Методика определения напряжений в отливках

Для определения величины остаточных литейных напряжений применяют специально отливаемые усадочные пробы различной формы. Наиболее удобными для лабораторных исследований являются пробы в виде двухпросветной усадочной решетки (рис.1)

Когда толстый брусок II при охлаждении достигает температуры 620° и перейдет в упругое состояние, тонкие бруски I имеют уже более низкую температуру и препятствуют дальнейшей усадке бруска II.

Вследствие термического торможения усадки к концу охлаждения тонкие бруски I1 и II2 оказываются упруго сжатыми на величину –ΔI, толстый брусок II упруго растянутым на величину +ΔII, a поперечные бруски III упруго изогнутыми на величину 2ΔIII.

Абсолютная величина упругих деформаций системы

2Δ=2ΔIII+ΔI-ΔII,мм.

Если поперечные бруски III имеют малую толщину, то величины ΔI,ΔII по сравнению с 2ΔIII очень малы.

Под воздействием внутренних спряжений в тонких, толстом и поперечных брусках система находится в равновесии, но бруски усадочной решетки I, II и III деформируются согласно схеме рис.2.

Заменяем действие бруска II силой 2Р, а действие правой половины решетки на левую - горизонтальной силой X и моментом М. Горизонтальные силы X, приложенные к отдельным брускам, взаимно уничтожаются.

Разрезав брусок I посередине высоты, можем представить его закрепленным в точке 0 (рис.3) Под действием вертикальной силы Р и изгибающего момента М, эта часть усадочной решетки деформируется по схеме рис.4. Общая величина упругих деформаций Δ представляет собой алгебраическую сумму перемещений точки В на поперечном бруске III и деформацию половины бруска II

Применяя методы сопротивления материалов, перемещение точки В от изгиба бруска III силой P и вращающим моментом М, можно определить из выражения:

,мм (1)

.

Рис.2 Схема упругих деформаций усадочной решетки	Рис. 3 Расчетная схема для определения напряженного и деформированного состояния усадочной peшетки

где

Е - модуль упругости материала (для алюминиевых сплавов Е=7000 кгс/мм², для серого чугуна Е=10000 кгс/мм²;

F_I и F_II - площади поперечных сечений брусков I и II;

J_I и J_III, - моменты инерций брусков I и III.

Для определения неизвестных Р и М имеется дополнительное уравнение, которое получено из условия, что угол поворота сечения В относительно плоскости заделки 0 в результате деформация равняется нулю:

, (2)

Решая совместно уравнения (1) и (2) определяем значения Р (кгс) и М (кгс/мм).

Величину напряжений в тонких I, толстых II и поперечных III брусках определяют из уравнений:

, (3)

, (4)

, (5)

где

– момент сопротивления бруска I, мм³;

- момент сопротивления бруска III, мм³.

Элементы научно-исследовательского характера в работе

Желательно при проведении работы о подгруппой студентов исследовать влияние какого-либо фактора на величину остаточных напряжений. Для этой цели каждую из 6 опытных усадочных решеток необходимо отлить с одним каким-либо изменявшимся параметром.

Примерный перечень таких работ

1. Влияние температуры-заливки на величину остаточных напряжений. Для этого 6 проб заливают из сплава одного состава, но при различной температуре: 1. t°; 2.(t-10)°; 3.(t-20)°; 4.(t-30)°; 5.(t-40)°; 6.(t-50)°

2. Влияние химического состава сплава на величину остаточных напряжений.

Для этого пробы заливают сплавом с разным содержанием одного компонента. Например, Al+2%Cu; Al+4%Cu; Al+6%Cu; Al+8%Cu и т.д. или Al+6%Si; Al+8%Si; Al+10%Si и т.д.