Способ определения касательных напряжений Советский патент 1992 года по МПК G01B3/30 

Изобретение относится к способам определения прочностных характеристик материалов, преимущественно к измерению деформации материалов, и может быть использовано для раздельных замеров линейных углов деформаций объекта при сложном одновременном воздействии различных нагрузок растяжения сжатия, изгиба, кручения и сдвига, и последующего определения касательных напряжений.

Особенно эффективно применение способа в трубопроводах и стержневых системах.

Известен способ определения касательных напряжений непосредственным измерением угла закручивания образца при нагружении крутящим моментом (1).

Недостатками способа является низкая точность за счет того, что к погрешности датчиков добавляется погрешность конструктивных элементов и возможность использования этого способа только на образцах.

Наиболее близким к заявленному способу является способ определения касательных напряжений при помощи установки на исследуемом объекте трех датчиков, так называемых розетки датчиков (2)

Наиболее существенным недостатком является недостаточная точность, за счет влияния погрешности измерений трех различных датчиков, а также ненадежность их работы при повышенных температурах и влажности.

XI

О

со

00

сл ю

Целью изобретения является повышение точности.

Указанная цель достигается за счет того, что в способе определения касательных напряжений, заключающемся в том, что устанавливают датчик измерения деформаций на исследуемый объект, прикладывают к объекту периодические нагрузки, фиксируют показания датчика до и после приложения нагрузок и определяют по ним напряжения, датчик устанавливают на объект так, чтобы ось чувствительности датчика была направлена под углом а к линии действия нагрузок, определяемым по отношению а arcctg ЈT , где/i -коэффициент Пуассона, а касательные напряжения г определяют по соотношению 6Е Г

,1 ШЈ 2

б - показания датчика,

Е - модуля упругости первого рода;

L - база измерений .

В таблице в качестве примера приведены некоторые значения коэффициента К, at /л .

г К

где К

0

/МЈПродАК /« ЈПродАВз па .

Подставив это выражение в (3) и выполнив преобразование, получим „ впродАВсоз2 Е прод.АВ-81п а

,

f cos a

ju cig2a , a arcctg ЈT

Зависимость (2) получена из следующих рассуждений.

Известно, что закон Гука для сдвига т уС (1), где г - касательные напряжения

у-угол относительного закручивания ,, В В

У-вТ

2(1 +/О рого рода для сдвига

модуль у пру гости втоТ.к. ВВ

1 KB1 д sin a sin a

BC ABcosa ,/г ctg2 a Подставив в (1) получим:

т-6Е

1

о

-

sin а cos а 2 (1 + )

tcfcr

Т.к. sin а cosa --Дг- ; А В L

А СП

TO r YTI a

1 +tgz«

Изобретение относится к способам определения прочностных характеристик материалов, преимущественно к измерению деформации материалов, и может быть использовано для раздельных замеров линейных и угловых деформаций объекта, при сложном одновременном воздействии различных нагрузок растяжения, сжатия, изгиба, кручения и сдвига и последующего определения касательных напряжений. Изобретение позволяет повысить точность способа определения касательных напряжений за счет того, что устанавливают датчик измерения линейных деформаций на объект так, чтобы ось чувствительности датчика была направлена под углом а к линии действия нагрузок растяжения и сжатия, определяемых по формуле а - arc , a затем фиксируют показания датчика до и после приложения нагрузки и определяют касательные напряжения т по формуле г Е / L, где Е - модуль упругости первого рода, ,w - коэффициент Пуанссона; К tgcr /2; б - показания датчика; L - база измерения, 2 ил. СО

Зависимость (1) получена из следующе- го рассуждения:

Известно, что относительная поперечная и относительная продольная деформации связаны между собой.

Јпопер. /W Епрод,

- коэффициент Пуассона; .

tnonep.j- , спрод.

Для каждого материала коэффициент Пуассона находится экспериментально, оп- ределяются относительные поперечная и продольная деформации и делятся друг на друга, т.е.

Јпопер. Јпрод

Из фиг.1 видно, что существует некоторый угол установки отрезка АВ к линии действия напряжений, при котором его длина остается неизменной.

Для этого проектируем на линию АВ деформации от продольной и поперечной деформации

BL cosa LB1sina(3)

т.к. BL ЈПрод KB Ј продАВсоза ,

или г

5Е

К

где

v 1„ tg a

К ГилиК 2

То по предлагаемой методике по показаниям датчика (тензометра) для замера ли- нейных деформаций можно измерять деформации (напряжения) кручения и сдвига.

На фиг.2 приведена схема, поясняющая предлагаемый способ, где датчик линейных деформаций с базой АВ устанавливаются на исследуемом объекте 1 под углом о: к линии действия периодически прикладываемой нагрузке растяжения сжатия о , затем снимаем показания датчика и пересчитываем касательные напряжения по формуле (2).

Предложенный способ может быть осуществлен с помощью тензометра, выполненного на базе виброизмерительной аппаратуры ВН6-6ТМ.

Использование предлагаемого способа р пределения касательных деформаций

обеспечивает по сравнению с известными большую точность за счет сокращения количества датчиков, необходимых для получения достоверной информации.

Кроме того, в настоящее время отсутствуют способы, позволяющие измерить независимые линейные и угловые деформации не только на образцах, но и на объекте.

Формула изобретения Способ определения касательных напряжений, заключающийся в том, что устанавливают датчик измерения деформаций на исследуемый объект, прикладывают к объекту периодические нагрузки, фиксируют показания датчика до и после приложеГ

0

5

ния нагрузок и определяют по ним напряжения, отличающийся тем. что, с целью повышения точности, датчик устанавливают на объект так, чтобы ось чувствительности датчика была направлена под углом а к линии действия нагрузок, определяемым по соотношению а arcctg ЈГ , где (л, - коэффициент Пуассона, а касательные напряжения г определяют по соотношению 6Е Т

1 tg« . 2vЈT 2 б - показания датчика; Е - модуль упругости первого рода; L- база измерения.

г К где К -

п

М

Фиг. 2