Спосіб визначення напружено-деформаційного стану зразка

1 Спосіб визначення напружено-деформаційного стану зразка змістом якого є те що навантаження докладають до досліджуваної поверхні зразка вимірюють роботу виходу електрону з цієї поверхні за методом контактної різниці потенціалів до та гнспя прикладення навантаження і за отри маними даними визначають вид поверхневих де формацій який різниться тим що впливають на досліджувану поверхню зразка до та у процесі вимірювання роботи виходу епектронт електромагнітним випромінюванням з енергією, якої достати ьо для десорбції адсорбованих на поверхні зразка aroMiR та радикалів 2 Спосіб по пункту 1 який різниться тим що додатково періодично вимірюють роботу винаходу електронів у процесі навантаження в тому чиглі і знакопереміниому після ^ого за отриманими даними визначають вид деформації тип напружень, а також зародження руйнування Винахід відноситься до області вимірювальної техніки та може 6VTH використаний для визначення виду деформації типу напруження і зародження руйнування в матеріалах при докладаннях до них механічних зусиль Відомий спосіб вимірювання деформаційного стану зразка [1], змістом якого є те, що на поверхні досліджуваного виробу до навантаження проектують еталонну систему позначок, потім відбиту від поверхні виробу еталонну систему позначок фіксують в площині реєстрації зображення виробу одночасно проектують у площину реєстрації зображення виробу еталонну систему позначок та суміщують обидві системи шляхом зміщення ета лонного зразка до повного зникнення інтерферен ційних смуг які утворюються в процесі суміщення Потім досліджуваний зразок навантажують реєст рують інтерференційну картину і по ній вимірюють деформацію При достатньо високій чутливості та розширенні технічних можливостей шляхом вимірювання деформації зразка довільної форми цей спосіб має низьку продуктивність обумовлену необхідністю нанрсення на досліджувану поверхню системи позначок, що потребує багато часу При цьому задля реалізації способу необхідна дорогоцінна оптико механічна апаратура Окрім цього спосіб не забезпечує розширення функціональних мож ливостей шляхом визначення типу напружень та зародження тріщин Відомий спосіб визначення напруженого стану зрзша [2] змістом якого є те шо на досліджувану поверхню зразка наносять шар крихкого гензочутливого покриття докладають до зразка циклічне навантаження створююче я матеріалі зразка напруження, дорівнюючи 0 1-03 межі витримки, а число циклів навантаження обирають рівним 0,001-0 01 базового числа циклів дня даного мате ріалу потім піддають зразок експлуяшймим навантаженням аналізують ЩІЛЬНІСТЬ та напрям тріщин на покритті і за цими даними визначають напружений стан поверхні зразка При достатньо високій чутливості та просто рі цей спої ifa володіє низькою т о ч н о ю за рахунок ВІДМІННОСТІ напружень у покритті та у зразку по величині л ІНОДІ ще і за знаком [3] я тако>к неви сокою продуктивністю бо нанесення покриття на досліджувану поперхню зразка потребує значною часу Крім того спосіб не забезпечує розширення функціональних можливостей шляхом визначення типу напружень та зародження руйнування зразка Відомий спосіб визначення ніпружено деформаційного стану чразкэ [4] обраний нами за прототип змістом якого с те що навантаження докладають до досліджувано! поверхні іраїка вимірюють роботу виходу електрону з цієї поверхні за методом контактної різниці потенціалів до тя після прикладення навантаження і за отриманими даними визначають вид поверхневих деформацій ю со S" 35141 Недоліком цього способу є невисока точність, зумовлена впливом на результат вимірювання адсорбованого шару [5] иа досліджуваній поверхні зразка, та низька продуктивність за рахунок великого часу (10. 15 год.) встановлення динамічної рівноваги між досліджуваною поверхнею зразка та оточуваною атмосферою після встановлення зразка на вимірювальний стенд. Окрім того, спосіб не забезпечує розширення функціональних можливостей шляхом визначення гипу напружень та зародження руйнування зразка. Задачею винаходу є підвищення продуктивності та точності визначення напружено-деформаційного стану зразка шляхом вилучення з досліджуваної поверхні зразка адсорбованого шару, який викликає похибки при вимірюваннях роботи виходу ОЛС'~|?ОЇ!І^ •"і-^чшсіню тривалості встановлення термодинамічної' рівноваги між досліджуваною поверхнею та зовнішнім середовищем, а також розширенням функціональних можливостей способу шляхом встановлення типу напружень та визначення місця зародження втомлесної" тріщини Вказаний технічний результат досягається завдяки тому, що у способі визначення напруженодеформаційного стану зразка, вміщуючий у собі навантаження і деформування зразка, вимірювання роботи виходу електронів з досліджуваної" поверхні методом контактної різниці потенціалів ТЕ визначення за отриманими даними напружено-деформаційного стану зразка передбачені спідуючі ВІДМІННОСТІ а) вплив електромагнітним випромінюванням на досліджувану поверхню зразка; б) вилив електромагнітним випромінюванням до та в процесі вимірювання роботи виходу електронів; 0 в) вплив електромагнітним випромінюванням з енергією достатньою для вилучення адсорбованих на поверхні зразка атомів та радикалів; г) додаткове вимірювання роботи виходу електронів з досліджуваної поверхні зразка періодично в процесі навантаження, в тому числі знакоперемінного; д) визначення за отриманими даними виміріа; - виду поверхневих деформацій (пружні чи пластичні га їх величина); - тип напружень (розтягуючі чи стискуючі та їх величина); - зародження процесу руйнування досліджуваного зразка (ми йдуть і в якому місці зразка процеси, які готують з'явлення мікротріщин втомленості). На фіг. 1 представлена схема пристрою для реалізації заявпяємого способу. На фіг. 2 - розподіл роботи виходу електронів ф на досліджуваній поверхні зразка довжиною І без опливу електромагнітного випромінювання (криві 1 та 2 - в 1-й та 2-й дні вимірів відповідно) На фіг. З - залежність роботи викоду електронів ф від ступеня деформації г: криві 2, 3 (дві криві відповідають двом різним зразкам з алюмінію); 1 - характерна крива розтягу алюмінію (залежність напруження о від деформації є), для визначення виду поверхневих деформацій (пружні або пластичні). На фіг. 4 - залежність змінення роботи виходу електронів Дф від навантаження о: 1 - криаа змінення Л(р при розтягуючих напруженнях, 2 крива змінення Дф при стискуючих напруженнях, для визначення типу напружень (розтягуючі чи стискуючі). На фіг 5 - розподіл змінення роботи виходу електронів по довжині зразка. 1 - крива змінення Дф на досліджуваній поверхні зразка, 2 ~ крива змінення Дф на оборотній стороні зразка, для визначення місця утворювання мікротріщини. Дф = Ф1 - Ф2і причому фі - значення роботи виходу електронів до навантаження зразка, ф2 - значення роботи виходу електронів після навантаження зразка. Пристрій для реалізації заявленого способу (див. фіг. 1.) містить зразок 1, досліджувана поверхня 2 котрого утворює з коливаючимся еталонним зразком 3, виконаним у вигляді золотого зонду, плоский конденсатор, джерело електромагнітного випромінювання 4, являючий собою, наприклад, ртутну лампу, і встановлений таким чином, щоб ділянка досліджуваної1 поверхні зразка, яка знаходиться під коливаючимся зондом, була постійно освітлена, електрод 5, через який зразок 1 з'єднаний з резонансним підсилювачем 6, мілівольтметром 7 та осцилографом 8. Еталонний зразок заземлений. Запропонований спосіб визначення напружено-деформаційного стану зразка здійснюється слідуючим чином На досліджувану поверхню 2 зразка 1 (нами використовувалися зразки, виконані із сплаву ВТЗ ~ 1 та з алюмінію) до та в процесі вимірювання роботи виходу електронів впливають електромагнітним випромінюванням з енергією, достатньою для десорбції адсорбованих на поверхні атомів та радикалів Величина ц'єї енергії складає 8-80 кДж/моль [6]. Через 8-10 хв після початку опромінювання досліджуваної поверхні 2 зразка 1 приступають до вимірювання роботи виходу електронів (р, причому ф вимірюють до, періодично у процесі та після навантаження зразка 1. ф вимірюється методом контактної різниці потенціалів. Електричний сигнал, утворившийся в результаті коливань еталонного зразка 3 поблизу досліджуваної поверхні 2 зразка 1, подають через електрод 5 на резонансний підсилювач 6 та реєструють за допомогою мілівольтметра і осцилографа 7 та 8 відповідно. Як видно з фіг 2, криві 1' та 2' показуючі розподіл роботи виходу електронів ф на досліджуваній поверхні зразка під впливом на неї електромагнітного випромінювання з енергією, якої достатньо для десорбції адсорбованих на поверхні зразка атомів та радикалів відповідно у 1-й та 2-й день вимірювань, практично співпадають, оскільки на значення Ф не впливають змінення параметрів навколишнього середовища, що підвищує продуктивність та точність вимірів Криві 1 та 2 (без вплину на поверхню електромагнітного випромінювання) відрізняються одне від одного за абсолютним значенням < в результаті впливу атмосфери, що р змінюється. 35141 За даними вимірів роботи виходу електронів Ф у процесі навантаження визначають напруженодеформаційний стан зразка: 1 Вид поверхневих деформацій (пружні або пластичні) Для визначення виду поверхневих деформацій аналізують значення похідної Лф/Лє на різних ділянках кривих 2, 3 (фіг. 3) Якщо Л 0, то деформації мають пружній характер Якщо Лф/Лє 0, то напруження розтягуючі Якщо Лф • f - -. to Фіг. 2 35141 го 1 $20 Фіг. З 35141 Фіг 4 -НО -50 Фіг. 5 Тираж 50 «кэ Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вуп Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03