Numerická simulace odvrtávací metody pro zjišťování zbytkové napjatosti

Abstract

Dizertačná práca sa zaoberá skúmaním rôznych prípadov, ktoré môžu nastať pri meraní zvyškových napätí pomocou odvŕtavacej metódy a ktoré sa odkláňajú od ideálneho stavu, pre ktorý je táto metóda odvodená. Aby mohli byť posudzované rôzne stavy napätosti, rozličné geometrie či materiálové vlastnosti meraného telesa, bol pomocou metódy konečných prvkov vytvorený výpočtový model simulujúci odvŕtavaciu metódu. Prvý skúmaný prípad sa týkal valcových telies a chýb, ktoré môžu vznikať pri použití odvŕtavacej metódy na telesách s rôznym polomerom zaoblenia povrchu. Okrem posúdenia chýb pre rôzne stavy napätosti, bol navrhnutý aj postup, pomocou ktorého je možné spočítať homogénne zvyškové napätie po hĺbke odvŕtavaného otvoru pôsobiace v telesách s valcovým povrchom. Ďalšia časť práce sa zaoberala skúmaním vplyvu napätia pôsobiaceho v smere kolmom na meraný povrch na chyby vyhodnotených zvyškových napätí pôsobiacich v rovinách rovnobežných s povrchom meraného telesa. Posledná a zároveň najväčšia časť práce bola venovaná prípadom, kedy dochádza počas merania zvyškových napätí k tvorbe plastických deformácií v okolí odvŕtavaného otvoru. Po preskúmaní rôznych parametrov ovplyvňujúcich tvorbu plastických deformácií, bol navrhnutý korekčný postup, pomocou ktorého je možné korigovať vyhodnotené homogénne zvyškové napätia nezávisle na stave napätosti či materiálových parametroch, a to pre rôzne priemery odvŕtaného otvoru a rôzne tenzometrické ružice. Navrhovaný korekčný postup bol rozsiahlo testovaný, aby boli zaručené uspokojivé výsledky pri jeho použití. Na základe výsledkov tejto práce je možné odhadnúť vplyv rôznych stavov odkláňajúcich sa od ideálneho na presnosť vyhodnotených zvyškových napätí a pri niektorých prípadoch tento vplyv pomocou navrhovaných postupov minimalizovať.

The doctoral thesis is focused on the investigation of various cases that may occur in the measurement of residual stresses by hole-drilling method and which deviate from the ideal state for which hole-drilling method is derived. In order to assess various stress states, geometries or material properties of the measured body, a computational model simulating the hole-drilling method was created by the finite element method. The first investigated case deals with cylindrical bodies and errors that may occur when the hole-drilling method is used to measure residual stresses in bodies with various surface radii. In addition to the evaluation of errors for different stress states, a procedure for the calculation of uniform residual stresses in cylindrical bodies has been proposed. The next part of the thesis is focused on investigating the influence of the residual stress placed in the perpendicular direction to the measured surface on the error of evaluated residual stresses located in a plane parallel to the surface of a measured body. The last and largest part of the thesis deals with cases in which plastic deformations form in the area around the drilled hole during residual stress measurement. After examining of various parameters influencing the formation of plastic deformations, a correction procedure which is capable to correct the uniform residual stresses for various hole diameters and various strain gauge rosettes independently of the stress state or material properties was proposed. The proposed correction procedure was thoroughly tested to ensure its satisfactory results. Based on the obtained results published in this thesis, it is possible to estimate the influence of various conditions deviating from the ideal case on the accuracy of the evaluated residual stresses and in some cases minimize this influence by the proposed procedures.