Derin delik delme - Deep hole drilling

Derin delik delme (DHD) bir artık stres Kilitlenmiş ve uygulanan ölçüm için kullanılan ölçüm tekniği stresler mühendislik malzemeleri ve bileşenlerinde.[1] DHD yarı tahrip edici bir mekaniktir Gerginlik Delinmiş bir referans deliğin ekseni boyunca gerilmelerin dağılımını ölçmeyi amaçlayan gevşeme (MSR) tekniği. Proses, orijinal bileşene tamamen zarar vermeden 750 milimetreden (30 inç) fazla penetrasyonla artık gerilmeleri mikroskobik düzeyde ölçme kabiliyetinde benzersizdir. DHD kabul edilir derin merkez deliği delme gibi diğer delik delme tekniklerine kıyasla.[2]

Tekniğe genel bakış

DHD, bileşenin kalınlığı boyunca bir delik delmeyi, deliğin çapını ölçmeyi, deliğin etrafından bir malzeme çekirdeğini yeniden düzenlemeyi (deliğin etrafında dairesel bir yarık keserek) ve son olarak deliğin çapını yeniden ölçmeyi içerir.[3] Metal mühendisliği için, trepanning işlemi tipik olarak aşağıdakiler kullanılarak gerçekleştirilir: elektrik deşarjı işleme (EDM) kesme sırasında daha fazla baskı uygulanmasını en aza indirmek için. Gerilim salınımından önce ve sonra ölçülen çaplar arasındaki farklar, orijinal artık gerilmelerin kullanılarak hesaplanmasını sağlar. esneklik teorisi. DHD tekniğini açıklayan animasyonlu bir YouTube videosu burada görüntülenebilir: YouTube: Derin Delik Delme Tekniği.

DHD prosedürü

Derin Delik Delme (DHD) artık gerilme ölçüm tekniğinin aşamalarını gösteren bir şema.
Derin Delik Delme (DHD) ölçüm sürecinin aşamaları.

İlk olarak, "çan ağızlarını" en aza indirmek ve analiz sırasında veri setlerinin hizalanmasına yardımcı olmak için ölçüm konumunda bileşenin ön ve arka yüzeylerine referans burçlar takılır. Daha sonra bir bileşenden bir referans deliği delinir; mühendislik metallerinde, bir silahlı matkap tipik olarak ürettikleri pürüzsüz ve düz delik profili nedeniyle kullanılır. Delme işleminden sonra, referans deliğin çapı, bir hava probu ile ölçüm ve referans burçlarının tam uzunluğu ve çevresi boyunca sık aralıklarla ölçülür. Bu, referans delik eksenine normal bir şekilde iki küçük delik yoluyla uçtan zorlanan basınçlı havaya sahip ince bir çubuktur. Hava probu delikten geçerken, delik çapındaki değişiklikler, kalibre edilmiş bir basınç ile tespit edilen basınç değişikliklerine neden olacaktır. dönüştürücü Basınç değişikliğini voltaja dönüştürmek için.[4] Ekseni boyunca referans deliği içeren bir malzeme silindiri (yani bir çekirdek), referans deliğe etki eden gerilmeleri gevşetmek için elektro-deşarj işleme (EDM) kullanılarak bileşenden kesilir (trepanlanır). Son olarak, referans deliğin çapı, trepanlamadan önce ölçülenlerle aynı yerlerde alınan çap ölçümleri ile silindirin ve referans burçların tüm kalınlığı boyunca yeniden ölçülür.

Artımlı DHD tekniği (iDHD)

Yüksek büyüklükte artık gerilmeler varsa (>% 60 verim stresi ) bileşende mevcutsa, DHD tekniği hesaba katılması için değiştirilebilir. plastik davranış stres giderme işlemi sırasında. Gerilim gevşemesi sırasında plastik deformasyon riski, yaklaşık x3 nedeniyle delik delme tekniklerinde bir sorundur. stres yoğunlaştırıcı delik faktörü, gerilim gevşemesini etkili bir şekilde "güçlendirir" ve akma şansını arttırır.[5] Bu nedenle, iDHD için prosedür gerçekleştirilecek şekilde değiştirilir aşamalı olarak, çekirdek derinliği artırarak birkaç adımda kesilerek (trepanlanır) ve her adım arasında çap ölçümleri gerçekleştirilir. Analiz daha sonra, yüksek büyüklükte artık gerilmelerin hesaplanması için bu artımlı bozulmalar dizisini birleştirir.

Sonuçların yorumlanması

DHD yöntemi, referans deliğin ekseni boyunca gerilmelerin dağılımını ölçmeye çalışır.[6] Referans deliğe etki eden orijinal artık gerilmeler ile delik çapındaki ölçülen değişiklikler arasındaki ilişki analizin temelini oluşturur. DHD tekniği, referans deliğin ölçülen bozulmalarını artık gerilim profiline dönüştürmek için elastik bir analiz kullanır.[7] Sonuçların doğruluğu, ölçümdeki hata kaynaklarına bağlıdır, ancak aynı zamanda elastik modülü malzemenin.[6] Daha düşük bir elastik modül, belirli bir gerilim salımı için daha büyük distorsiyonlara neden olur, bu da daha yüksek bir ölçüm çözünürlüğü ve dolayısıyla daha büyük bir elde edilebilir doğruluk anlamına gelir. DHD tekniği, Alüminyum için ± 10MPa, Çelik için ± 30MPa ve Titanyum için ± 15MPa nominal doğruluğa sahiptir.[8]

DHD tekniğinin değerlendirilmesi

DHD'nin diğer artık stres ölçüm tekniklerine göre avantajları ve dezavantajları aşağıda listelenmiştir.

Avantajlar

  • Artık gerilmeler, 750 milimetreye (30 inç) kadar olan derinliklerde ölçülebilir.
  • Yarı tahrip edici - bileşen ömrünün birçok farklı aşamasında tekrarlanan artık gerilim ölçümlerine olanak sağlar.
  • Gerekli ekipman, hem sahada hem de laboratuvarda yapılacak ölçümler için yeterince taşınabilirdir.
  • Gerilim gradyanları dahil olmak üzere boydan boya iki eksenli bir artık gerilim dağılımı ölçülür (örn. Σxx, σyy ve τxy). σzz ölçülebilir, ancak ekstra zorluk ve düşük doğrulukla.
  • Yüksek büyüklükte artık gerilmeler iDHD ile ölçülebilir, yani plastisite hesaba katılabilir.
  • Hem basit hem de karmaşık bileşen şekillerine uygulanabilir.
  • Hem metalik hem de metalik olmayan geniş bir malzeme yelpazesine uygulanabilir.
  • Bileşen malzemesinin tane yapısına kayıtsız.
  • Sayaç dönüşlü Delme, doğruluk için en iyisidir
  • Süreç, üretilen bilgi miktarına göre hızlıdır.
  • Çıkarılan malzeme silindiri, diğer malzeme testleri ve doğrulamaları için gerilimsiz numune sağlar

Dezavantajları

  • Yarı invaziv - ortaya çıkan deliğin yeniden doldurulması veya bir modelin sağlanması gerekebilir.
  • Kalınlığı 6 milimetreden (0,24 inç) az olan bileşenler için geçerli değildir.

Doğrulama

Bükülmüş bir kiriş bileşeni üzerinde çeşitli artık gerilim ölçüm tekniklerinin bir karşılaştırması.

Çeşitli çalışmalar[9][10][11] DHD tekniğini doğrulamak için "bilinen" gerilme durumlarına sahip numuneler kullanılarak, bir bileşende dahili bir gerilim durumu oluşturmak için plastik aralıkta tanımlanmış bir yük uygulayarak veya bileşeni elastik aralıkta yükleyerek, ölçümler.

Örneğin, bir kiriş bileşeni plastik olarak kıvrılmış bilinen bir artık gerilim profilini tanıtmak.[12] Bu artık gerilmeler daha sonra Nötron Kırınımı dahil olmak üzere çoklu artık stres ölçüm teknikleri kullanılarak ölçüldü,[13] Dilme,[14] Halka Çekirdeği,[15] Artımlı Merkez Delik Delme,[2] Derin Delik Delme ve Artımlı Derin Delik Delmenin yanı sıra daha fazla sayısal doğrulama sağlamak için sonlu eleman yazılımı ile modellenmiştir. Tekniklerden elde edilen sonuçlar arasındaki korelasyon güçlüdür, DHD ve iDHD hem sayısal simülasyon hem de diğer deneysel tekniklerle aynı eğilimi ve büyüklükleri gösterir. Bu karşılaştırmanın sonuçları Şekilde gösterilmektedir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ H.Hitano vd. Derin delik delme tekniği ile artık gerilmenin yüksek doğrulukta ölçümü için bir çalışma Journal of Physics: Konferans Serisi 379, 2012 [1]
  2. ^ a b VEQTER Ltd - Merkez Delik Delme [2]. 25 Şubat 2014 tarihinde alındı
  3. ^ A.H. Mahmoudi vd. Derin Delik Delme Tekniğini Kullanarak Akma Yakın Gerilmelerini Ölçmek İçin Yeni Bir Prosedür Deneysel Mekanik, 2009 [3]
  4. ^ R.H. Leggatt vd. Artık Gerilme Ölçümü için Derin Delik Yönteminin Geliştirilmesi ve Deneysel Doğrulaması Mühendislik Tasarımı için Gerinim Analizi Dergisi 1996 31: 177
  5. ^ S.P Timoshenko Mechanics of Materials - Üçüncü S.I Sürümü.Chapman & Hall 1991, 120-123, ISBN  0412368803.
  6. ^ a b Pratik Artık Gerilme Ölçüm Yöntemleri. Wiley 2013, 65-87, ISBN  9781118342374.
  7. ^ R.H. Leggatt vd. Artık Gerilme Ölçümü için Derin Delik Yönteminin Geliştirilmesi ve Deneysel Doğrulaması. Wiley 2013, 65-87, ISBN  9781118342374.
  8. ^ VEQTER Ltd - Derin Delik Delme [4]. Erişim tarihi: 13 Mart 2014
  9. ^ D.George vd. Küçük Delikler Kullanılarak Geçiş Kalınlığı Gerilmesinin Ölçümü. Gerinim Analizi, 37 (2): 125-139.
  10. ^ D.George vd. Autofrettage Tüplerinde Artık Gerilmelerin Ölçülmesi İçin Derin Delik Tekniğinin Uygulanması. BENİM GİBİ, Basınçlı Kaplar ve Borular 93-94.
  11. ^ F.Hosseinzadeh vd. Derin Delik Delmenin Çelik Büzüşmeli Montajlarda Kalan Gerilmelerin Ölçümü ve Analizine Uygulanması. Gerinim Analizi 2011, Cilt. 47 412-426.
  12. ^ X.Ficquet vd. Denizaltının Gövde Bölümünde Eğilme Artık Gerilmesinin Ölçümü. OMAE 2012, OMAE2012-83378
  13. ^ VEQTER Ltd - Nötron Kırınımı [5]. Erişim tarihi: 14 Mart 2014
  14. ^ VEQTER Ltd - Dilme [6]. Erişim tarihi: 14 Mart 2014
  15. ^ VEQTER Ltd - Halka Çekirdeği [7]. Erişim tarihi: 14 Mart 2014

Dış bağlantılar