Устройство для диагностики напряженно-деформированного состояния тонкостенных оболочек Советский патент 1990 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к оптическим средствам контроля напряженно-деформированного состояния тонкостенных конструкций и может быть использовано для диагностики фаз деформаций потери устой- .чивости вогнутых куполообразных оболочек.

Цель изобретения - расширение области применения путем снижения требований к позиционированию и исключения требования когерентности освещения.

На фиг.1 представлено схематически устройство; на фиг.2 схематические изображения состояний испытуемой оболочки.. Устройство содержит основание 1, установленное с возможностью регулируемого смещения по каждой из координатных осей, затемненный бокс 2, установленный на основании с возможностью вращения вокруг своей оси, например, с помощью роликовых опор 3, размещенных в кольцевом пазу 4, зеркальное покрытие 5, нанесенное на вогнутую поверхность испытуемой оболочки, ячейку 6 для нагружения закрепляемой в ней испытуемой оболочки испытательной нагрузкой, например, с помощью трубопровода 7 с измерителем 8 давления, сообщен- ного с ячейкой 6 и подключаемого к источнику давления, установленную так, что главная оптическая ось зеркального покры- . тия 5 в положении, соответствующем закрепленной в ячейке 6 испытуемой оболочке, параллельна оси вращения затемненного бокса 2, двусторонний экран 9, расположенный в плоскости, проходящей через ось вращения затемненного бокса 2, и закрепленный в нем верхней кромкой, линейный источник 10 света, расположенный в плоскости двустороннего экрана 9 перпендикулярно к оси вращения затемненного бокса 2 на рассчитанном по известным соотношениям расстоянии от плоскости закрепления испытуемой оболочки в ячейке 6 и закрепленный по нижней кромке двустороннего экрана 9, две телекамеры 11 и 12, установленные в затемненном боксе 2 оптически соосно и симметрично относительно оси его вращения так, что их оптическая ось перпендикулярна плоскости двустороннего экрана 9, и последовательно соединенные коммутационный блок 13, входами подключенный соответственно к выходам телекамер 11 и 12, и телемонитор 14, при этом затемненный бокс 2 непроницаемо для внешней засветки сообщен с ячейкой 6, например, с помощью гибкой завесы 15 из

непрозрачного материала.

На фиг.1 обозначена также испытуемая оболочка 16.

Устройство работает следующим образом.

Испытуемую оболочку 16 закрепляют в

ячейке 6, трубопровод 7 подключают к источнику давления (например, текучей среды). Затемненный бокс 2 устанавливают путем регулируемого смещения основания

1 соосно (осью вращения) главной оптической оси зеркального покрытия Е. Включают цепи питания устройства и осуществляют регулирование положения основания 1 по координатеz(по высоте) до.появления на экране телемонитора 14 изображений каустик и комы. Дальнейшей настройкой устройства обеспечивают конгруэнтность изображения каустик и комы с одновременным соблюдением их взаимной позиционности по обеим

сторонам двустороннего экрана 9. При попеременной покадровой проекции этих изображений, осуществляемой коммутационным блоком 13, на экране телемонитора 14 оператор наблюдает либо стабильное телевизионнов изображение, либо сопровождаемое легким мерцанием, что обусловлено индивидуальными особенностями каждой из половин

зеркального покрытия 5 испытуемой оболочки 16.

Ход лучей света по каждой из половин зеркального покрытия 5 показан соответственно секторами, ограниченными стрелками а и b для левой (на Фиг.1) половины зеркального покрытия 5 и а и Ь для правой (на фиг. 1) его половины. В создании изображений каустик и комы на двустороннем зк- ране 9 участвуют, в основном, периферийные зоны зеркального покрытия 5, так как в соответствующих зонах испытуемой оболочки 16 прежде всего происходят процессы бифуркационной смены напряженно-деформированного состояния (переход от стадии безмоментного напряженно-деформированного состояния к изгибной форме равновесия), а также развитие начальных фаз предкритических деформаций потери устойчивости. Изменения формы поверхности испытуемой оболочки 16 показаны на фиг.2 в схематическом разрезе,

На фиг.2а сплошной линией показано начальное (недеформированное) состояние испытуемой оболочки 16, штриховой линией - положение испь1 туемой оболочки 16 при нагрузке Р , где Р -давление в ячейке 6, соответствующее показаниям измерителя 8 давления, соответствующим безмомен- тному напряженному состоянию.

На фиг.2б штриховой линией показано положение испытуемой оболочки 16 при нагрузке Р, соответствующей переходу в состояние изгибного равновесия.

Ход световых лучей показан на фиг.2а,б стрелками.

На фиг.2в показана схематически система радиальных 17и.тангенциальных 18 волн изгиба испытуемой оболочки 16 (в плане) для изгибной формы равновесия с образованием зародыша начальной вмятины 19 потери устойчивости.

По достижении стадии изгибного напряженно-деформированного состояния изображения перестают быть конгруэнтными друг другу при значительном их несовпа-. дении на зкране телемонитора 14, это проявляется в виде информативного признака - мерцания изображения на половинной частоте кадров, что легко отмечает оператор, наблюдающий за экраном телемонитора 14 (псевдодинамический эффект). При резкой смене характера изображения и появлении его мерцания оператор снимает отсчет по показаниям измерителя 8 давления визуально или с автоматической записью по сигналу, таким образом осуществляя диагностику фаз предкритиче45

45

ских деформаций потери устойчивости по испытательному давлению.

Предлагаемое устройство обеспечивает диагностику напряженно-деформированного состояния тонкостенных оболочек по стадиям развития напряженно-деформированного 50 состояния и может быть применено для диагностики предельных состояний оболочечных конструкций как в режиме инструментального неразрушающего контроля давления срабатывания сжатых тонкостенных оболочек, например, хлопающих мембран, так и в режиме их 5 тренировки путем повторения циклов нагрузка-разгрузка с поцикловой фиксацией давления, соответствующего смене характера напряженно-деформированного состояния оболочки, с целью пояснения его измене- 10 НИИ, предоставляя возможность судить об изменении ресурса по давлению срабатывания оболочек в ходе циклических нагруже- ний не только при стендовых испытаниях, но и в ряде случаев в процессе их эксплуа- 15 тации. При этом конструкция устройства исключает необходимость формирования интерференционных картин, в связи с чем снижаются требования к позиционированию, а в качестве источника света использу- 0 ют обычный (некогерентный), что обеспечивает возможность применения устройства в различных условиях эксплуатации при сохранении высокой для визуальной диагностики точности. 5Формула изобретения

Устройство для диагностики напряженно-деформированного состояния тонкостенных оболочек, содержащее ячейку для нагружения испытуемой оболочки, заркаль- 0 ное покрытие, нанесенное на ее вогнутую поверхность, источник света, располагаемый перед зеркальным покрытием, светоделитель и экран, отличающееся тем, что, с целью расширения области примене- 5 ния за счет снижения требований к позиционированию и исключения требования когерентности освещения, оно снабжено двумя телекамерами, установленными оптически соосно и симметрично относитель- но плоскости экрана так, что их оптическая ось перпендикулярна этой плоскости, коммутационным блоком, входы которого соединены соответственно с выходами телекамер, и телемонитором,вход которого соединен с выходом коммутационного блока, экран выполнен двусторонним и расположен в плоскости, проходящей через главную оптическую ось зеркального покрытия в рабочем положении, соответствующем закрепленной в ячейке испытуемой оболочке, источник света выполнен линейным и

осположен в плоскости экрана перпенди- зован зеркальным покрытием в рабочем по- кулярно той же оси, а светоделитель обра- ложении и экраном,

Изобретение относится к области оптических средств контроля напряженно-деформированного состояния тонкостенных конструкций. Целью изобретения является расширение области применения за счет снижения требований к позиционированию и исключения требования когерентности освещения. Испытуемая оболочка 16 с нанесенным на ее вогнутую поверхность зеркальным покрытием 5, закрепленная в ячейке 6, сообщенной с источником давления, освещается линейным источником 10 света, закрепленным вдоль нижней кромки двухстороннего экрана 9 (изображен в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа). Лучи света (их ход показан стрелками AB и A¹B¹), отраженные от зеркального покрытия 5, а затем от поверхностей двухстороннего экрана 9, попадают в объективы телекамер 11 и 12. Изображения каустик и комы при попеременной покадровой их проекции на экран телемонитора 14 конгруэнтны (при соответствующей) настройке. При достижении стадии изгибного напряженно-деформированного состояния в результате нарастания нагрузки (давления в ячейке 6) конгруэнтность изображений нарушается и возникает псевдодинамический эффект, что регистрируется оператором, при этом регистрируется также показания измерителя 8 давления. Таким образом, устройство позволяет осуществлять диагностику всех стадий процесса бифурнационной смены напряженно-деформированного состояния испытуемой оболочки 16, а также процесса развития в ней начальных фаз предкритических деформаций потери устойчивости. Положительный эффект достигается в результате осуществления визуальной диагностики без формирования интерференционной картины, что снижает требования к позиционированию и исключает необходимость в когерентном источнике света, расширяя тем самым область применения устройства. 2 ил.

Фиг. 2