции в поверхностном слое возникают вихревые токи, и в слое обрабатываемого изделия происходит выделение джоулева тепла. Плотность индуктированного переменного тока по сечению проводника (нагреваемого изделия) неодинакова. Ток проходит в основном в поверхностном слое проводника. Это явление называется п о-в е р х н о с т н ы м э ф ф с к т о м. Около 90 % тепла выделяется в слое толщиной у, м, который находится в следующей зависимости от частоты тока /, Гц, магнитной проницаемости ц, Г/.м, и электросопротивления р, Ом-м, нагреваемого металла:

На рис. 74 показана простейшая схема ультразвуковой сварки. Свариваемые заготовки 5 помещают на опоре 6. Наконечник 3 соединен с магнитострикционным преобразователем 1 через трансфоо-матор упругих колебаний 2, представляющих вместе с рабочим инструментом 4 волновод (на рис. 74 показано, как изменяется амплитуда колебании по длине волновода). Ультразвук излучается непрерывно в процессе сварки. Элементом колебательной системы возбуждающей упругие колебания, является электромеханический преобразователь 1, использующий магнитострикционный эффект Переменное напряжение создает в обмотке преобразователя намагничивающий ток, который возбуждает переменное магнитное поле в материале преобразователя. При изменении величины напряженности магнитного поля в материале возникает периодическое из-

Схема контроля изображена на рис. 4.16 и 4.17. В катушке I (рис. 4.16) пропускается ток переменной силы, возбуждающий переменное магнитное поле. Поле (указанное пунктиром) возбуждает токи в поверхностных слоях объекта 2. Датчик 3 сканирует по поверхности объекта (рис. 4.17). В дефектных зонах изменяется электропроводность, что и регистрируют приборы 4 и 5.

В основе вихретоковых методов лежит зависимость интенсивности и распределения вихревых токов в объекте контроля от его геометрических, электромагнитных (и связанных с ними) параметров и от взаимного расположения измерительного преобразователя и объекта контроля [21]. В простейшем случае вихретоковый преобразователь (ВТП) состоит из генераторной и измерительной обмоток (трансформаторный ВТП) или из одной катушки индуктивности, сочетающей в себе функции генераторной и измерительной обмоток (параметрический Bill). По расположению обмоток огносительно объекта контроля ВТП подразделяются на накладные - торцы обмоток направлены к поверхности объекта, проходные - обмотки либо охватывают объект снаружи, либо находятся внутри объекта, и комбинированные. Переменный ток (синусоидальный или импульсный), действующий в генераторной обмотке ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте контроля. Переменное магнитное поле вихревых токов воздействует на измерительную обмотку трансформаторного преобразователя, наводя в ней ЭДС, или изменяет полное электрическое сопротивление обмотки параметрического преобразователя. Регистрируя напряжение на зажимах катушки или ее сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно него.

На рис. В.7 приведена аростейшая электронно-магнитная схема камертонного регулятора с распределенной массой на одной электронной лампе. Представленная схема относится к автоколебательным системам. При колебании ветви 1 камертона вследствие изменения зазора А изменятся магнитный поток и в обмотках электромагнита 2 возникает переменная э. д. с., которая, поступая на сетку электронной лампы (триода) 3, вызывает колебания анодного тока лампы, частота которого равна частоте изменения э. д. с. и, следовательно, частоте колебаний ветви камертона. Анодный ток, протекая по обмоткам электромагнита 4, создает переменное магнитное поле, приводящее к переменной силе притяжения, которая раскачивает ветвь 5 камертона на резонансной частоте. Колебания ветви 5, в свою очередь, усиливают колебания ветви /, что приводит к возрастанию э. д. с. в цепи сетки лампы. При установившемся режиме в системе возникнут совместные механические и электрические колебания с частотой, близкой к частоте свободных колебаний ветви камертона. Если прибор с камертоном находится на ускоренно движущемся объекте, то действующая на ветви камертона инерционная нагрузка q (рис. В.7) изменяет зазоры, что приводит к отклонению режима работы системы от расчетного, поэтому требуется оценить возможные погрешности в показаниях прибора, возникающие из-за сил инерции (в том числе и случайных).

Феррозондовый метод. Феррозонд — это магниточув-ствительный преобразователь градиента или напряженности магнитного поля в электрический сигнал. Он измеряет напряженность магнитного поля или его градиент. Феррозонд состоит из одной или двух частей — полузондов. Каждый полузонд имеет пермаллоевый сердечник I (рис. 6.38) и две обмотки: обмотку возбуждения 2 и сигнальную 3. Обмотка возбуждения создает переменное магнитное поле, намагничивающее сердечник, а в сигнальной обмотке на выходе генерируется ЭДС, которая пропорциональна напряженности измеряемого магнитного поля или его градиенту. Взаимодействие собственного магнитного поля феррозонда с магнитным полем контролируемого изделия при наличии полей рассеивания вызывает изменение напряженности и градиента результирующего магнитного поля и, как следствие, изменение ЭДС в сигнальной обмотке (изменение частоты гармоники и т. д.). Контроль можно осуществлять как в приложенном магнитном поле, так и на остаточной индукции . С увеличением частоты тока возбуждения до 100 кГц и выше чувствительность феррозондов весьма значительна: можно выявлять поверхностные трещины и риски глубиной до 0,01 мм, а на глубине 6.. .8 мм — трещины глубиной до 0,5 мм.

Схема метода контроля представлена на рис. 6.39. В катушке I пропускается переменный или импульсный ток, возбуждающий переменное магнитное поле (указано на рисунке пунктиром). Поле создает вихревые токи в поверхностных слоях объекта контроля 2, эл ектричес кие параметры которого (частотный спектр, крутизна фронтов, длительность импульсов, сопротивление и т. д.) меняется в зависимости от размеров и характера

Пример такого преобразования показан на схеме рис. 1.28, где в намагниченном магнитом 1 ферромагнитном ОК 3 под действием катушки 2 с переменным током возбуждают переменное магнитное поле, которое вызывает эффект магнитострикции.

Закалка с индукционным нагревом. Индукционный нагрев происходит вследствие теплового действия тока, индуктируемого в изделии, помещенном в переменное магнитное поле.

Эти расчеты, как уже говорилось выше, очень традиционны, и по ним разработаны рекомендации (см., например [3, 32, 33, 83, 97], обобщающие долголетний опыт проектирования и эксплуатации различных конструкций и деталей, а также огромный объем экспериментальных исследований. Однако большая часть этого материала относится к расчетам на регулярное или нерегулярное переменное нагружение при линейном напряженном состоянии или при двухпараметрическом плоском напряженном состоянии с нормальным и касательным напряжением. В значительно меньшей степени освещены вопросы расчета на усталость при других видах напряженного состояния, особенно в условиях нестационарного нагружения.

Повторно-переменное нагружение. Следует иметь в виду, что полученное уравнение (7.29) справедливо только для программ нагружения (такое нагружение будем называть активным), при которых эпюра Эг состоит из двух прямых (см. рис. 7.27, а). Поэтому оно не в полной мере отвечает требованиям, предъявляемым к уравнениям состояния. Если в некоторый (поворотный) момент времени произойдет реверс нагружения (после чего эпюра Эг примет вид, показанный на рис. 7.28, а сплошной линией), либо быстрое увеличение величины ГБ (ё, Т) за счет возрастания скорости деформации или падения температуры вследствие охлаждения (рис. 7.28, б), эпюра Эг становится трехзвенной. Нетрудно видеть, что эпюра изменения (после поворота) упругих деформаций при этом будет двухзвенной (значения параметров в момент поворота отмечены индексом «п»). Отсюда, как и в рассмотренном в § 1 случае неизотермического нагружения склерономного материала, получим уравнение последующей диаграммы деформирования в виде

Ударные нагрузки (быстрое переменное нагружение) определяются не только изменением количества движения, но и механическими характеристиками (пределами упругости и текучести, пластичностью и др.).

Сварные точки испытывают во время работы переменное нагружение: каждая сварная точка при вращении барабана регулярно попадает то в зону, где окружная сила FT суммируется с силой FT от натяжения ленты (с учетом двух

период их изменений) позже получило название цикла, а переменное нагружение -циклического. На рис. А. Вёлера, полученные для

Нерегулярным называют любое другое переменное нагружение, не удовлетворяющее указанным условиям. К. нерегулярному нагружению можно отнести периодическое нагружение с числом экстремумов в одном периоде больше двух, гармоническое нагружение при изменении амплитуд или средних напряжений цикла по определенной программе, полигармоническое, случайное нагружение (стационарное и нестационарное) и т. д.

3. Переменное нагружение, когда существенным является влияние концентрации напряжений на усталость металла.

Переменное нагружение Трещины металлической усталости; трещины термической усталости; трещины коррозионной усталости; трещины контактной усталости

Поскольку долговечность машины (или аппарата) часто связана с интенсивностью повторно-переменного неупругого деформирования, проблема математического описания соответствующих процессов приобрела большую актуальность. Классические теории пластичности и ползучести не охватывают столь сложных задач, особенностью которых является неизотермическое и непропорциональное повторно-переменное нагружение, чередование этапов быстрого изменения внешних воздействий и длительных выдержек. При этом практика проектирования предъявляет достаточно жесткие требования к теории: ее приемлемость для инженерных приложений оценивается в зависимости от соответствия экспериментальным данным, универсальности при описании широкого спектра свойств и эффектов, наблюдаемых при различных условиях нагружения, реальной возможности применения к расчету конструкций.

§ 3. Повторно-переменное нагружение. Дальнейшее развитие принципа Мазинга

§ 11. Обобщение уравнения состояния на повторно-переменное нагружение. • Подобие реологических свойств