Naprężenie szczątkowe (inaczej resztkowe, rezydualne lub własne) to takie, które pozostaje w materiale po obróbce lub użyciu. 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 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
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. Techniki destrukcyjne obejmują:
Metoda konturu - 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) – mierzy naprężenie szczątkowe na całej grubości próbki, przy normalnej do przecięcia "szczelinie". Usuwanie / dzielenie / nakładanie bloków Sachs 'Boring
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 – mierzy naprężenia szczątkowe na grubości elementu poprzez rozluźnienie naprężeń w „rdzeniu” otaczającym wywiercony otwór o małej średnicy. Wiercenie otworów środkowych – 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 - 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
Kategoria:Wytrzymałość materiałów