Naprężenia szczątkowe

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

Naprężenie szczątkowe (inaczej resztkowe, rezydualne lub własne) 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.

Podział naprężeń szczątkowych[edytuj | edytuj kod]

Naprężenia szczątkowe są klasyfikowane zgodnie ze skalą, w której się równoważą.

  • Naprężenia dalekiego zasięgu (typ I) równoważą się w wymiarach makroskopowych.
  • Naprężenie szczątkowe typu II równoważy się w wielu wymiarach ziarna.
  • Naprężenie szczątkowe typu III, równowaga w ziarnie[1][2]

Techniki pomiarowe[edytuj | edytuj kod]

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[edytuj | edytuj kod]

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)[4] - mierzy naprężenie szczątkowe na całej grubości próbki, przy normalnej do przecięcia "szczelinie".
  • Usuwanie / dzielenie / nakładanie bloków[5]
  • Sachs 'Boring[6]

Techniki częściowo niszczące[edytuj | edytuj kod]

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[7] - mierzy naprężenia szczątkowe na grubości elementu poprzez rozluźnienie naprężeń w „rdzeniu” otaczającym wywiercony otwór o małej średnicy.
  • Wiercenie otworów środkowych[8] - 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[6] - podobny do wiercenia centralnego, ale z większą penetracją i wycinaniem wokół rozety tensometrycznej, a nie przez jej środek.

Techniki nieniszczące[edytuj | edytuj kod]

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[edytuj | edytuj kod]

  1. ↑ a b 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. ↑ a b 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. ↑ a b Los Alamos National Laboratory Environmental Restoration Project quarterly technical report, April--June 1994, 18 sierpnia 1994, DOI: 10.2172/10182144 [dostęp 2021-01-07].
  5. ↑ Practice for Estimating the Approximate Residual Circumferential Stress in Straight Thin-walled Tubing, ASTM International, DOI: 10.1520/e1928-07 [dostęp 2021-01-07].
  6. ↑ a b Alvey, John, (born 19 June 1925), Chairman, SIRA Ltd, 1987–94, „Who's Who”, Oxford University Press, 2007, DOI: 10.1093/ww/9780199540884.013.5399 [dostęp 2021-01-07].
  7. ↑ Micro Deep Hole Drilling, Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2014, s. 873–873, DOI: 10.1007/978-3-642-20617-7_100295, ISBN 978-3-642-20616-0 [dostęp 2021-01-07].
  8. ↑ Witts, Brig. Frank Hole, (22 Feb. 1887–9 May 1941), Commander 8th Infantry Brigade, „Who Was Who”, Oxford University Press, 2007, DOI: 10.1093/ww/9780199540884.013.u233633 [dostęp 2021-01-07].
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Naprężenia_szczątkowe&oldid=72468905”