Датчик напряженного состояния деформируемой среды Советский патент 1985 года по МПК G01L1/22 G01L9/04 

Изобретение относится к области исследования деформируемой среды., например грунта с низкой несущей спо собностью. Известно устройство для определеНИН напряжений в сьтучей среде, содержащее тензометрический датчик сиг лы, размещенный в свободном конце штанги, другой конец которой установ лен в корпусе, с. возможностью осевого перемещения для замера напряжений внутри сыпучей среды 1 3. Недостатком устройства является чезысокая точность измерений, так как в оощем случае нагружения сыпучей среды, когда нормальные и тангенциальные напряжения образуют сисTeMjfj произвольно ориентированную относительно датчика, оно измеряет только одну составляющую вектора напряжения. Наиболее близким по техническому решению к изобретению является датчи напряженного состояния деформируемой среды, содержащий упругий элемент, имеющий криволинейную поверхность, например шар,и тензопреобразователи в количестве не менее чем по одному на каждый измеряемьй компонент тензора напряжения, установленные на поверхности упругого элемента 2 . Недостатком этого датчика является невысокая точность в случае пе ремещения в средах с ограниченнымивосстанавливакяцими деформациями, н.а пример в грунтах .с влажностью ниже предела текучести, так как он измеряет искаженные значения компонен тов тензора напряжений вследствие н личия областей на поверхности упругого элемента датчика, не имеющих контакта со средой. Цель изобретения - повьпнение точ ности измерений напряжений в случае перемещения в средах с ограниченным восстанавливающими деформациями. Указанная цель достигается тем, что в датчике напряженного состояни деформируемой среды, включанлцем упругий элемент, выполненный в форме криволинейной поверхности, и тензопреобразователи, установленные в нем в количестве не менее ,чем по од и.Ьму на каждьй измеряемьй компонен тензора напряжений,криволинейная по верхность упругого элемента ограничена диаметральной плоскостью, выполненной в в.йде жесткого основания датчика, при этом один конец упруго-) го элемента соединен с основанием шарнирно, а другой - с возможностью перемещения. На чертеже показан датчик напряженного состояния деформируемой среды, общий вид. Датчик напряженного состояния деформируемой среды состоит из упругого элемента 1, один конец которого посредством податливой серьги 2 закреплен с возможностью перемещения относительно жесткого основания 3, а другой конец прикреплен щарнирно при помощи оси 4 к основанию 3, яв- . ляняцемуся базой датчика. Тензопреобразователи 5 установлены в фиксированных точках на упругом элементе. Снятие сигналов с тензопреобразователей производится известным устройством (не показано). В случае измерения компонентов тензора напряжений, действующих в плоскости, достаточно использовать упругий элемент, вьшолненньй в виде криволинейного бруса, образующе-: го криволинейную тензобалочку стремя закрепленными тензопреобразователями. Работу датчика, напряженного состояния деформируемой, среды можно описать следующими зависимостями и соотношениями, которые получены расчетным путем и экспериментально. Дифференциальные зависимости между внутренними силовыми факторами и нагрузкой в кривом брусе имеют вид: -t-- (3) , Р аЬ - дифференциал длины оси бруса; р - радиус кривизны; с и t - интенсивности распределенных нагрузок, соответственно перпендикулярных и параллельных оси бруса; Q 1 N, ЛЛ - поперечная и продольная силы и изгибающий момент бруса. Известны сотношения: Sin2, (4; (Ь + cos2fb где(э,21 х2 напряжения, действующ в грунте вблизи площад ки с углом наклона к базовым координатам ft Считают, датчик напряжений настолько мал, что в близлежащем объе ме грунта напряжения 6 , меняются. Для криволинейного бруса постоян ной кривизны pcJ/i . Если за базовые координаты приняты оси 1, 3 главных напряжений, то Ура нения (4) и (5) упростятся (| Д- -000520 ; t sin2ci , . .-, 3 2 2 6 ,6j - главные максимально.е и минимальное напряжения ot - угловая координата в системе (1,3). Продифференцировав уравнение (2) и подставив затем в уравнение (3) с учетом (6), (7) и (8), получают 3p/Jsin2oi- . (9) tJoL Решение дифференциального уравнения (9), есть G( 2ot . (Ю) Подставив решение (9) в уравнение (2),. получают .J ,Q Ip-./ 2f ilcos2ct д 1р (14 cJS (-2Vcos2ot-Л+iJcos 2oi)j.-(A--icos 2«t)p. Положение координат 1, 3 относительно базовых неизвестно. Вьфажают их через угол б , как ot - , а для определения трех неизвестных величин Л, л), Q при заданных N и /Ь необходимо иметь систему трех уравнений: )с082(|Ьр-в) , ) где , 2, 3. Решение системы уравнений (12); , Sin b (rc-t5 N,-Ni 2f 55п . 2 2 2 Разрывное продольное усилие N определяют по показаниям трех тензопреобр азователей, установленных на поверхности криволинейного бруса в местах с координатами /i, . Размеры упругрго элемента подбиpajoT из условия усреднения неоднородности исследуемой среды, а его . жесткость должна превышать жесткость деформируемой среды. Технико-зкономическая эффективность заключается в повьшении точности измерений напряжений, действующих в легкодеформируемой среде при перемещении датчика внутри среды. Кроме того, точность измерений не зависит от положения Датчика и степени текучести .среды.

ДАТЧИК НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОЙ СРЕДЫ, содержащий упругий элемент, выполненный в форме криволинейной поверхности, и тензопреобразователи в количестве не менее чем по одному на каждый измеряемьш компонент тензора напряжения, установленные на поверхности упругого элемента, отличающийс я .тем, что, с целью повьшения точности измерения, криволинейная поверхность упругого элемента ограничена диаметральной плоскостью, выполненной в виде жесткого основания датчика, при .этом один конец упругого элемента соединен с основанием шарнирно, а другой ,с возможностью пере(Л мещения. со -Nj со ел