Точный метод измерения остаточных напряжений
В предыдущих параграфах мы рассмотрели явления, которые до сих пор еще далеко не поддаются количественному определению. Изломы от напряжений характерны только для совершенно определенных материалов и выражены при этом в весьма различной степени. Поэтому до сих пор в особенности интересовались зависимостью их от технологических процессов, состава, структурного состояния материала и т. д. Напротив, установление связи их с величиной и распределением напряжений пока не представлялось возможным.
Однако такие характеристики, как сохранение размеров и устойчивость формы обрабатываемых тел, сопротивление усталости и т. д. зависят непосредственно от величины и распределения остаточных напряжений. Поэтому уже Калакуцкий также Гейн и Бауэр разработали и применили способ, который дает возможность получить исчерпывающие данные о величине и распределении остаточных напряжений в прутках и листах.
В самое последнее время отмечен ряд весьма серьезных аварий, вызванных остаточными напряжениями, которые показали, насколько до сих пор недооценивалось значение этих напряжений. С тех пор проведено большое число исследований, при которых даже в весьма сложных случаях удавалось установить точно напряженное состояние. Исследования Гейна и Бауэра положили начало оживленной исследовательской деятельности, которая привела к разработке достаточно точного и практически пригодного способа измерения остаточных напряжений.
В настоящее время удается надежно устанавливать напряжения до нескольких кг/мм в прутках и трубах. Объектом для измерения служат обычно достаточно длинные отрезки прутков, которые постепенно высверливаются с центральной части, причем после снятия отдельных слоев каждый раз устанавливаются изменения длины и диаметра прутка. Из относительных изменений длины и диаметра при постепенном сверлении до сечения можно вычислить напряжения s, t, г, в трех главных направлениях - продольном (осевом) направлении, по окружности (тангенциальном) и поперечном (радиальном) направлении - на основании следующих уравнений.
Указанный способ расчета предполагает большую или меньшую симметрию вращения для напряженного состояния, иначе говоря, что напряженное состояние одинаково во всех точках поверхности. Для многих технических случаев это подтверждается с достаточной точностью. Другой способ разделения тела позволяет также установить распределение напряжений, причем точность в этом случае оказывается сильно пониженной. Все способы, при которых измерения производятся вблизи вырезанных участков, сопряжены с значительной ненадежностью.