PL187783B1 - Układ tensometryczny do pomiaru naprężeń własnych w konstrukcjach mechanicznych, zwłaszcza w rurociągach energetycznych - Google Patents

Abstract

Układ tensometryczny do pomiaru naprężeń własnych w konstrukcjach mechanicznych zwłaszcza w rurociągach energetycznych, zawierający tensometry oporowe usytuowane promieniowo w stosunku do środka otworu wykonanego w eiemencie badanym, znamienny tym, ze posiada co najmniej 4-y tensometry (Ta), (Ta'), (Tb), (Tc), których osie pokrywają się z promieniowymi kierunkami pomiarowymi (a), (a'), (b), (c) odkształceń (ea), (ea'), (eb), (sc) przyjętymi w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, a kierunek pomiarowy (a) jest kierunkiem odniesienia, przy czym osie pierwszej pary tensometrów (Ta) i (Ta') są do siebie wzajemnie prostopadłe, a przekątna (PKj) kąta między osiami pierwszej pary tensometrów (Ta) i (T„') pokrywa się z czwartym kierunkiem pomiarowym (c), ponadto osie drugiej pary tensometrów oporowych (Tb) i (Tc) są wzajemnie do siebie prostopadłe, a przekątna (PK2) kąta utworzonego między osiami drugiej pary (Tb) i (Tc) pokrywa się z kierunkiem odniesienia (a) w stosunku do którego są określane kierunki naprężeń (5).

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ tensometryczny do pomiaru naprężeń własnych w konstrukcjach mechanicznych, zwłaszcza w rurociągach energetycznych, w których pod wpływem ciśnienia wewnętrznego naprężenia obwodowe są dwukrotnie większe od naprężeń osiowych a występujące naprężenia ścinające od obciążenia momentem skracającym powodują odkształcenia czysto postaciowe. Dotychczas naprężenia własne w mechanicznych elementach konstrukcyjnych określa się przy zastosowaniu metod analizy doświadczalnej. Najczęściej stosowana jest metoda J. Mathara opracowana dla płaskich płyt ortotropowych, opisana w artykule W. Birkenfelda opublikowanym w Messtechnische Briefe HBM 1968 r. nr 3 pt. Messungen vin Elgenspannungen mit Dehhungsmesstreifen oraz nr 3 1975 r. w artykule Kella, opublikowanym w nr 3 1975 r. Messtechnische Briefe HB4 pt. Zur Eigenspannungsermittlung mit DMS Bohrlochrosotten oraz w artykule J. Ginalskiego opublikowanym w nr 1 Energetyki 1981 r. pt Naprężenia własne w elementach konstrukcji energetycznych. Pomiar naprężeń własnych w elemencie konstrukcyjnym metodą J. Mathara polega jak pokazano na fig. 1 rysunku na nawierceniu w płycie płaskiej, ortotropowej, otworu co powoduje lokalne odprężenie powierzchniowe w wyniku usunięcia pewnej objętości materiału, a następnie na pomiarze odkształceń E_a, eb, £ w trzech kierunkach usytuowanych promieniowo a, b, c, w stosunku, do osi otworu O, w obszarze przyotworowym. Pomiaru odkształceń e dokonuje się za pomocą tensometrycznej rozety trójczłonowej prostokątnej zawierającej trzy tensometry o kątach kierunków pomiarowych nowych odpowiednio 0°, 45°, 90°. Tensometry są usytuowane promieniowo, tak, że oś nawierconego otworu O i środek geometryczny rozety pokrywają się. Mierząc odkształcenia s_a, Eb, e_c w trzech kierunkach pomiarowych, promieniowych a, b, c, zakładając, że na ścianki boczne elementu badanego działają natężenia główne 81, 82 w punkcie określonym kątem a i promieniem r jak pokazano na fig. 1 i stosując wzór Mathara określa się ich wartość z zależności:

g g S./2 = —+U)±7toUU-U)²+(U+U-2^_b)

4A 4B gdzie A i B wynikają z zależności geometrycznych promienia r obszarów przyotworowych.

Opisana tensometryczna rozeta trójczłonowa dostosowania jest do pomiaru odkształceń w płaskiej płycie ortoporowej charakteryzującej się jednorodnym dwukierunkowym stanem naprężeń oś sił ściskających i rozciągających. W przypadku występowania złożonego stanu

187 783 naprężeń postaci występowania dodatkowo naprężeń ścinających od obciążenia momentem skręcającym, pomiar naprężeń jest obarczony błędem.

Istota układu tensometrycznego do pomiaru naprężeń własnych w konstrukcjach energetycznych, zwłaszcza w rurociągach energetycznych, zawierającego tensometry oporowe usytuowane promieniowo w stosunku do środka otworu wykonanego w elemencie badanym, polega według wynalazku na tym, że posiada co najmniej 4-y tensometry oporowe, których osie pokrywają się z promieniowymi kierunkami pomiarowymi odkształceń oznaczonymi w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara a pierwszy kierunek pomiarowy jest kierunkiem odniesienia przy czym osie pierwszej pary tensometrów są do siebie wzajemnie prostopadłe a przekątna kąta między osiami pierwszej pary tensometrów pokrywa się z czwartym kierunkiem pomiarowym ponadto osie drugiej pary tensometrów oporowych są wzajemnie do siebie prostopadłe a przekątna kąta utworzonego między osiami drugiej pary pokrywa się z pierwszym kierunkiem odniesienia w stosunku do którego są określane kierunki naprężeń.

Wynalazek został bliżej objaśniony w oparciu o rysunek przedstawiający na fig. 2 pomiarowe kierunki promieniowe w wycinku rury energetycznej przy zastosowaniu sposobu pomiaru odkształceń według wynalazku a fig. 3 schematycznie tensometryczny układ pomiarowy według wynalazku.

W trakcie badań i analiz doświadczalnych pomiarów naprężeń własnych w rurach energetycznych, w których oprócz naprężeń ściskających i rozciągających występują naprężenia ścinające stwierdzono, że w przypadku zastosowania tensometrycznej rozety trój członowej, jeżeli jej kierunek pomiarowy b pokrywa się z kierunkiem obwodowym odniesionym do geometrii rury a kierunek c z geometrycznym kierunkiem osiowym, to kierunek pomiarowy a jak pokazano na fig. 1 leżący na przekątnej kąta utworzonego między kierunkami pomiarowymi b i c będzie się pokrywał z kierunkiem dłuższej PS lub krótszej RO przekątnej postaciowo odkształconego wycinka w rury przez naprężenia ścinające wywołane momentem skręcającym rurę, w zależności od jego zwrotu. Kierunki pomiarowe a, b, c, są oznaczone w porządku alfabetycznym w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Za kierunek odniesienia w stosunku do którego są określane działania naprężeń głównych 8 przyjmuje się kierunek a. Według wynalazku do znanego pomiaru odkształceń w kierunkach promieniowych wprowadza się według wynalazku czwarty kierunek dodatkowy a', który jest prostopadły do kierunku odniesienia a i pomiar odkształceń ε/. et,, s_c prowadzi się w czterech kierunkach pomiarowych a, a', b, c. Następnie ustala się wartość odkształceń średnich e_aśr z dwu kierunków pomiarowych, kierunku odniesienia a i kierunku dodatkowego a* według zależności

Zastosowanie dodatkowego kierunku pomiarowego a' usytuowanego pod kątem 90° do kierunku pomiarowego odniesienia a umożliwia dokonanie pomiarów wzdłuż krótszej przekątnej równoległoboku powstałego z elementarnego kwadratu rozpatrywanego pola naprężeń (fig. 1).

Według wynalazku układ pomiarowy ma postać rolety tensometrycznej zbudowanej z 4-ch tensometrów T_a, T_a', Tb, Tc których osie pokrywają się z promieniowymi kierunkami pomiarowymi a, a', b, c odkształceń ea, ε₈, εb- Tensometry Ta, Ta', Tb, Tc rozety czteroczłonowej według wynalazku są parami wzajemnie do siebie prostopadłe. Osie tensometrii oporowego Ta i tensometru oporowego Ta’ oraz osie tensometru oporowego Tb i tensometru oporowego Tc są do siebie prostopadłe, tym samym kąt utworzony między promieniowym kierunkiem pomiarowym a i a’ oraz między promieniowym kierunkiem pomiarowym b i c wynosi 90°. Ponadto przekątną kąta między osiami pary tensometrów Ta i Ta' pokrywa się z kierunkiem pomiarowym c a przekątna kąta utworzonego między osiami pary tensometrów Tb i Tc pokrywa się z kierunkiem pomiarowym odniesienia a.

Zastosowanie rozety według wynalazku zapewnia że tensometry Ta i Ta' będą mierzyły wyłącznie odkształcenia wzdłuż przekątnych PS i RO prostokąta powstałego pod działaniem

187 783 naprężeń normalnych, w rozpatrywanym polu naprężeń. Do obliczeń naprężeń głównych 8i i 82 przyjmuje się średnią wartość odkształceń e_a i e_a' kierunków pomiarowych a i a'.

co pozwala na obliczenie godnie z zależnością wynikającą ze wzoru J. Mathara wartości naprężeń głównych 51/2.

g g ---^1/2 ^{= + £c} Ά 4B * ^£b ~ ⁺ (*c ~ ^b)

Przyjęcie do obliczeń wartości naprężeń głównych 61/2 wzoru J. Mathara średniej wartości odkształceń E_aś,- pozwala wyeliminować oddziaływanie momentu skręcającego sprowadzając obliczenia do przypadku obciążenia elementarnego kwadratu w płycie płaskiej ortotropowej, wyłącznie siłami rozdającymi lub ściskającymi.

F,g 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ tensometryczny do pomiaru naprężeń własnych w konstrukcjach mechanicznych zwłaszcza w rurociągach energetycznych, zawierający tensometry oporowe usytuowane promieniowo w stosunku do środka otworu wykonanego w elemencie badanym, znamienny tym, że posiada co najmniej 4-y tensometry (Ta), (Ta'), (Tb), (Tc), których osie pokrywają się z promieniowymi kierunkami pomiarowymi (a), (a'), (b), (c) odkształceń (s_a), (e_a'), (Sb), (s_c) przyjętymi w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, a kierunek pomiarowy (a) jest kierunkiem odniesienia, przy czym osie pierwszej pary tensometrów (T_a) i (T_a’) są do siebie wzajemnie prostopadłe, a przekątna (PKj) kąta między osiami pierwszej pary tensometrów (Ta) i (Ta’) pokrywa się z czwartym kierunkiem pomiarowym (c), ponadto osie drugiej pary tensometrów oporowych (Tb) i (T_c) są wzajemnie do siebie prostopadłe, a przekątna (PK2) kąta utworzonego między osiami drugiej pary (Tb) i (Tc) pokrywa się z kierunkiem odniesienia (a) w stosunku do którego są określane kierunki naprężeń (δ).