Способ определения напряжений в конструкциях Советский патент 1985 года по МПК G01B5/30 

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения напряжений в конструкциях.

Известен способ определения напряжений в конструкциях, заключающийся в том, что на поверхности исследуемой конструкции устанавливают чувствительный элемент в.виде упругого элемента с размещенным на нем тензодатчиком, нагружают конструкци и измеряют деформацию чувствительного элемента и по ней определяют напряжения,

Недостатком известного способа является невысокая точность определения уровня напряжений и вида напряженного состояния из-за дискретности их измерения и неоднородности материала упругого элемента и клеевого соединения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения напряжений в конструкциях,- заключающийся в том, что на поверхности исследуемой конструкции устанавливают чувствительный элемент, нагружают конструкцию, освобождают чувствительный элемент, растягивают его, измеряют предел текучести и определяют напряжения в конструкциях.

Чувствительный элемент выполняют в виде пластины, из которой после нагружения и освобождения изготавливают образцы.

Недостатком данного способа является ограничение его применения областью контроля пластических деформаций растяжения, так как в упругой области материал не упрочняется и пределы текучести не изменяются, а при сжатии чувствительный элемент теряет устойчивость и изгибается, и сложность, связанная с необходимостью разрезки чувствительного элемента-пластинки и изготовлением образцов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа,

Цель достигается тем что, в способе определения напряжений в конструкциях, заключающемся в том, что на поверхности исследуемой конструкции устанавливают чувствительный элемент, нагружают конструкцию.

8158 2

освобождают чувствительньц1 элемент, растягивают его и измеряют предел текучести и определяют напряжения в конструкциях, перед установкой

5 на конструкцию чувствительный элемент растягивают до предела упругое-, ти, после освобождения фиксируют длину чувствительного элемента, во время растяжения фиксируют начало

0 его разгрузки и полученные данные используют при определении напря. жений.

На фиг,1, 2 и 3 представлены Трафики зависимостей удлинения чув5 ствительного элемента лЕ от величины нагрузки в различных случаях (на фиг,1 - в случае нагружения конструкции растягивающей нагрузки; на фиг,2 - растягивающей нагрузкой

0 с последующей частичной разгрузкой; на фиг,3 - сжи1мающей нагрузкой, вызвавшей частичную разгрузку чувствительного элемента; точками , Ь, С,J на графиках обозначены раз5 личные состояния чувствительного элемента); на фиг,4 - диаграммы растяжения чувствительного элемента d() и d, () - кривые 1 и 2 соответственно,

0 Описываемый способ реализуется следующим образом.

Перед установкой на конструкцию чувствительный элемент предваритель но растягивают до предела упругос ти (точка а на фиг,1,2,3), устанавливают на .конструкцию при помощи зажимов и нагружают ее. При этом предварительно растянутый чувствительный элемент перейдет в состояQ ние, определяемое точкой b в случае на фиг,1,.в состояние, определяемое точкой b , а затем j в случае на фиг,2, в состояние определяемое точкой b на фиг,3. Затем ос., вобождают чувствительный элемент (освобождением одного из зажимов). Чувствительный элемент начинает сокращаться (точка с на фиг,1,2,3), Фиксируют длину чувствительного элемента.

Затем чувствительный элемент растягивают, фиксируют начало разгрузки чувствительного элемента (точка Ь в случаях на фиг, 1 и 3 и точ5 ка d в случае на фиг,2),

Определяют деформации лбдЬ и uBqJ и новый предел текучести материала чувствительного элемента.

3

По этим величинам, определенным в осевом и окружном направлениях с помощью двух чувствительньгх элементов, определяют относительные деформации в этих направлениях и напряжения по известным зависимостям:

(.е

dz Е,

, f .

О.Г D ;

,

т

где 6,- - база измерений;

и бд - относительные деформации соответственно в осевом и окружном направлениях;

д& и&Е - деформации соответственно

в осевом и окружном напралениях. . По значениям деформаций S и f

находят соответствующие напряжения

в трубопроводе по формулам

(О

)

г-1К„ + njr.n 1 . .-fiuc i

d. Q

1(U-(

где E - модуль Юнга, a Ц - коэффициент поперечной деформации, определяемый в зависимости от величины отношения интенсивности напряжений j к интенсивности деформаций Б, по формуле

I

2 ЗЕ е,(2)

i.

1 +

ЗЕ е;

Здесь /U - коэффициент Пуассона;

т, (3)

:-К,

Четыре уравнения (1) (3) образую систему с пятью неизвестными ((j ,

(JQ С fi ) Учитывая, что d является известной функцией в; инвариантной к виду напряженного состояния и определяемой на основании диаграммы одноосного растяжения указанная система уравнении решается методом последовательных приближений. Вначале задаются величиной d; , затем по графику d (6,) (см. фиг. 4) находят 6, , а по формулам (2) и (1) - /К, d и dg ;

По формуле (3) определяют уточненное значение d; . Процесс повторяют до тех пор, пока разница idв двух последующих приближениях не станет меньше заданной погрешности.

81584

8, т.е. пока не удовлетворится условие -d I-U S , где k номер приближения.

Способ можно проиллюстрировать 5 числовым примером.

К поверхности цилиндрической оболочки с заглушенными торцами, из. готовленной из стали 09Г2ФБ, точечной сваркой приваривают зажимы для 0 крепления чувствительных элементов в осевом и направлениях. Чувствительные элементы изготовлены из той же стали, что и оболочка. Размеры поперечного се 1ения элемен2

5 тов 6 мм . Диаграммы растяжения d(e) и d- () стали 09Г2ФБ показаны на фиг.4 соответственно кривыми 1 и 2.

При установке на оболочку оба 0 чувствительных элемента растягивают так, что удлинение в пределах базы измерений (С 20 мм, цена деления шкалы прибора 0,001 мм) составляет 0,04 мм ( относительная деформация

5 при этЬм равна 6 0,2%), и в таком положении закрепили. При снятых натяжном устройстве и измерительном приборе оболочку нагружают внутренним давлением до Р 115 атм. С

учетом размеров оболочки (отношение толщины стенки к диаметру равно 0,016) такому давлению соответствуют напряжения: d 182, d 364 МПа , и интенсивность напряжений d; 315 МПа. Как следует из диаграммы d(6,)

(на фиг.4) указанньй уровень напряжений соответствует упругой области деформирования.

После установки натяжного устройства и тензометра крепежный болт правого зажима отпущен и чувствительные элементы частично разгружены. При повторном растяжении осевого и окружного чувствительных элементов в момент достижения стрел кой тензометра нулевого положения бьши зафиксированы нагрузки, которым на диаграмме Р -й6соответствуют удлинения 0,046 мм в осевом направлении и 0,076 мм в окружном. Вычи0 тая удлинение при начальном натяжении чувствительных элементов,найдем удлинение чувствительных элементов (в пределах базы тензометра), вызванное деформацией оболочки:

5 u2 0,006 мм; А.е 0,036 мм. Разделив эти значения на 6г, nojjy4m : е 0,03% и Яц 0,18%. Из условия совместности деформирования оболочки

СПОСОБ.ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В КОНСТРУКЦИЯХ,, заключающийся в том, что на поверхности исследуемой конструкции устанавливают чувствительный элемент, нагружают конструкцию, освобождают чувствительный элемент, растягивают его, измеряют предел текучести и определяют напряжения в конструкциях, о т л и чающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, перед установкой на конструкцию чувствительный элемент растягивают до предела упругости, после освобождения фиксируют длину чувствительного элемента, во время растяжения фиксируют начало его разгрузки и полученные данные используют при определении напряжений. ел cz СП СХ) At Фиг.1