wydym1

ZASTOSOWANIE METODY TREPANACJI OTWOROWEJ DO WYZNACZANIA NAPRĘŻEŃ WŁASNYCH

1.    Wprowadzenie

Jednym z istotnych problemów dla konstruktorów maszyn oraz dużych konstrukcji stalowych jest znajomość wartości naprężeń własnych wywołanych procesem technologicznym (np. spawanie, odlewanie, montaż itp.). Badania dowodzą, że wartości naprężeń spawalniczych mogą być bliskie granicy plastyczności łączonego materiału. Stwierdzono w badaniach i obserwacjach eksploatacyjnych, że w większości konstrukcji obciążonych cyklicznie, naprężenia własne obniżają istotnie wytrzymałość zmęczeniową. Naprężenia spawalnicze a także odlewnicze mogą rzutować na zachowanie stabilności kształtu i wymiarów konstrukcji. Znane i stosowane są również zabiegi technologiczne jak np. dogniatanie, kulowanie, rolowanie, które przez wprowadzenie naprężeń ściskających w strefie powierzchniowej zapewniają podwyższenie wytrzymałości zmęczeniowej, przy czym kontrola tych zabiegów metodami klasycznymi jest trudna. Równocześnie analiza teoretyczna wpływu naprężeń własnych na trwałość zmęczeniową pozwala wnioskować, że w niektórych wzajemnych konfiguracjach stanów naprężeń własnych oraz roboczych (wywołanych obciążeniami) spadek wytrzymałości zmęczeniowej może być niewielki i pominięty w obliczeniach technicznych.

2.    Podstawy teoretyczne metody trepanacji otworowej

Rozpatrujemy problem nieograniczonej cienkiej tarczy obciążonej na brzegach siłami Pi oraz P2 rozłożonymi wzdłuż brzegów w sposób ciągły tak, że na brzegach działają naprężenia 01 i 02 , co pokazano na rysunku 1. Istotą metody trepanacji otworowej jest nawiercanie w badanej tarczy małego otworu i pomiar przyrostów odkształceń radialnych jakie wystąpią wskutek nawiercenia otworu, w jego otoczeniu. Na podstawie zmierzonych przyrostów odkształceń oraz analizy stanu naprężenia i stanu odkształcenia w strefie nawiercanego otworu można wyznaczyć naprężenia w miejscu wiercenia otworu jakie występowały przed jego nawierceniem.

Naprężenia w tarczy obciążonej na brzegach wzdłuż osi 1 i 2 naprężeniami <7_l 1 d₂ można wyrazić, w układzie współrzędnych biegunowych, wzorami (ł).

<7, +<x,

er =—--

+ ———cos 20,

_ <3_X + <7,

cr,

—cos 20

0)

t _e = — ——^-sin20

^r* 2

Przez nawiercenie w tarczy otworu o promieniu r« bardzo małym w porównaniu z jej wymiarami, następuje w otoczeniu otworu zmiana stanu naprężenia i stanu odkształcenia wskutek wywołanej operacją wiercenia koncentracji naprężeń. Dla stanu jednoosiowego rozciągania np. w kierunku 1 współczynnik koncentracji naprężeń osiąga wartość - 3,0„ Rozkład naprężeń zredukowanych wg. hipotezy T_max wokół otworu w tarczy poddanej jednoosiowemu rozciąganiu przedstawiono na rys. 2.