Устройство для измерения деформаций объектов Советский патент 1993 года по МПК G01B11/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций различных материалов и конструкций.

Известно оптико-механическое устройство для измерения деформаций, которое включает тензометр, состоящий из двух стоек, соединенных пружинным шарниром, гибкой упругой пластины, соединяющей верхние концы стоек и зеркала; жестко закрепленного на пластине; источник света; оптический регистратор с отсчетным приспособлением - микроскоп с измерительной шкалой. При деформации исследуемого образца, на котором крепятся стойки тензометра, происходит поворот их верхних концов, фиксируемый оптическим регистратором.

Недостаток.- громоздкость конструк- ции; н еполйота информации о деформации.

; а также непригодность указанного устройства для измерения обьемных деформаций низкомодульных материалов, : Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для измерения деформаций, содержащее корпус, источник света, оптический регистратор с предметным столиком и бтсчетным приспособлением (шкалой отсчета в микроскопе), три световода изображения, входные торцы которых расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях корпуса, а выходные торцы - в одной плоскости предметного столика, арку, закрепленную на исследуемом образце, и

. выполненную в виде объемного геометриче 1о о

о

ю

Ј

ского тела, отсчетные элементы которого расположены в зоне входных торцов. При деформации образца марка смещается относительно входных торцов световодов. Перемещение проекции каждого из трех отсчетных элементов марки измеряют с помощью шкалы отсчета соответствующего из трех окуляров оптического регистратора.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции и снятия отсчетов, невозможность испытания кгзкомодульных материалов, так как при больших значениях деформации отсчетиые элементы марки будут выведены из зоны входных торцов, размер которых 4 мм. Кроме того, глубина резкости изображения Ё световоде составляет несколько миллиметров, поэтому условием работоспособности устройства является достаточно малое расстояние от входного торца световода до отсчетного элемента марки, что создает неудобства в эксплуатации.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения деформаций.

Использование предлагаемого устройства позволит измерять линейные и угловые деформации не только высокомодульных, но и низкомодульных материалов.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения деформаций объекта, содержащее корпус и последовательно установленные в нем источник излучения, марку, предназначенную для скрепления с объектом, и оптический регистратор, включающий предметный столик, снабжено экраном, выполненным из двух полупрозрачных пластин, скрепленные ребрами с возможностью независимого поворота каждой пластины относительно оси крепления, и установленным в корпусе между предметным столиком и маркой таким образом, что ось крепления перпендикулярна оптической оси устройства/предметный столик выполнен в виде плоского прозрачного экрана с координатной сеткой, а марка - в виде плоского многоугольника.

На фиг.1 показана схема устройства; на фиг.2 - узел крепления экрана а корпусе, разрез; на фиг.З - узел поворота и крепления предметного столика к корпусу, сечения; на фиг.4 - оптико-кинематическая схема устройства; на фиг,5 -. положение проекции марки в поле зрения окуляра до деформации; на фиг.6 - положение проекции марки в поле зрения окуляра после деформации.

Устройство содержит корпус 1 (фиг.1), последовательно расположенные в нем источник света 2,.марку 3, предназначенную для закрепления на испытуемом образце 4

(например, с помощью штока 5} и выполненную в виде плоского выпуклого многоугольника (напр, квадратной пластинки или рамки), экран б, выполненный из двух полупрозрачных (матовых) пластин 7, связанных между собой с помощью механизма их поворота и фиксации (см. фиг,2), включающего опорный стержень 8, Прикрепленный к корпусу 1 и проходящий через две регулировочные втулки 9, к которым жестко прикреплены пластины 7 (по их ребру), причем втулки 9 имеют возможность вращения независимо друг от друга вокруг стержня 8 и фиксации (к нему) с помощью винтов 10;

предметный столик 11, снабженный плоским прозрачным экраном 12 с нанесенной на него координатной сеткой 13; окуляр 14 (напр, нивелир или микроскоп со шкалой отсчета). Плоский экран 12 предметногостолика 11 имеет возможность поворота в горизонтальной плоскости и снабжен отсчетным лимбом 15 для определения углов смещения (фиг.З). Столик 11 и окуляр 14 установлены на опоре 16 корпуса 1.

Устройство работает следующим образом,

Деформируемый образец 4 устанавливают на нагрузочное приспосрбление (на фиг, не показано). К образцу крепят марку 3

с помощью штока 5. Корпус 1 располагают так, чтобы марка 3 находилась в зоне оптического регистратора. Затем пластины 7 экрана б фиксируют на таком угле/, который обеспечивает улавливание максимальной

проекции марки 3 (напр., при ее максимальном удалении AiBi от экрана 8 - см, фиг.4), Фиксируемый угол/ согласно схеме на фиг.4 имеет рабочие пределы/ Макс . При любом угле в этих пределах экран 6

улавливает и все меньшие проекции марки, На практике при серийных работах с определенным типом материала угол определяют предварительно опытным путем на 5-6 образцах при их максимальной деформации

без нарушения сплошности. ,

Если пластины экрана 6 расположить в горизонтальной плоскости, то, в случае испытания нйзкомодульных материалов, марка 3, напр, в- положении АБ и в крайнем ее

отклонении AtBi от экрана 6, даст проекции, превышающие границы плоского экрана 12 изоны окуляра 14. При рабочем угле/ экран 6 ловит максимальные проекции в их уменьшенном виде А1Б1 и Ai 5i , а их уменьшенное изображение и AV b Г можно оудет отсчитать на экране 12с помощью отсчетного приспособления окуляра 14.

Таким образом, регулируя угол раскрытий, мы регулируем размер проекции марки

и тем самым диапазон измеряемых деформаций.

После установки угла/3 при включенном источнике света 2 отмечают на экране 12с помощью окуляра 14 начальное положение

17 проекции марки 3 (фиг.5). Деталь 4 нагру- -жают ступенями, причем в каждой ступени нагрузки выдерживают до затухания деформации детали, и отмечают новое положение

18 проекции (фиг.6). Затем по разности отсчетов определяют линейные перемещения проекции марки.

AXY X2Y2-XrYi

ДХ2 X2Z2 - XiZi(1)

AZY Z2Y2 - ZiYi,

где AXZ, AXY, AZY -линейные перемещения марки относительно осей координат X, Y, Z..MM,- : ,

X lZi, ZiYi, ZiYi - отсчет положения проекции до нагрузки, мм;

X2Z2, X2Y2, Z2Y2 - отсчет после нагрузки, мм. . Угловые смещения определяют поворотом плоского экрана 12 оптического регистратора до совмещения изображения проекции марки при нагрузке с отсчетом положения изображения до нагрузки в данной ступени, В результате получаем три компоненты угловых (а, р ,и $ перемещений и три компоненты линейных (ДХУ. AXZ, Д ZY) перемещений. По результатам замеренных линейных и угловых перемещений определяют абсолютные перемещения проекции марки относительно осей координат:

ДХ AXZ-cosy,

AY- Дху-cosV-(2)

AZ AZY.cosa,где ДХ, ДУ, AZ - абсолютные перемещения проекции марки относительно осей координат X, Y, Z;

(л. ф- угол поворота марки в соответствующей плоскости XY, YZ, ZX.

Определив линейные перемещения проекции марки, выполняют относительные линейные и сдвиговые деформации по известным формулам:

ДХп Л, АХп , ДУ„

СП - о-- 1 ff - --п--

(3)

R R R где Сп - относительные линейные деформации по заданному направлению, мм;;. 5 уп - относительные деформации сдвига по заданному направлению, мм;

m - расстояние от основания детали 4 до места крепления штока 5 марки 3, мм;

R - радиус детали, мм.. Зная абсолютные перемещения ДХ, Д Y, AZ можно определить упругие констан ты образца по следующим известным зависимостям (4, 5) теории упругости:

с Р m/„ 5 Е ТГТ-тгт- (

В ТАГ ДХ-гп

(5)

r где Е - модуль упругости. Па;

Р - нагрузка на образец, Н; 0 В - площадь поперечного сечения дета. ли, м2;,.. .. fi - коэффициент Пуассона.

-Формула изобретен и я

5 Устройство для измерения деформаций объекта, содержащее корпус и последовательно установленные в нем источник излучения, марку, предназначенную для скрепления е объектом, и оптический реги0 стратор, включающий предметный столик, обличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых деформаций, оно снабжено экраном, выполненным из двух полупрозрачных пластин,

5 скрепленных ребрами с возможностью независимого поворота каждой пластины отноеительно оси крепления, и установленным в корпусе между предметным столиком и маркой так, что ось крепле0 ния перпендикулярна оптической оси устройства, лредметный столик выполнен в виде плоского прозрачного экрана с координатной сеткой, э марка - в виде плоского многоугольника, предназначенного для

5 скрепления с объектом через шток.

Редактор М. Кузнецова

Ф/ttf

Составитель б. Инютина

Техред М,МоргенталКорректор С. Шекмар

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций различных материалов и конструкций. Цель изобретения . :;..; :.;: ;.;; ;, 2; ;..-,.....7 ...;,.. ;. {расширение диапазона измеряемых деформаций. Для этого устройство, содержащее корпус, источник света, марку и оптический регистратор с отсчетным приспособлением и предметным столиком, снабжено угловым экраном, расположенным между маркой и предметным столиком; выполненным с плоским прозрачным экраном с нанесенной на него координатной сеткой в виде двух полупрозрачных пластин. связанных между собой по ребру с возможностью независимого поворота и фиксаций каждой относительно друг друга и корпуса. Регулируя угол раскрытия экрана, можно регулировать рэамер проекции марки и тем самым вмещаемость её изображения в поле зрения оптического регистратора. Это позволит регистрировать значительные отклонения марки при сильных деформациях испытуемого образца, 6 ил. . ..;. С/) С