Способ определения деформаций конструкций Советский патент 1991 года по МПК G01B7/16 

се изготовления цилиндрического тела 1 из полимерных материалов.

Многоканальный регистратор 2 может быть выполнен, например, в виде электронно-вычислительной машины, имеющей возможность приема и обработки аналоговой информации, или по схеме, изображенной на фиг.2. Он содержит блоки 6-23 умножения, сумматоры 24 - 30, задатчик 31 координаты X, блок 32 вычисления косинуса, блок 33 индикации. Блоки 6-21 осуществляют умножение входной величины на постоянные коэффициенты, указанные в описании.

Если многоканальный регистратор 2 производит обработку информации в цифровой форме, то блоки 6, 7, 11 и 13 осуществляют также аналого-цифровое преобразование. Блоки 20 и 23 осуществляют перемножение поступающих на их входы величин. Сумматоры 24 - 30 производят суммирование поступающих на их входы величин . При помощи задатчика 31 производится задание координаты X точки, в которой необходимо определять деформации. Блок 32 производит вычисление косинуса от аргумента, который подается на его вход. Выходной величиной сумматора 30 является значение продольной деформации, а сумматора 29 - поперечной деформации

Задатчик 31 координаты X может быть выполнен, например, в виде входного блока клавиатуры или в виде потенциометра, выходной сигнал которого соответствует координате X с последующим аналого- цифровым преобразованием.

Блок 33 индикации может быть выполнен, например, в виде блока цифровой индикации или, если его входные сигналы представлены в аналоговой форме, в виде двухлучевого осциллографа.

Способ определения деформаций цилиндрических тел осуществляется следующим образом.

При деформировании тела 1 сигнал с каждого тенэометрического датчика представляет собой интегральную сумму локальных деформаций по всей длине тензометрического датчика, или ik

Uk /ЈkdSk,(1)

о

где Uk - сигнал, снимаемый с к-го тензометрического датчика;

Sk - криволинейная координата, совпадающая с продольной осевой линией к-го тензометрического датчика;

Ik - длина к-го тензометрического датчика;

Ek - локальные деформации вдоль координаты Sk.

Учитывая, что при осесимметричном на- гружении распределение деформаций не зависит от угла поворота вокруг продольной оси цилиндрического тела 1, а деформации сдвига равны нулю, принимая во внимание, что

dx

dSk

COS Ok

где х - координата, совпадающая с продольной осью цилиндрического тела 1;

Ok - угол наклона тензометрического датчика к образующей цилиндрической поверхности, параллельной оси X,

и выражая локальную деформацию е« через продольную и поперечную деформации в данной точке с учетом ориентации тензометрического датчика, из (1) находим:

I2

(Јxcos«k+f,-)dx,(2)

где I -длина цилиндрического тела 1:

Јх - продольная деформация; (-& поперечная деформация.

Для тенэометрического датчика 3 , поэтому

Uoi /Јx dx,

(3)

где Uoi - сигнал, снимаемый с тензометрического датчика 3, а для датчика 4«i const 0.откуда

Uo2-/(cosao2 + ) dx

COS «02

или

/ ц dx и 02

COS «02

- I

sin ao2

5

0

0

+ Uoi

cos 0:02

И)

Sin «02

где Uo2 - сигнал, снимаемый с тензометрического датчика 4;

о02 угол наклона тензометрического датчика 4 к образующей цилиндрической поверхности.

Представим продольную и поперечную деформации в виде разложения в функциональные ряды, например, в виде неполного разложения Фурье

Эо , V

е -ту- + 2 ат cos 2

т ях 1

(5)

.к

Ев -Ј + Ј bm cos

т ях

О Ј-1

т 1

(6)

где а0. bo, am, bm коэффициенты разложения

Исходя из выражения (3) и (4), находим.

, 2Uoi .

do ,

2 U 02 cos «02 , 2 U 01 cos2«o2

I

+

I

Sin GQ2 Sin «02

Остальные коэффициенты am. bm находим, задавая функциональные зависимости изменения угла наклона тензометрических датчиков к образующей цилиндрической поверхности для каждого тензометрического датчика. Например, задавая углы зависимостями

«k arccos е х

(выбраны исходя из возможностей минимизации объема вычислений), где (: - основание натурального логарифма;

ft- произвольная постоянная. и подставляя их совместно с выражениями (5) и (6) в выражение (2), приходим к системе п линейных уравнений с п неизвестными

a™ bm(m 1 2,. .. Р: Р -I ).

а° 2k/T

(е

- k р, л л , Ьо

- еЪ

П+2Т7(е

-k#

P/ X-Oni+J e.+1 f

E , P

(k/)2 ч-тгл

блока 7 К - т, для блока 8 Ке

для блока 9 Kg

/ , -,гп , f,W I - й Е ч -2

+ 2 bm .( (7)

(k/n:4(mff

где k принимает значения натурального ряда от Л до п.

Регистрируя непрерывно величину сигнала Uk с каждого тензометрического датчика при помощи многоканального регистратора 2. можно найти из системы уравнений (7) значения коэффициентов разложения ат, Ьт и по выражениям (5) и (6) определить продольные и поперечные деформации для заданной точки тела 1 в данный момент времени.

Блок-схема многоканального регистратора 2 представлена для случая, когда п 2.

Для блока 6 коэффициент Ке - 1 для

1,- „ ., е ft - 1

-- --р .

( (2/ У-Гф2

для блока 10 и блока 22 Кю «22

(тПЫМ; 1

/ц%,,,- « ,..« м-1) р, (,,., .2)

с....COS «02г- ,п

для блока 11 Кп j- - , для блока 12

I sin «02

КГ2

блока

К15-

- Р

14 Км

для блока 13 Ki3 cos ao2

1, для , для блока 15

-2f

- 1

2/Г

Tfr+e +2

0

-f()2

для

- & 1 +е Т

I Sin (702

, для блока 16 Kie , для блока 17 KI блока 18 KIB-

7Гч2

((т

, для блока 19 Kig

п Т

для

блока 21 «21 -ft

,+ 1

0

5

0

5

5

Многоканальный регистратор 2 работает следующим образом

С третьего входа многоканального регистратора 2 сигнал через блок б поступает на первый вход сумматора 24. Сигнал Uoi с первого входа многоканального регистратора 2 после прохождения через блоки 7 и 8 приобретает значение KyKsUoi на втром входе сумматора 24. На третий вход сумматора 24 поступает умноженная на коэффициент блока 12 сумма сигналов KnUoi с выхода блока 11 и Ki4Uo2 с выхода блока 14, входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами многоканального регистратора 2. Таким образом, сигнал на выходе сумматора 24 составляет Ui + KyKsUoi+KiaCKnUoi KnUo2). а после прохождения через блок 9 он равен K9 Uit-K7K8Uoii-Ki2(KnUoi -KiiUo2), а на выходе блока 18 сигнал равен

0 + K7K8UoibKi2(KiiUoHKi4llo2).

На первый вход сумматора 27 подается

сигнал U2 с четвертого входа многоканального регистратора 2 через блок 13 аналого-цифрового преобразования. Сиг5 нал на выходе блока 7 составляет KyUoi, а на выходе блока 15 KyKisUoi. Сигнал на выходе блока 17составляет

Ki7(Ki4Uo2+KnUoi). Таким образом, выходной сигнал сумматора 27 равен

0 U2+Ki7Ki5Uoi+Ki7(Ki4Uo2-KnUoi). а после прохождения через блоки 16 и 21 становитсяравным соответственно

K16 U2+K7K15U01 + K17(KHUOZ+ Kl lUoi)И

K2l U2+K Kl5Uoi + Kl7(Kl4Uo24KnUoi).

После суммирования в сумматоре 25 и умножения в блоке 10 сигнал на первом входе блока 23 составляет

Kio{K9 Ui+ K7K8Uoi - Ki2(KnUoi +

+ K14U02)+ + K Kl5Uni + Ki7(Ki4Uo2 +

+KnUoi), а после прохождения сумматора 28 и блока 22 сигнал на втором входеблока20равен

K22{Kie Ui+K7KeUoi+Ki2(KiiUoi + Ki4Uo2) +

+K21 U2+K7K15U01+K17(K14U02+K11U01)}.

Координата X задается оператором при помощи задатчика 31 координаты X. На выходе блока 19 сигнал равен Kigx, блок 32 производит вычисление косинуса той величины и на первом входе блока 20 и втором входе блока 23 сигнал равен cos Kigx, а на выходах блоков 20 и 23 сигналы составляют соответственно

K22{K18 U1 + K7K8U01 + K12(K11U01 + + Kl4Uo2)+K2l U2-t-K7Kl5Uoi + Kl7(Kl4Uo2 + + K11U01)}COSK19X

и

Kio{K9 Ui + K7KeUoi + Ki2(KnUoi +

+ K14U02)+K16 U2+K7K15U01 + K17(K14U02 +

+KiiUoi)}cosKigx.

Окончательно после суммирования входных величин сумматором 30 его выходная величина, соответствующая продольной деформации и подаваемая на первый вход блока 33 индикации, равна

ex K7Uoi + Kio{Kg Ui + K7K8Uoi + +K12(K11U01 + K14U02) + K7K15U01 + +K17(K14U02+K11U01 }COSK19X,

или с учетом указанных значений коэффициентов

, «. И1ПН Н1Г

t ip(i.e «Cl)(( 1 .f- «.H 7(J(f f,. (n)

,f i Гц. . . P(«p).(ffr I U I l.U

с.««я „ П ,, e-W-,

. ( IT-

(й -|- 1 4-т

Выходная величина сумматора 29, соответствующая поперечной деформации и подаваемая на второй вход блока 33 индикации, равна

Efl KnUoi+Ki4Uo2+K22{Ki8 Ui+K7KaUoi+ -t-Ki2(KiiUoi + Ki4Uo2)+K2i{U2+K7Ki5Uoi

+ К 17(K14U02+K11U01)}COSK19X

или, подставляя значения коэффициентов,

U co.Ve,

е .-

fce f 5,.

PMD MI J

4|M(.« )(tl.s .«H/lfe .ille l. 7|.z)

I .

(iffe Г е (-i Г ТГ

u

Использование предлагаемого способа определения деформаций цилиндрических тел и устройства для его осуществления повышает информативность за счет возможности определения продольных и поперечных деформаций в любой заданной точке поверхности.

Формула изобретения Способ определения деформаций конструкций, заключающийся в том, что на конструкции размещают набор тензометри- ческих датчиков, длина которых соответствует длине исследуемой поверхности конструкции, и по их показаниям определяют деформацию конструкции, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности при измерении деформации цилиндрических тел, тензометрические датчики размещают под углом к образующей цилиндрической поверхности так, что для двух датчиков эти углы постоянны по длине и различны между собой, а углы наклона остальных датчиков монотонно изме- няются в одну сторону и в любом поперечном сечении тела различны между собой.

Изобретение относится к измерительной технике а именно к средствам определения деформаций конструкций. На цилиндрической поверхности конструкции размещают набор тензометрических датчиков с определенной ориентацией относительно образующей конструкции. Углы наклона двух датчиков к образующей цилиндрической поверхности постоянны по всей длине и различны между собой, а для группы остальных датчиков эти углы монотонно изменяются в одну сторону и в любом поперечном сечении конструкции различны между собой. Набор включает в себя один прямолинейный датчик, второй датчик имеет конфигурацию винтовой линии с постоянным шагом, остальные датчики имеют конфигурацию винтовых линий с переменным шагом. По их показаниям определяют в многоканальном регистраторе коэффициенты функциональных рядов, а деформации определяют как суммы функциональных рядов. 2 ил.

Ж

НИ-

Фм.1