Датчик напряженного состояния деформируемой 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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) С 01 L 1/22, 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНСФ6У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ (21) 3666754/24-10 (22) 01. 11.83 (46) 30. 01 . 85, Бюл. Ф 46 (72) В.В.Сапожников и Б.И.Терновский (7 ) Московский автомобильный завод имени И.А.Лихачева (производственное объединение ЗИЛ) (53) 531.781(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 694780, кл. G 01 L 1/04, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 268705, кл. G 01 L 1/20, 1968 (прототип}.

„Я0„„113?350 A (54) (57) ДАТЧИК НАПРЯ ЕННОГО СОСТОЯНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОИ СРЕДЫ, содержащий упругий элемент, выполненный в форме криволинейной поверхности, и тензопреобразователи в количестве не менее чем ко одному на каждый изме- . ряемый компонент тензора напряжения, установленные на поверхности упругого элемента, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения 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 перемещения.

1137350 (2) Изобретение относится к области исследования деформируемой среды, например грунта с низкой несущей способностью.

Известно устройство для определения напряжений в сыпучей среде, содержащее тензометрический датчик силы, размещенный в свободном конце штанги, другой конец которой установлен в корпусе, с. возможностью осе- Я вого перемещения для замера напряжений внутри сыпучей среды 1).

Недостатком устройства является невысокая точность измерений, так как в оощем случае нагружения сыпучей среды, когда нормальные и тангенциальные напряжения образуют систему, произвольно ориентированную относительно датчика, оно измеряет только одну составляющую вектора напряжения.

Наиболее близким по техническому решению к изобретению является датчик напряженного состояния деформируемой среды, содержащий упругий эле- .25 яент, имеющий криволинейную поверх"ость, например map,è тензопреобразователи в количестве не менее чем по одному на каждый измеряемый компонент тензора напряжения, установленные на поверхности упругого эле"мента (2 ).

Недостатком этого датчика является невысокая точность в случае пе-..— ремещения в средах с ограниченными. восстанавливающими деформациями, например в грунтах с влажностью ниже предела текучести, так как он измеряет искаженные значения компонентов тензора напряжений вследствие наличия областей на поверхности упругсго элемента датчика, не имеющих контакта со средой.

Цель изобретения — повышение точности измерений напряжений в случае перемещения в средах с ограниченными восстанавливающими деформациями.

Указанная цель достигается тем, что в датчике напряженного состояния деформируемой среды, включающем упругий элемент, выполненный в форме крйволинейной поверхности, и тензопреобразователи, установленные в нем в количестве не менее,чем по од ному на каждый измеряемый компонент тензора напряжений, криволинейная по- >5 верхнасть упругого элемента ограничена дчаметральной плоскостью, выполненной в виде жесткого основания датчика, при этом один конец упруго-

ro 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 воэможностью перемещения относительно жесткого основания 3, а другой конец прикреплен шарнирно нри помощи оси 4 к основанию 3, яв= . ляющемуся базой датчика. Тензопреобразователи 5 установлены в фиксированных точках на упругом элементе. Снятие сигналов с тензопреобраэователей производится известным устройством (не показано).

В случае измерения компонентов тензора напряжений, действующих в плоскости, достаточно использовать упругий элемент, выполненный в виде криволинейного бруса, образующе-, го криволинейную тензобалочку с тремя закрепленными тензопреобразователями.

Работу датчик ; 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: ™

1) (gH 6

d9

-1-— (3) где AS — дифференциал длины оси бруса;

Р†.радиус кривизны; с), и - интенсивности распределенных нагрузок, соответственно перпендикулярных и параллельных оси бруса;

6, И, М вЂ” поперечная и продольная силы и изгибающий момент бруса.

Известны сотношения: х г Х г (х г х 2 ж 2р+ М 2р (<)

2 2 xz ф = siA 2(3+ т сов 2), (5) ds=pap . (ь|

И -й з г=

2@Sin

2 и„-м где м„=

1 2

t= 1э1п 2Ы, (8) 20 где „-C

) 1 Э 2

30

Составитель В.Родин

Техред Л.Коцюбняк КорректорО.Луговая

Редактор Л.Веселовская

Заказ 10512/)О Тирах 898 Бодписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 1137 где 6, 6,҄— напряжения, действующие х1 в грунте вблизи площадки с углом наклона к базовым координатам

Считают, датчик напряжений на- 5 столько мал, что в близлежащем объеме грунта напряжения 6„, 6 и )2 не меняются.

Для криволинейного бруса постоянной кривизны 10

Если за базовые координаты приняты оси 1, 3 главных напряжений, то урав- 15 нения (4) и (5) упростятся

) = Я- Яс05 2 o((,7) 6„,6 - главные максимальное и минимальное напряжения; о — угловая координата в системе (1,3).

Продифференцировав уравнение (2) и подставив затем в уравнение (3) с учетом (6), (7) и (8), получают 2 +9=3g.11Sin 2о - (9)

01 0(.

Решение дифференциального уравне-! ния (9), есть

a=-Vg i»o(, . ()О)

Подставив решение (9) в уравнение (2), получают

ДЯ / 2yg Cos 2o((1„}

Н= — - ЦР=

as ) Р %/Р=

=(-21) соэ 2ф- + соз 2о )Р =-(1+1)сиз 2а )Р.

350 4

Положение координат 1, 3 относительно базовых неизвестно. Выражают их через угол Ю, как о = P — 8 а для определения трех неизвестных величин Л, 17, © при заданных ) ) и необходимо иметь систему трех уравнений:

Й.=-P(iltllcllg7(e -e)), (g7) где 1= 1, 2, 3.

Решение системы уравнений (12): и) ginЬ -ol sin Ь ф сОэ Ь -О) с05 й=o)г 4 + Т(< ) г 2

; = о(Ь -e)- —, =„.ie„-e)

2 ., 1 2

2 2 2.

Разрывное продольное усилие М; определяют по показаниям трех тензопреобразователей, установленных на поверхности криволинейного бруса в местах с координатами

Размеры упругого элемента подбирают иэ условия усреднения неоднородности исследуемой среды, а его жесткость должна превьппать жесткость деформируемой среды.

Технико-экономическая эффективность заключается.в повышении точности измерений напряжений, действующих в легкодеформируемой среде при перемещении датчика внутри сре» ды. Кроме того, точность измерений не зависит от положения датчика и степени текучести среды.