Способ определения касательных напряжений

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 B 3/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Л

1О (21) 4887709/28 (22) 05.12.90 (46) 23,09.92. Бюл. N 35 (71) Всесоюзный государственный научноисследовательский и проектно-конструкторский институт" ВНИПИэнергопром" (72) Б.Н.Громов и О.П,Максимов (56) Ипытательная техника. Справочник, кн.2, М,; Машиностроение, 1982, с. 45 — 47.

Феодосьев В.И. Сопротивление материалов, М„Наука, 1970, с. 512 — 516. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАСАТЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к способам апределения прочностных характеристик материалов, преимущественно к измерению деформации материалов, и может быть использовано для раздельных замеров линейных и угловых деформаций объекта, при

Изобретение относится к способам определения прочностных характеристик материалов, преимущественно к измерению деформации матерйалов, 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).

„„5LJ „„1 763859 А1 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 =- агс ctgVp a затем фиксируют показания датчика до и после приложения нагрузки и определяют касательные напряжения т по формуле;

z= Кд Е / L, где Š— модуль упругости первого рода, p — коэффициент Пуанссона; К = tga, /2; д — показания датчика; L — база измерения, 2 ил.

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. эа счет влияния погрешности измерений трех различных датчиков, а также ненадежность их работы при повышенных температурах и влажности.

1763859

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 обьекту 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 = arcctgVp где,и — коэффициент

Пуассона, а касательные напряжения t определяют по соотношению дЕ

t=K — (— где К= — — =—

1 gа

=г Г 2 д — показания датчика, . Š— модуля упругости первого рода, L — база измерений .

В таблице в качестве примера приведены некоторые значения коэффициента К, а ,и, Зависимость (1) получена из следующего рассуждения:

Известно, что относительная поперечная и относительная продольная деформации связаны между собой, попер. =/» прод> где,и — коэффициент Пуассона;

Л1, Ла

Епопер. . прод. а

Для каждого материала коэффициент

Пуассона находится экспериментально, определяются относительные поперечная и продольная деформации и делятся друг на друга, т.е, Япопер. прод

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 cos а = LB sin а (3) т,кг В(= епрод KB = е продАВсоза

Тк. ВВ

1 КВ д

sin а sin а

BC=АВ cosa, è =сто а

Подста ви в в (1) получим дЕ 1

sina cosa. 2(1+ ) Сфа

Tк.sina соза —;АВ =L т9а

1+тцга дЕ то r- — gaga

35 дЕ дЕ или т уГ7 т К,и

1 тца

40 где К= — — или К =—

2уи 2

То по предлагаемой методике по показаниям датчика (тензометра) для замера линейных деформаций можно измерять

45 деформации (напряжения) кручения и сдвига.

На фиг.2 приведена схема, поясняющая предлагаемый способ, где датчик линейных деформаций с базой АВ устанавливаются на

50 исследуемом объекте 1 под углом а к линии действия периодически прикладываемой нагрузке растяжения сжатия о, затем снимаем показания датчика и пересчитываем касательные напряжения по формуле (2).

Предложенный способ может быть осу55 ществлен с помощью тензометра, выполненного на базе виброизмерительной аппаратуры BH6 — 6TM.

Использование предлагаемого способа определения касательных деформаций а 1 В =,и япродАК =,и е продАВз!па

Подставив это выражение в (3) и выполнив преобразование, получим г 2 е прод ABcos а=,и е род.AB sin а

1 з пга г г — тцг а, cos а ,и = ctgг а „а = arcctg ф

Зависимость (2) получена из следующих рассуждений.

Известно, что закон Гука для сдвига

r =yG (1), где т — касательные напряжения у — угол относительного закручивания

15 ВВ

ВС

Е

6 = „+ — модуль упругости вто,и рого рода для сдвига

1763859 6 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 приложения нагрузок и определяют по ним напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, датчик устанавливают на объект так, чтобы ось чувствительности

5 датчика была направлена под углом а к линии действия нагрузок, определяемым по соотношению а = arcctg /и, где,и коэффициент Пуассона, а касательные напряжения r определяют по соотношению

10 дЕ т= К- —, 1 tàà где К—

2чр, 2 д — показания датчика;

Š— модуль упругости первого рода;

L- база измерения, 1763859

Составитель О.Максимова

Техред М.Моргентал Корректор О.Густи

Редактор В.Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3448 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5