книги из ГПНТБ / Тепловые процессы при обработке металлов и сплавов давлением учеб. пособие для студентов металлург. спец. вузов

Из изложенного видно, что (То(і,о) = 2то(і,о).

При круговой поляризации монохроматического света (для это­ го между моделью и скрещенными поляроидами устанавливают пластинки «четверть волны») на экране полярископа появляется

щих одинаковую величину максимального касательного напряже­

В случае применения плоскополяризованного света (пластинки «четверть волны» убраны) на общем фоне полос появляются до­ полнительные темные линии или области, называемые изоклинами (рис. 5.24). Изоклины являются геометрическим местом точек, имеющих одинаковое направление главных напряжений (угол на­ клона площадок главных напряжений ср = const), одно из которых совпадает с направлением плоскости поляризации. По известным изоклинам можно построить сетку изостат-траекторий главных на­ пряжений.

Зная в каждой точке величину максимального касательного на­ пряжения и направления главных напряжений, а также граничные условия, можно, пользуясь методами теории упругости, определить компоненты тензора напряжений для каждой точки упруго дефор­ мированной среды.

Для определения порядка полосы по картине изохром можно применять киносъемку. Обычно порядок полосы определяют непо­ средственно по одной фотографии, если известны полосы нулевого порядка, источник и общий характер роста полос. Например, сред-

220

няя полоса в картине полос, полученных при изгибе балочки, имеет нулевой порядок. Источником полос являются наиболее удаленные крайние волокна. Порядок полос устанавливаем простым счетом, начиная от нулевой полосы в сторону источника полос.

Если модель имеет свободный контур (нет внешних касательных и нормальных нагрузок), то одни главные напряжения будут на­ правлены по касательной к контуру, а другие, нормальные к нему, равны нулю. В этом случае величина одного из главных напряже­ ний (не равного нулю) определяется из картины полос как произ­ ведение порядка полосы, выходящей на свободный контур, на цену полосы модели. Это имеет большое значение при расчете прочности конструкции, когда для решения задачи достаточно знать величи­

методами, которые подробно изложены в работе [138].

Для исследования напряжений методом полос и для определе­ ния поля изоклин используют различные установки. Хорошие ре­ зультаты обеспечиваются при работе на полярископе БПУ ИМАШ-КБ2 с рабочим полем 130 мм и на поляризационно-проек- ционной установке ППУ-7 конструкции Ленинградского государ­ ственного университета.

В качестве основного материала обычно используют оптически активный материал Э40-М или ЭД6-М на основе эпоксидной смо­ лы. Эти материалы обладают механической изотропностью, необ­ ходимой прозрачностью, высокой оптической активностью, линей­ ной зависимостью между напряжением и порядковым номером по­

Материал состоит из 100 частей эпоксидной смолы Э-40 и 30 ча­ стей малеинового ангидрида. Технология изготовления описана в

Для исследования напряжений в объеме детали часто исполь­

221

Т а б л и ц а 5.4

Характеристика оптически-активных материалов

Сущность метода «замораживания» состоит в том, что после проведения определенного температурного режима и удаления на­ грузки при просвечивании модели в поляризационной установке можно наблюдать картину полос (изохром). Последняя связана с напряжениями, полученными в модели под нагрузкой при «замо­ раживании».

После «замораживания» картины полос модель можно обраба­ тывать режущим инструментом, причем картина полос не исчезает и не изменяется. «Замораживание» обычно проводят в термостате по температурному режиму, подобному режиму отжига деталей.

Модель натуры выполняется с соблюдением масштабов геомет­ рического « и силового ß подобия. При этом в модели возможны отступления, не сказывающиеся на определяемых напряжениях и деформациях.

и*-нат

224

Для плоских многосвязных моделей [139, 141, 142] напряженное состояние в общем случае зависит от коэффициента Пуассона ц. Исключение составляют случаи, когда главные векторы внешних усилий (или главные моменты), приложенных к каждому из кон­ туров многосвязной модели, в отдельности равны нулю. Однако при исследовании плоского напряженного состояния оптическим методом погрешность, вызываемая р - м о д ^ Ц н а т » в большинстве слу­ чаев не выходит за пределы точности, которая требуется при реше­ нии технических задач.

Для объемной задачи распределение напряжений в модели и

Критерием влияния неравенства і і м о д ^ М - н а т на погрешность эксперимента может быть характер распределения суммы главных

Известен ряд способов оценки и учета влияния неравенства ко­ эффициентов Пуассона на подобие полей напряжений в модели и натуре і[142].

Для контактной задачи влияние неравенства также существенно.

В качестве примера рассмотрим методику пересчета напряже­ ний и деформаций с модели на натуру применительно к прокатным валкам. Для пересчета напряжений в контактных зонах были ис­ пользованы зависимости, полученные из решения контактной зада­ чи по Герцу, учитывающего размеры деталей и свойства материа­ лов (коэффициент Пуассона и модуль продольной упругости).

В работе М. Ф р о х т а [138] приведены формулы пересчета с модели на натуру для общего решения задачи Герца. Эти формулы используют также для решения контактной задачи «колесо — рельс».

В рассматриваемом примере переход от модели к натуре с уче­ том разных коэффициентов (лМ од и | я н а т осуществляли следующим образом. Наибольшее давление (напряжение) между соприкасаю­ щимися упругими цилиндрами с параллельными осями определяли по формуле Б. С. К о в а л ь с к о г о [143]:

где /?х и R2 — радиусы соприкасающихся цилиндров; д— нагрузка

Нетрудно заметить, что при пересчете напряжений в контакт­ ной зоне правая часть формулы (5.4.21) умножается на коэффи­ циент

Напряжения в остальном объеме валка пересчитывают по фор­ муле (5.4.21).

Пересчет деформации сжатия с модели на натуру производили также с учетом особенностей напряженного состояния в контакт­

22&

Пересчет эпюр сближения осей валков с модели на натуру осу­ ществляют по выражению

и в исследованиях температурных напряжений. Его использование возможно в двух направлениях:

1) напряжения в модели, пропорциональные искомым темпера­ турным напряжениям в натуре, создаются моделированием темпе­ ратурного поля (метод нагреваемых или охлаждаемых моделей); 2) напряжения в модели создаются путем механического вос­ произведения в некотором масштабе температурных деформаций, соответствующих заданному температурному полю (метод нена-

греваемых моделей).

К сожалению, на сегодняшний день с применением поляризаци- онно-оптического метода решены относительно несложные темпе­ ратурные задачи. Однако поляризационно-оптический метод дает возможность изучать напряжения на поверхности и в объеме дета­ лей и конструкций, что позволяет отнести его к наиболее важным методам исследования напряжений и деформаций.

ГЛАВА V I

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ СТАНОВ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

1. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПРОКАТКИ

Большое влияние на энергосиловые параметры прокатки, полу­ чение проката с минимальной продольной разнотолщинностью и устойчивость прокатки в клетях черновой группы оказывают тем­ пература раскатов и равномерность нагрева.

Перегрев слябов из легированных сталей приводит к пробуксов­ ке раскатов и перегрузкам главных линий, так же как и недоста­ точный нагрев слябов из углеродистых и легированных сталей. Большая протяженность черновых групп клетей приводит к значи­ тельному падению температуры раскатов с момента выдачи их из печей до выхода на промежуточный рольганг. Общее падение тем­ пературы раскатов в черновых группах непрерывных станов сос­ тавляет 60—120° С в зависимости от протяженности групп и исход­ ной толщины слябов.

В связи с увеличением длины раскатов из-за повышения толщи­ ны и длины слябов общая протяженность черновых групп непре­ рывных станов доходит до 300 м, а время нахождения раската в

та, отношением площади поверхности раската к объему и химичес­ ким составом стали.

Снижение температуры полосы за время прокатки происходит вследствие потерь тепла главным образом тремя путями:

теплоизлучением в окружающую среду; теплопроводностью (передача тепла валкам, роликам рольган­

гов и другим деталям стана); конвекцией окружающего воздуха.

В работах отечественных и зарубежных исследователей (144— 147] потери тепла конвекцией при горячей прокатке стали прини­ маются в пределах 5—7% от потерь тепла путем теплоизлучения.

Через определенное время после начала работы стана, которое определяется главным образом ритмом прокатки, температура вал-

228

ков, проводковой арматуры и других деталей стана, соприкасающих­ ся с горячей полосой, устанавливается примерно постоянной (при данном темпе прокатки). Одновременно с охлаждением раскатов во время прокатки происходит и некоторое повышение их темпера­ туры за счет превращения в тепло работы, затрачиваемой на дефор­ мацию, и работы трения между металлом и валками.

При прокатке толстых полос (как это имеет место в черновых группах широкополосных станов) в первом приближении можно принять, что раскат охлаждается только в результате теплоизлуче­ ния; остальные статьи теплопотерь компенсируются выделением тепла при пластической деформации. При этом следует иметь в виду, что, как принято считать, при горячей прокатке стали вся затрачиваемая на пластическую деформацию и трение энергия пе­ реходит в тепло [144, 145].

Учитывая сказанное, конечную температуру раската можно под­

где 7"i — начальная температура полосы, °К; &і — коэффициент, за­ висящий от формы тела; t — время охлаждения, сек; р — плотность

Время прохождения раската между любой парой клетей легко определить по его длине после предыдущей клети /, расстоянию между клетями L, скорости прокатки в предыдущей клети ѵ и ско­ рости перемещения полосы по промежуточному рольгангу ѵр:

по формуле (6.1.2) дает результаты, удовлетворительно совпадаю­

229