Способ закрепления датчика измерения перемещения и деформации на объекте Российский патент 2017 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерению деформаций и может быть использовано при испытаниях изделий из хрупких материалов, например керамических обтекателей.

В настоящее время для исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов летательных аппаратов (ЛА) широко применяются различные методы, основанные на измерении деформаций или перемещений с помощью тензодатчиков. Для примера можно привести методы, описанные в работах (Баранов А.Н., Белозеров Л.Г., Ильин Ю.С., Кутьинов В.Ф. Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов. М.: Машиностроение, 1974, с 273-303 и Клокова Н.П. Тензорезисторы. М.: Машиностроение, 1990, с. 194-208). Недостатком этих методов является то, что для измерения деформаций и перемещений в исследуемой конструкции необходимо наклеивать тензодатчики или датчики перемещений непосредственно на поверхность исследуемого изделия жесткими клеями или с применением термической обработки. Это обстоятельство ограничивает применение перечисленных методов для 100% неразрушающего контроля натурных обтекателей из хрупких материалов в процессе производства. Причиной ограничения является большая вероятность внесения дефектов в конструкцию элемента ЛА в процессе демонтажа тензодатчиков и датчиков измерения перемещения и деформации. Особенно эта операция опасна для изделий из хрупких материалов, например для керамических обтекателей.

Известно техническое решение (Авт. свид. СССР №643743, G01B 7/16, опубл. 25.01.1979), заключающееся в том, что тензодатчик закрепляют на поверхности изделия посредством накладывания липкой ленты на тензодатчик и поверхность испытуемого объекта. К недостатку такого метода относится то, что поскольку тензодатчик не прикреплен непосредственно к поверхности объекта, он может не обеспечить достоверных результатов измерения деформаций в условиях напряженно-деформированного состояния изделия.

Наиболее близким по технической сущности является способ закрепления датчика измерения перемещения и деформации на объекте, реализованный в патенте РФ №2008614, G01B 7/18, опубл. 28.02.1994 и выбранный в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является предварительная термическая обработка липкой ленты и поверхности исследуемого объекта, что может привести к повреждению поверхности изделия при нагреве и демонтаже датчика измерения перемещения и деформации.

Перечисленные недостатки аналогов и прототипа делают невозможным применение этих технических решений для 100% контроля НДС конструкций натурных обтекателей.

Задачей предлагаемого изобретения является исключение нарушения целостности поверхности объекта и повышение достоверности результатов измерения перемещения и деформации испытуемого объекта при исследовании НДС натурных обтекателей ракет.

Эта задача достигается тем, что датчики измерения перемещения и деформации крепятся жестким клеем на сухой поверхности односторонней липкой ленты с жесткой основой, закрепленной на поверхности исследуемой конструкции, при этом площадь липкой ленты выбирают из условия:

F_e<<S₁⋅τ₁≤S₂⋅τ₂<S₂⋅τ₃,

где F_e - максимальное значение силы реакции упругого элемента датчика измерения перемещения и деформации;

S₁ - площадь приклеивания датчика измерения перемещения и деформации;

τ₁ - величина сдвиговых напряжений, при которых наступает нарушение склейки жесткой основы липкой ленты с датчиком измерения перемещения и деформации;

τ₂ - величина сдвиговых напряжений, при которых наступает нарушение склейки липкой ленты с поверхностью объекта;

τ₃ - величина предельных сдвиговых напряжений, при которых происходит механическое разрушение поверхности объекта, например влагозащитного покрытия (ВЗП) или сколы на поверхности объекта и др., где τ₂<τ₃;

S₂ - площадь приклейки липкой ленты к поверхности объекта.

В действительности, если известны предельные значения сдвиговых напряжений τ₁, τ₂, τ₃, величина площади S₁ и сила F_e, то из неравенства можно подобрать площадь липкой ленты с жесткой основой, например с бумажной основой. Характеристики липкой ленты с жесткой основой приведены в таблице.

На фиг. 1, фиг. 2 приведена схема приклейки датчика измерения перемещения и деформации 1 на одностороннюю липкую ленту 2 с жесткой основой для контроля измерения зазора 3 между деталями исследуемого объекта, например керамической оболочкой 4 с нанесенным на нее влагозащитным покрытием (ВЗП) 5 и кольцом металлического шпангоута 6. Место приклейки датчика измерения перемещения и деформации 1 к липкой ленте с жесткой основой отмечено цифрой 7.

Приклейка датчика измерения перемещения и деформации по предложенному способу осуществляется в следующей последовательности:

- обезжиривание поверхности объекта, например керамической оболочки 4 с нанесенным на нее влагозащитным покрытием (ВЗП) 5 и металлического шпангоута 6 в местах размещения липкой ленты;

- приклеивание на поверхность керамической оболочки 4 с нанесенным на нее влагозащитным покрытием (ВЗП) 5 и металлический шпангоут 6 липкой ленты по обеим сторонам зазора 3;

- приклеивание датчика измерения перемещения и деформации клеем, например циакриновым, цианоакрилатным, эпоксидно-полиамидным, на сухую поверхность липкой ленты.

После проведения испытания датчик измерения перемещения и деформации удаляется вместе с липкой лентой с поверхности объекта.

Была осуществлена экспериментальная проверка достоверности показаний датчиков измерения перемещения и деформации, закрепленных по предлагаемому изобретению, в сравнении с показаниями датчиков измерения перемещения и деформации, закрепленных по прототипу. Сравнение подтвердило, что закрепление датчиков измерения перемещения и деформации по предложенному изобретению не нарушает целостности поверхности объекта, а по прототипу из-за термической обработки более 50% закрепленных датчиков измерения перемещения и деформации приводят к нарушению целостности поверхности объекта.

Относительная погрешность показаний датчиков измерения перемещения и деформации, закрепленных способом по изобретению, уменьшается на 3-5% в сравнении с показаниями датчиков измерения перемещения и деформации, закрепленных по прототипу.

Предлагаемый способ может быть применен для 100% контроля выпускаемых объектов.

Изобретение относится к измерению деформаций и может быть использовано при испытаниях изделий из хрупких материалов, например керамических обтекателей. Сущность: датчик измерения перемещения и деформации крепится жестким клеем на сухой поверхности односторонней липкой ленты с жесткой основой, закрепленной на поверхности исследуемой конструкции, при этом площадь липкой ленты выбирают из условия: F_e<<S₁⋅τ₁≤S₂⋅τ₂<S₂⋅τ₃, где F_e - максимальное значение силы реакции упругого элемента датчика измерения перемещения и деформации; S₁ - площадь приклеивания датчика измерения перемещения и деформации; τ₁ - величина сдвиговых напряжений, при которых наступает нарушение склейки жесткой основы липкой ленты с датчиком измерения перемещения и деформации; τ₂ - величина сдвиговых напряжений, при которых наступает нарушение склейки липкой ленты с поверхностью объекта; τ₃ - величина предельных сдвиговых напряжений, при которых происходит механическое разрушение поверхности объекта, например влагозащитного покрытия (ВЗП), или сколы на поверхности объекта и др., где τ₂<τ₃; S₂ - площадь приклейки липкой ленты к поверхности объекта. Технический результат: исключение нарушения целостности поверхности объекта и повышение достоверности результатов измерения перемещения и деформации испытуемого объекта при исследовании НДС натурных обтекателей ракет. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ закрепления датчика измерения перемещения и деформации на объекте, отличающийся тем, что датчик измерения перемещения и деформации крепится жестким клеем на сухой поверхности односторонней липкой ленты с жесткой основой, закрепленной на поверхности исследуемой конструкции, при этом площадь липкой ленты выбирают из условия:

F_e<<S₁⋅τ₁≤S₂⋅τ₂<S₂⋅τ₃,

где F_e - максимальное значение силы реакции упругого элемента датчика измерения перемещения и деформации;

S₁ - площадь приклеивания датчика измерения перемещения и деформации;

τ₁ - величина сдвиговых напряжений, при которых наступает нарушение склейки жесткой основы липкой ленты с датчиком измерения перемещения и деформации;

τ₂ - величина сдвиговых напряжений, при которых наступает нарушение склейки липкой ленты с поверхностью объекта;

τ₃ - величина предельных сдвиговых напряжений, при которых происходит механическое разрушение поверхности объекта, например влагозащитного покрытия (ВЗП), или сколы на поверхности объекта и др., где τ₂<τ₃;

S₂ - площадь приклейки липкой ленты к поверхности объекта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что липкая лента может быть выполнена из бумаги, стеклоткани, хлопчатобумажной ткани, алюминиевой фольги.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жесткого клея используют циакриновый клей, цианоакрилатный клей, эпоксидно-полиамидный клей.