Способ измерения положения нейтрального слоя изгибаемой балки и устройство для его осуществления

Предлагаемое изобретение относится к области испытаний конструкционных элементов на изгиб и может быть использовано как в лабораторных условиях, так и при проведении проверочных испытаний материалов на соответствие заданным свойствам. Задачей предлагаемого изобретения является расширение арсенала методов и средств для определения положения нейтрального слоя изгибаемой балки. Способ измерения положения нейтрального слоя балки заключается в том, что измеряют стрелу прогиба балки посредством установленной на балке скобы с механическим индикатором, дополнительно измеряют удлинение наружного слоя балки с помощью установленной жестко на балке обладающей значительной продольной и практически нулевой изгибной жесткостью линейки с индикатором, и на основании известного расстояния между опорами скобы, расстояния между точкой закрепления линейки и иголкой индикатора в номинальном положении балки, а также измеренных величин стрелы прогиба балки и удлинения наружного слоя балки определяют положение нейтрального слоя балки. Соответствующее устройство содержит линейку, скобу с калиброванным расстоянием между опорами, установленный посередине скобы механический индикатор перемещений и жестко закрепленный на линейке своим корпусом дополнительный индикатор с закрепленной на измерительном наконечнике иглой, опирающейся на поверхность балки, при этом линейка закреплена на одном из концов балки и в качестве нее использована линейка, обладающая значительной продольной и практически нулевой изгибной жесткостью. 2 н.п. ф-лы и 3 ил.

 

Изобретение относится к области испытаний конструкционных элементов на изгиб и может быть использовано как в лабораторных условиях, так и при проведении проверочных испытаний материалов на соответствие заданным свойствам.

Известен способ расчета положения нейтрального слоя изгибаемой балки по учебнику «Сопротивление материалов» Тимошенко С.П. М.: Недра, 1965, т.1, с.87, основанный на ряде гипотез о свойствах материала балки и характеристик нагрузки. Предлагаемое техническое решение рассматривает только геометрию свершившегося изгиба независимо от вышеперечисленных факторов.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, посредством которого возможно определение послойной деформации изгибаемой балки, и устройства для его осуществления.

Способ измерения положения нейтрального слоя балки, согласно изобретению, осуществляют следующим образом: измеряют стрелу прогиба балки посредством установленной на балке скобы с механическим индикатором, дополнительно измеряют удлинение наружного слоя балки с помощью установленной жестко на балке обладающей значительной продольной и практически нулевой изгибной жесткостью линейки с индикатором, и на основании известного расстояния между опорами скобы, расстояния между точкой закрепления линейки и иголкой индикатора в номинальном положении балки, а также измеренных величин стрелы прогиба балки и удлинения наружного слоя балки определяют положение нейтрального слоя балки.

Устройство для измерения положения нейтрального слоя балки, содержащее линейку, согласно изобретению дополнительно содержит скобу с калиброванным расстоянием между опорами, установленный посередине скобы механический индикатор перемещений и жестко закрепленный на линейке своим корпусом дополнительный индикатор с закрепленной на измерительном наконечнике иглой, опирающейся на поверхность балки, при этом линейка закреплена на одном из концов балки и в качестве нее использована линейка, обладающая значительной продольной и практически нулевой изгибной жесткостью.

Полученные при изгибе величины прогиба балки Δh и удлинение балки Δl позволяют в дальнейшем по известным формулам просчитать не только местонахождение нейтрального слоя балки при изгибе, но и рассчитать деформацию любого слоя. Снабжение устройства закрепленной на испытываемом образце линейкой с установленным на ней индикатором позволяет получить удлинение наружного слоя балки при изгибе Δl. Линейка имеет толщину, значительно меньшую толщины изгибаемой балки, и поэтому обладает значительной продольной и практически нулевой изгибной жесткостью и таким образом не влияет на режим изгиба балки. Индикатор, установленный в средней части скобы, которая располагается на линейке, позволяет получить величину прогиба балки Δh.

Приведенные выше отличительные признаки являются новыми по сравнению с прототипом, поэтому изобретение соответствует критерию «новизна».

Патентные исследования показали, что в изученном уровне техники отсутствуют аналогичные технические решения, т.е. заявляемое техническое решение не следует явным образом из изученного уровня техники и, таким образом, соответствует критерию «изобретательский уровень».

Данное техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично представлено устройство для измерения положения нейтрального слоя изгибаемой балки (вид спереди и вид сверху), на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.

Устройство для измерения положения нейтрального слоя изгибаемой балки состоит из скобы 1 с калиброванным расстоянием между опорами 2 и механическим индикатором перемещений 3, и элемента в виде линейки 4.

Линейка 4 закрепляется с одной стороны на балке 5 и имеет толщину на два порядка меньше, чем балка 5 и поэтому обладает практически нулевой изгибной жесткостью, а за счет небольшой ее толщины и ширины - значительной продольной жесткостью. На линейке 4 жестко закреплен индикатор 6, измерительный наконечник которого снабжен иглой 7, опирающейся на поверхность балки 4. Скоба 1 устанавливается посредством опор 2 на линейку 4, при этом наконечник индикатора 3 опирается на поверхность линейки 4.

Устройство работает следующим образом. До проведения испытания балки на изгиб на балке 5 жестко закрепляется линейка 4. Индикатор 6 посредством иглы 7 устанавливается в нулевое положение, при этом фиксируется номинальная длина прилегающего к линейке слоя балки перед изгибом. Скоба 1 устанавливается на линейке 4 и индикатор механических перемещений 3, установленный на скобе 1, касается своей ножкой поверхности линейки 4 и также устанавливается на нулевую отметку. Балка 5 подвергается изгибу. При этом индикатор механических перемещений 3 показывает величину прогиба балки Δh. Индикатор 6 фиксирует удлинение балки 5 при изгибе Δl. Получив эти данные, рассчитывают положение нейтрального слоя по формуле Н_н=ρε_р.

Радиус кривизны нейтрального слоя рассчитывается по формуле

,

где L - расстояние между опорами 2 скобы 1.

Деформация верхнего слоя испытываемого образца подсчитывается по формуле

,

где l₀ - расстояние между точкой закрепления линейки и иголкой индикатора в номинальном положении балки.

Предлагаемый способ измерения и устройство с использованием предлагаемого способа измерения позволяет получить показатели деформации при изгибе любого слоя балки. Достоверность результата достаточно высокая. Конструкция устройства проста в изготовлении и эксплуатации. Данное устройство было апробировано на лабораторных испытаниях в Челябинском высшем военном авиационном училище штурманов.

Способ измерения можно распространить как на одиночные изделия, используемые в лабораторных условиях, так и на изделия, находящиеся в условиях эксплуатации, т.е. технологические возможности предлагаемого способа достаточно широки.

1. Способ измерения положения нейтрального слоя балки, отличающийся тем, что измеряют стрелу прогиба балки посредством установленной на балке скобы с механическим индикатором, дополнительно измеряют удлинение наружного слоя балки с помощью установленной жестко на балке, обладающей значительной продольной и практически нулевой изгибной жесткостью линейки с индикатором, и на основании известного расстояния между опорами скобы, расстояния между точкой закрепления линейки и иголкой индикатора в номинальном положении балки, а также измеренных величин стрелы прогиба балки и удлинения наружного слоя балки определяют положение нейтрального слоя балки.

2. Устройство для измерения положения нейтрального слоя балки, содержащее линейку, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит скобу с калиброванным расстоянием между опорами, установленный посередине скобы механический индикатор перемещений и жестко закрепленный на линейке своим корпусом дополнительный индикатор, с закрепленной на измерительном наконечнике иглой, опирающейся на поверхность балки, при этом линейка закреплена на одном из концов балки и в качестве нее использована линейка, обладающая значительной продольной и практически нулевой изгибной жесткостью.