Naprężenia szczątkowe: Różnice pomiędzy wersjami

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przeglądaj historię interaktywnie
[wersja przejrzana][wersja nieprzejrzana]
← poprzednia edycjanastępna edycja →
Usunięta treść Dodana treść
WizualnieWikikod
m poprawa linków, drobne techniczne
Szynekk (dyskusja | edycje)
30 edycji
linki zewnętrzne, akt., poprawa linków, kat., wikizacja, źródła/przypisy
Linia 1: Linia 1:
'''Naprężenie szczątkowe''' to takie, które pozostaje w materiale po obróbce lub użyciu<ref>{{Cytuj |autor = P.J. Withers, H.K.D.H. Bhadeshia |tytuł = Residual stress. Part 1 – Measurement techniques |czasopismo = Materials Science and Technology |data = 2001-04 |data dostępu = 2021-01-06 |issn = 0267-0836 |wolumin = 17 |numer = 4 |s = 355–365 |doi = 10.1179/026708301101509980}}</ref><ref>{{Cytuj |autor = P.J. Withers, H.K.D.H. Bhadeshia |tytuł = Residual stress. Part 2 – Nature and origins |czasopismo = Materials Science and Technology |data = 2001-04 |data dostępu = 2021-01-06 |issn = 0267-0836 |wolumin = 17 |numer = 4 |s = 366–375 |doi = 10.1179/026708301101510087}}</ref>. Może być ono szkodliwe, ponieważ może zmniejszyć [[Tolerancja wymiaru|tolerancję]] materiału na zewnętrzną siłę. Często jest to obciążenie, które musi wytrzymać konstrukcja. Natomiast w kontekście [[Łożysko toczne|łożysk tocznych]] naprężenia mogą być korzystne, jeżeli są to naprężenia ściskające i zlokalizowane na powierzchni w taki sposób, aby skompensować obciążenia stykowe.
'''Naprężenie szczątkowe''' to takie, które pozostaje w materiale po obróbce lub użyciu<ref>{{Cytuj |autor = P.J. Withers, H.K.D.H. Bhadeshia |tytuł = Residual stress. Part 1 – Measurement techniques |czasopismo = Materials Science and Technology |data = 2001-04 |data dostępu = 2021-01-06 |issn = 0267-0836 |wolumin = 17 |numer = 4 |s = 355–365 |doi = 10.1179/026708301101509980}}</ref><ref>{{Cytuj |autor = P.J. Withers, H.K.D.H. Bhadeshia |tytuł = Residual stress. Part 2 – Nature and origins |czasopismo = Materials Science and Technology |data = 2001-04 |data dostępu = 2021-01-06 |issn = 0267-0836 |wolumin = 17 |numer = 4 |s = 366–375 |doi = 10.1179/026708301101510087}}</ref>. Może być ono szkodliwe, ponieważ może zmniejszyć [[Tolerancja wymiaru|tolerancję]] materiału na zewnętrzną siłę. Często jest to obciążenie, które musi wytrzymać konstrukcja. Natomiast w kontekście [[Łożysko toczne|łożysk tocznych]] naprężenia mogą być korzystne, jeżeli są to naprężenia ściskające i zlokalizowane na powierzchni w taki sposób, aby skompensować obciążenia stykowe.

== Techniki pomiarowe ==
Istnieje wiele technik pomiaru naprężeń szczątkowych, które są ogólnie podzielone na techniki niszczące, częściowo niszczące i nieniszczące. Wybór techniki zależy od wymaganych informacji i charakteru próbki pomiarowej. Czynniki obejmują głębokość penetracji pomiaru (powierzchnia lub grubość przelotowa), skalę długości do pomiaru (makroskopowa, mezoskopowa lub mikroskopowa), rozdzielczość wymaganych informacji, a także geometrię składu i położenie próbki. Ponadto niektóre techniki muszą być wykonywane w specjalistycznych pomieszczeniach laboratoryjnych, co oznacza, że wykonanie pomiarów w terenie nie są możliwe w przypadku wszystkich technik.

=== Techniki niszczące ===
Techniki niszczące powodują duże i nieodwracalne zmiany strukturalne w próbce, co oznacza, że badanego obiektu nie można przywrócić do użytku. Techniki te działają na zasadzie „uwalniania naprężeń”. Próbka pomiarowa jest cięta w celu rozluźnienia naprężeń szczątkowych, a następnie poddana pomiarowi odkształconego kształtu. Ponieważ odkształcenia te są zwykle elastyczne, istnieje dająca się wykorzystać liniowa zależność między wielkością odkształcenia a wielkością uwolnionego naprężenia szczątkowego. <ref>{{Cytuj |autor = Schajer, Gary S., |tytuł = Practical residual stress measurement methods |data dostępu = 2021-01-07 |isbn = 978-1-118-40282-5 |miejsce = Chichester, West Sussex, United Kingdom |oclc = 847842759 |url = https://www.worldcat.org/oclc/847842759}}</ref> Techniki destrukcyjne obejmują:

* Metoda konturu <ref>{{Cytuj |tytuł = Los Alamos National Laboratory Environmental Restoration Project quarterly technical report, April--June 1994 |data = 1994-08-18 |data dostępu = 2021-01-07 |url = http://dx.doi.org/10.2172/10182144}}</ref> - mierzy naprężenie szczątkowe na przekroju płaskim 2D przez próbkę, w kierunku jednoosiowym, prostopadłym do powierzchni przeciętej przez próbkę za pomocą elektrodrążarki drutowej.
* Cięcie (podatność na pękanie) <ref>{{Cytuj |tytuł = Los Alamos National Laboratory Environmental Restoration Project quarterly technical report, April--June 1994 |data = 1994-08-18 |data dostępu = 2021-01-07 |url = http://dx.doi.org/10.2172/10182144}}</ref> - mierzy naprężenie szczątkowe na całej grubości próbki, przy normalnej do przecięcia "szczelinie".
* Usuwanie / dzielenie / nakładanie bloków <ref>{{Cytuj |tytuł = Practice for Estimating the Approximate Residual Circumferential Stress in Straight Thin-walled Tubing |data dostępu = 2021-01-07 |wydawca = ASTM International |url = http://dx.doi.org/10.1520/e1928-07}}</ref>
* Sachs 'Boring <ref>{{Cytuj |tytuł = Alvey, John, (born 19 June 1925), Chairman, SIRA Ltd, 1987–94 |data = 2007-12-01 |data dostępu = 2021-01-07 |wydawca = Oxford University Press |opublikowany = Who's Who |url = http://dx.doi.org/10.1093/ww/9780199540884.013.5399}}</ref>

=== Techniki częściowo niszczące ===
Podobnie jak techniki niszczące, te również działają na zasadzie „uwalniania naprężeń”. Jednak usuwają tylko niewielką ilość materiału, pozostawiając nienaruszoną ogólną integralność konstrukcji. Obejmują one:

* Wiercenie głębokich otworów <ref>{{Cytuj |tytuł = Micro Deep Hole Drilling |data = 2014 |data dostępu = 2021-01-07 |isbn = 978-3-642-20616-0 |miejsce = Berlin, Heidelberg |wydawca = Springer Berlin Heidelberg |s = 873–873 |url = http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-20617-7_100295}}</ref> - mierzy naprężenia szczątkowe na grubości elementu poprzez rozluźnienie naprężeń w „rdzeniu” otaczającym wywiercony otwór o małej średnicy.
* Wiercenie otworów środkowych <ref>{{Cytuj |tytuł = Witts, Brig. Frank Hole, (22 Feb. 1887–9 May 1941), Commander 8th Infantry Brigade |data = 2007-12-01 |data dostępu = 2021-01-07 |wydawca = Oxford University Press |opublikowany = Who Was Who |url = http://dx.doi.org/10.1093/ww/9780199540884.013.u233633}}</ref> - mierzy przypowierzchniowe naprężenia szczątkowe poprzez zwolnienie naprężenia odpowiadające niewielkiemu płytkiemu wywierconemu otworowi z rozetą tensometryczną. Wiercenie środkowego otworu jest odpowiednie do głębokości 4 mm. Alternatywnie można zastosować wiercenie otworów nieprzelotowych do cienkich części. Wiercenie otworów centralnych można również wykonać w terenie w celu przetestowania na miejscu.
* Rdzeń pierścieniowy <ref>{{Cytuj |tytuł = Alvey, John, (born 19 June 1925), Chairman, SIRA Ltd, 1987–94 |data = 2007-12-01 |data dostępu = 2021-01-07 |wydawca = Oxford University Press |opublikowany = Who's Who |url = http://dx.doi.org/10.1093/ww/9780199540884.013.5399}}</ref> - podobny do wiercenia centralnego, ale z większą penetracją i wycinaniem wokół rozety tensometrycznej, a nie przez jej środek.

=== Techniki nieniszczące ===
Techniki nieniszczące mierzą wpływ zależności między naprężeniami szczątkowymi a ich działaniem na właściwości krystalograficzne mierzonego materiału. Niektóre z nich polegają na pomiarze dyfrakcji promieniowania elektromagnetycznego o wysokiej częstotliwości w przestrzeni sieci atomowej (która została zdeformowana z powodu naprężenia) względem próbki wolnej od naprężeń. Techniki ultradźwiękowe i magnetyczne wykorzystują właściwości akustyczne i ferromagnetyczne materiałów do wykonywania względnych pomiarów naprężeń szczątkowych. Techniki nieniszczące obejmują:

* Elektromagnetyczny zwany również e-stresem - może być stosowany z próbkami o szerokim zakresie wymiarów i materiałów, z dokładnością porównywalną z dyfrakcją neutronów. Dostępne są systemy przenośne, takie jak system eStress, który można wykorzystać do pomiarów na miejscu lub zainstalować na stałe w celu ciągłego monitorowania. Szybkość pomiaru wynosi 1-10 sekund na lokalizację.
* Dyfrakcja neutronów - sprawdzona technika, która może mierzyć grubość, ale która wymaga źródła neutronów (jak reaktor jądrowy).
* Dyfrakcja synchrotronowa - wymaga synchrotronu, ale dostarcza podobnie użytecznych danych jak metody eStresu i dyfrakcji neutronów.
* Dyfrakcja rentgenowska - technika ograniczonej powierzchni z penetracją zaledwie kilkuset mikronów.
* Ultradźwięki
* Magnetyczny - może być używany z bardzo ograniczonymi wymiarami próbki.


== Przypisy ==
== Przypisy ==

Wersja z 13:23, 7 sty 2021

Naprężenie szczątkowe to takie, które pozostaje w materiale po obróbce lub użyciu[1][2]. Może być ono szkodliwe, ponieważ może zmniejszyć tolerancję materiału na zewnętrzną siłę. Często jest to obciążenie, które musi wytrzymać konstrukcja. Natomiast w kontekście łożysk tocznych naprężenia mogą być korzystne, jeżeli są to naprężenia ściskające i zlokalizowane na powierzchni w taki sposób, aby skompensować obciążenia stykowe.

Techniki pomiarowe

Istnieje wiele technik pomiaru naprężeń szczątkowych, które są ogólnie podzielone na techniki niszczące, częściowo niszczące i nieniszczące. Wybór techniki zależy od wymaganych informacji i charakteru próbki pomiarowej. Czynniki obejmują głębokość penetracji pomiaru (powierzchnia lub grubość przelotowa), skalę długości do pomiaru (makroskopowa, mezoskopowa lub mikroskopowa), rozdzielczość wymaganych informacji, a także geometrię składu i położenie próbki. Ponadto niektóre techniki muszą być wykonywane w specjalistycznych pomieszczeniach laboratoryjnych, co oznacza, że wykonanie pomiarów w terenie nie są możliwe w przypadku wszystkich technik.

Techniki niszczące

Techniki niszczące powodują duże i nieodwracalne zmiany strukturalne w próbce, co oznacza, że badanego obiektu nie można przywrócić do użytku. Techniki te działają na zasadzie „uwalniania naprężeń”. Próbka pomiarowa jest cięta w celu rozluźnienia naprężeń szczątkowych, a następnie poddana pomiarowi odkształconego kształtu. Ponieważ odkształcenia te są zwykle elastyczne, istnieje dająca się wykorzystać liniowa zależność między wielkością odkształcenia a wielkością uwolnionego naprężenia szczątkowego. [3] Techniki destrukcyjne obejmują:

  • Metoda konturu [4] - mierzy naprężenie szczątkowe na przekroju płaskim 2D przez próbkę, w kierunku jednoosiowym, prostopadłym do powierzchni przeciętej przez próbkę za pomocą elektrodrążarki drutowej.
  • Cięcie (podatność na pękanie) [5] - mierzy naprężenie szczątkowe na całej grubości próbki, przy normalnej do przecięcia "szczelinie".
  • Usuwanie / dzielenie / nakładanie bloków [6]
  • Sachs 'Boring [7]

Techniki częściowo niszczące

Podobnie jak techniki niszczące, te również działają na zasadzie „uwalniania naprężeń”. Jednak usuwają tylko niewielką ilość materiału, pozostawiając nienaruszoną ogólną integralność konstrukcji. Obejmują one:

  • Wiercenie głębokich otworów [8] - mierzy naprężenia szczątkowe na grubości elementu poprzez rozluźnienie naprężeń w „rdzeniu” otaczającym wywiercony otwór o małej średnicy.
  • Wiercenie otworów środkowych [9] - mierzy przypowierzchniowe naprężenia szczątkowe poprzez zwolnienie naprężenia odpowiadające niewielkiemu płytkiemu wywierconemu otworowi z rozetą tensometryczną. Wiercenie środkowego otworu jest odpowiednie do głębokości 4 mm. Alternatywnie można zastosować wiercenie otworów nieprzelotowych do cienkich części. Wiercenie otworów centralnych można również wykonać w terenie w celu przetestowania na miejscu.
  • Rdzeń pierścieniowy [10] - podobny do wiercenia centralnego, ale z większą penetracją i wycinaniem wokół rozety tensometrycznej, a nie przez jej środek.

Techniki nieniszczące

Techniki nieniszczące mierzą wpływ zależności między naprężeniami szczątkowymi a ich działaniem na właściwości krystalograficzne mierzonego materiału. Niektóre z nich polegają na pomiarze dyfrakcji promieniowania elektromagnetycznego o wysokiej częstotliwości w przestrzeni sieci atomowej (która została zdeformowana z powodu naprężenia) względem próbki wolnej od naprężeń. Techniki ultradźwiękowe i magnetyczne wykorzystują właściwości akustyczne i ferromagnetyczne materiałów do wykonywania względnych pomiarów naprężeń szczątkowych. Techniki nieniszczące obejmują:

  • Elektromagnetyczny zwany również e-stresem - może być stosowany z próbkami o szerokim zakresie wymiarów i materiałów, z dokładnością porównywalną z dyfrakcją neutronów. Dostępne są systemy przenośne, takie jak system eStress, który można wykorzystać do pomiarów na miejscu lub zainstalować na stałe w celu ciągłego monitorowania. Szybkość pomiaru wynosi 1-10 sekund na lokalizację.
  • Dyfrakcja neutronów - sprawdzona technika, która może mierzyć grubość, ale która wymaga źródła neutronów (jak reaktor jądrowy).
  • Dyfrakcja synchrotronowa - wymaga synchrotronu, ale dostarcza podobnie użytecznych danych jak metody eStresu i dyfrakcji neutronów.
  • Dyfrakcja rentgenowska - technika ograniczonej powierzchni z penetracją zaledwie kilkuset mikronów.
  • Ultradźwięki
  • Magnetyczny - może być używany z bardzo ograniczonymi wymiarami próbki.

Przypisy

  1. ↑ P.J. Withers, H.K.D.H. Bhadeshia, Residual stress. Part 1 – Measurement techniques, „Materials Science and Technology”, 17 (4), 2001, s. 355–365, DOI: 10.1179/026708301101509980, ISSN 0267-0836 [dostęp 2021-01-06].
  2. ↑ P.J. Withers, H.K.D.H. Bhadeshia, Residual stress. Part 2 – Nature and origins, „Materials Science and Technology”, 17 (4), 2001, s. 366–375, DOI: 10.1179/026708301101510087, ISSN 0267-0836 [dostęp 2021-01-06].
  3. ↑ Gary S., Schajer, Practical residual stress measurement methods, Chichester, West Sussex, United Kingdom, ISBN 978-1-118-40282-5, OCLC 847842759 [dostęp 2021-01-07].
  4. ↑ Los Alamos National Laboratory Environmental Restoration Project quarterly technical report, April--June 1994 [online], 18 sierpnia 1994 [dostęp 2021-01-07].
  5. ↑ Los Alamos National Laboratory Environmental Restoration Project quarterly technical report, April--June 1994 [online], 18 sierpnia 1994 [dostęp 2021-01-07].
  6. ↑ Practice for Estimating the Approximate Residual Circumferential Stress in Straight Thin-walled Tubing, ASTM International [dostęp 2021-01-07].
  7. ↑ Alvey, John, (born 19 June 1925), Chairman, SIRA Ltd, 1987–94, Oxford University Press, 1 grudnia 2007 [dostęp 2021-01-07].
  8. ↑ Micro Deep Hole Drilling, Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2014, s. 873–873, ISBN 978-3-642-20616-0 [dostęp 2021-01-07].
  9. ↑ Witts, Brig. Frank Hole, (22 Feb. 1887–9 May 1941), Commander 8th Infantry Brigade, Oxford University Press, 1 grudnia 2007 [dostęp 2021-01-07].
  10. ↑ Alvey, John, (born 19 June 1925), Chairman, SIRA Ltd, 1987–94, Oxford University Press, 1 grudnia 2007 [dostęp 2021-01-07].
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Naprężenia_szczątkowe&oldid=61929717”