RU172816U1

RU172816U1 - Device for measuring deformation during structural strength tests

Info

Publication number: RU172816U1
Application number: RU2017114722U
Authority: RU
Inventors: Юрий Павлович Сердобинцев; Алексей Константинович Иванюк; Владислав Александрович Рябчук; Михаил Владимирович Панченко
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2017-07-25

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения деформаций конструкций при ресурсных испытаниях на прочность и может быть использована в авиастроении, машиностроении, судостроении для измерения и контроля деформации корпусов приборов испытывающих внешнее давление. Устройство содержит упругий элемент, узлы крепления упругого элемента, тензорезисторы, расположенные на упругом элементе, и измерительную аппаратуру. Упругий элемент выполнен в виде тонкостенных изогнутых пластин с базовыми отверстиями для фиксирования винтовым крепежом к узлам крепления цилиндрической формы с наружной резьбой, таким образом, что горизонтальные оси симметрии упругих элементов расположены под углом 90° друг к другу, на равноудаленном расстоянии. Технический результат: расширение диапазона измеряемых деформаций, для разных типоразмеров исследуемых конструкций. 7 ил.The utility model relates to measuring equipment, in particular, to means for measuring structural deformations during endurance tests for strength and can be used in aircraft manufacturing, mechanical engineering, and shipbuilding for measuring and controlling the deformation of instrument housings experiencing external pressure. The device comprises an elastic element, attachment points of the elastic element, strain gages located on the elastic element, and measuring equipment. The elastic element is made in the form of thin-walled curved plates with base holes for fixing with screw fasteners to attachment points of a cylindrical shape with an external thread, so that the horizontal axis of symmetry of the elastic elements are located at an angle of 90 ° to each other, at an equidistant distance. Effect: expanding the range of measured strains for different sizes of the studied structures. 7 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения деформаций конструкций при ресурсных испытаниях на прочность.The utility model relates to measuring equipment, in particular, to means for measuring structural deformations during life strength tests.

Область применения изобретения авиастроение, машиностроение, судостроение, атомная энергетика и др.The scope of the invention aircraft manufacturing, mechanical engineering, shipbuilding, nuclear energy, etc.

Известно устройство для измерения деформаций гибких оболочек летательных аппаратов [Патент РФ №2082082, МПК7 G01B 7/16, 19971, содержащее корпус, тонкостенный кольцевой упругий элемент и узлы крепления. На поверхности упругого элемента установлены два или четыре термостойких тензорезисторов, соединенные провода которых подключены к монтажной колодочке. В отверстиях узлов крепления установлен гибкий ограничитель хода упругого элемента. Устройство прикрепляют к исследуемой гибкой оболочке конструкции при помощи легкоотъемной накладки, узлов крепления или при помощи клея. На корпусе и упругом элементе установлены датчики температуры термодатчики. Корпус изготовлен из эластичного материала, например из капрона или лавсана с акрилосиликатной пропиткой, служит для задания устройству базы измерения.A device for measuring deformations of flexible shells of aircraft is known [RF Patent No. 2082082, IPC7 G01B 7/16, 19971, comprising a housing, a thin-walled annular elastic element and attachment points. Two or four heat-resistant strain gages are installed on the surface of the elastic element, the connected wires of which are connected to the mounting block. A flexible limiter of the course of the elastic element is installed in the holes of the attachment points. The device is attached to the studied flexible shell of the structure using an easily removable lining, attachment points or with glue. Temperature sensors and temperature sensors are installed on the body and the elastic element. The case is made of an elastic material, for example, from kapron or lavsan with acrylosilicate impregnation, serves to set the measurement base for the device.

Устройство укрепляют на поверхности конструкции в исследуемой зоне накладками узлов крепления или клеем холодного отверждения и подключают к измерительной аппаратуре.The device is strengthened on the surface of the structure in the studied area by overlays of attachment points or by cold-curing glue and is connected to measuring equipment.

Однако диапазон измерения ограничен фиксированными размерами устройства и не имеет возможности варьироваться.However, the measuring range is limited by the fixed dimensions of the device and is not able to vary.

Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения деформации при испытаниях конструкций на прочность [Патент РФ №2091702, МПК7 G01B 7/16, 1997 г.], состоящее из упругого элемента тензорезисторного устройства для измерения деформаций выполненого из двух тонкостенных колец, последовательно соединенных друг с другом по оси их симметрии. Соединение колец осуществлено узлом задания нормированной величины измеряемого параметра. В этом узле и узлах крепления упругого элемента к испытуемой конструкции выполнены базовые отверстия, предназначенные для установки на устройстве градуировочного приспособления.The closest technical solution is a device for measuring strain when testing structures for strength [RF Patent No. 2091702, IPC7 G01B 7/16, 1997], consisting of an elastic element of a strain gauge device for measuring deformations made of two thin-walled rings connected in series with each other another along the axis of their symmetry. The rings were connected by a unit for setting the normalized value of the measured parameter. In this node and the attachment points of the elastic element to the test structure, basic holes are made for installation on the device of the calibration device.

При нагружении конструкция деформируется, что приводит к изменению начальной базы измерения. При изменении базы измерения (изменение расстояния между точками крепления устройства) деформируются тонкостенные кольца и чувствительные решетки тензорезисторов, наклеенных на их поверхность. При этом изменяется начальное сопротивление плеч измерительного моста, что регистрируется устройством и обрабатывается ПЭВМ. Одновременно регистрируется и обрабатывается сигнал с измерительного с тензорезисторами второго кольца.During loading, the structure is deformed, which leads to a change in the initial measurement base. When changing the measurement base (changing the distance between the attachment points of the device), thin-walled rings and sensitive lattices of strain gauges glued to their surface are deformed. In this case, the initial shoulder resistance of the measuring bridge changes, which is recorded by the device and processed by the PC. At the same time, the signal from the measuring one with the strain gauges of the second ring is recorded and processed.

Однако недостатком устройства является отсутствие возможности подстройки измерительного устройства под разный типоразмер геометрий исследуемых конструкций, т.к. корпус устройства является цельной конструкцией.However, the disadvantage of this device is the lack of the ability to adjust the measuring device for different sizes of geometries of the studied structures, because The device case is a one-piece design.

Задача изобретения состоит в том, чтобы увеличить диапазон измерения деформаций, разработав приспособление с возможностью регулирования к разным типоразмерам исследуемых конструкций.The objective of the invention is to increase the measuring range of strains by developing a device with the ability to adjust to different sizes of the studied structures.

Технический результат достигается расширением диапазона измеряемых деформаций, для разных типоразмеров исследуемых конструкций.The technical result is achieved by expanding the range of measured strains for different sizes of the studied structures.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения деформации при испытаниях конструкций на прочность, содержащем упругий элемент, узел крепления упругого элемента, тензорезисторы, расположенные на упругом элементе, и измерительную аппаратуру, упругий элемент выполнен в виде тонкостенных изогнутых пластин с базовыми отверстиями для фиксирования винтовым крепежом к узлам крепления цилиндрической формы с наружной резьбой, таким образом, что горизонтальные оси симметрии упругих элементов расположены под углом 90° друг к другу, на равноудаленном расстоянии.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for measuring deformation when testing structures for strength, containing an elastic element, a fastener for the elastic element, strain gauges located on the elastic element, and measuring equipment, the elastic element is made in the form of thin-walled curved plates with base holes for fixation by screw fasteners to attachment points of a cylindrical shape with an external thread, so that the horizontal axis of symmetry of the elastic elements are located under scrap 90 ° to each other, at equidistant distance.

Отличиями заявляемого устройства является его конструктивное исполнение, при котором оно снабжено узлами крепления, в которых за счет наличия резьбовой части, присутствует возможность подстраиваться под разную высоту исследуемых объектов, в зависимости от геометрических параметров, в свою очередь изгиб пластин позволяет измерять деформации исследуемого объекта при поперечном сжатии внешней силой. Таким образом, это позволяет расширить диапазон измеряемых деформаций для разных типоразмеров исследуемых конструкций.The differences of the claimed device is its design, in which it is equipped with fasteners, in which, due to the presence of a threaded part, there is the ability to adapt to different heights of the studied objects, depending on the geometric parameters, in turn, the bending of the plates allows you to measure the deformation of the studied object in the transverse compression by external force. Thus, this allows us to expand the range of measured strains for different sizes of the studied structures.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами ее конструкции. На фиг. 1 представлен общий вид, на фиг. 2 - вид спереди, на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2, фиг 4 - разрез В-В на фиг. 2, на фиг. 5 - пример объекта исследования измерения деформации алюминиевого каркаса, на фиг. 6 - эпюра смещений (деформации) алюминиевого каркаса при испытаниях на прочность разработанным устройством, на фиг. 7 - пример изменения базового размера измерительного устройства за счет раскручивания резьбовой части в узлах крепления.The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings of its design. In FIG. 1 is a perspective view; FIG. 2 is a front view, in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2, FIG. 4 is a section BB of FIG. 2, in FIG. 5 is an example of an object of study for measuring deformation of an aluminum frame; FIG. 6 is a diagram of displacements (deformation) of an aluminum frame during strength tests by the developed device; FIG. 7 is an example of changing the basic size of the measuring device by untwisting the threaded part in the attachment points.

Устройство состоит из двух узлов крепления упругих элементов в виде оснований 1 (фиг. 1, 2), цилиндрической формы с наружной резьбой и базовыми отверстиями под крепление четырех упругих тонкостенных изогнутых пластин 2, которые располагаются относительно основания таким образом, что горизонтальные оси симметрии упругих элементов расположены под углом 90° друг к другу, на равноудаленном расстоянии и крепятся посредством винта 3, шайбы 4, гайки 5 (фиг. 3), к нижнему основанию 1 крепится подставка 6, цилиндрической формы с такой же внутренней резьбой. К верхней части основания 1 крепится колпачок 7, с такой же внутренней резьбой. Упругие пластины крепятся к основанию через базовые отверстия 8 (фиг. 4). Тензорезисторы 9, наклеены на упругие пластины 2.The device consists of two attachment points of elastic elements in the form of bases 1 (Fig. 1, 2), a cylindrical shape with an external thread and base holes for attaching four elastic thin-walled curved plates 2, which are located relative to the base so that the horizontal axis of symmetry of the elastic elements are located at an angle of 90 ° to each other, at an equidistant distance and are fastened by means of screw 3, washers 4, nuts 5 (Fig. 3), a stand 6, of a cylindrical shape with the same internal thread, is attached to the lower base 1 th. A cap 7, with the same internal thread, is attached to the upper part of the base 1. Elastic plates are attached to the base through the base holes 8 (Fig. 4). Strain gages 9 glued to elastic plates 2.

Устройство для измерения деформации при испытаниях конструкций на прочность работает следующим образом.A device for measuring strain when testing structures for strength works as follows.

Устройство размещается в корпус или конструкцию (объект исследования) подвергаемую внешней нагрузки при испытании на прочность. Крепление происходит следующим образом - на нижнюю горизонтальную часть стенки исследуемого объекта ставится подставка 6 таким образом, чтобы колпачок 7 соприкоснулся с противоположной верхней стенкой, на которую непосредственно будет действовать нагрузка.The device is placed in a housing or structure (object of study) subjected to external load during the strength test. The fastening is carried out as follows - on the lower horizontal part of the wall of the test object, a stand 6 is placed so that the cap 7 is in contact with the opposite upper wall, on which the load will directly act.

Соответственно если расстояние между исследуемыми стенками корпуса превышает базовый размер измерительного устройства, то осуществляется раздвижение колпачка 7 и подставки 6, за счет раскручивания резьбы с основаниями 1.Accordingly, if the distance between the investigated walls of the housing exceeds the base size of the measuring device, then the cap 7 and the stand 6 are moved apart by untwisting the threads with the bases 1.

При воздействии силы на исследуемый каркас, деформация передается на четыре упругих элемента 2 прикрепленных между основаниями 1 с помощью винтов 3, шайб 4, гаек 5 в местах базовых отверстий 8 таким образом, что горизонтальные оси симметрии упругих элементов расположены под углом 90° друг к другу, на равноудаленном расстоянии. Это делается для того, чтобы минимизировать измерительную погрешность. Деформация (сжатие) упругого элемента 2 фиксируется тензорезисторами 9 наклеенными на внутреннюю часть изгиба упругого элемента и сигнал с датчиков отправляется на ЭВМ.When a force is applied to the frame under study, the deformation is transmitted to four elastic elements 2 attached between the bases 1 with screws 3, washers 4, nuts 5 in the places of the base holes 8 so that the horizontal axis of symmetry of the elastic elements are 90 ° to each other at equidistant distance. This is done in order to minimize the measurement error. The deformation (compression) of the elastic element 2 is fixed by strain gauges 9 glued to the inside of the bend of the elastic element and the signal from the sensors is sent to the computer.

Монтаж измерительного устройства за счет развинчивания цилиндрических частей 1,6,7 позволяют закрепить данное устройство без лишней нагрузки и креплений к исследуемому объекту, что исключает образование дополнительных погрешностей.The installation of the measuring device by unscrewing the cylindrical parts 1,6,7 allows you to fix this device without unnecessary load and fastenings to the test object, which eliminates the formation of additional errors.

Пример. При производстве конструкций, каркасов к которым предъявляются повышенные требования надежности под воздействием внешней нагрузки, на итоговом этапе производится контрольные испытания на прочность. Традиционная схема контроля механической части изделия в приборостроении предполагает несколько уровней контроля: конструкторский и технологический контроль на этапе готовности конструкторской документации, операционный контроль изготовления деталей и сборочных единиц, контроль ОТК прибора (изделия) в целом на соответствие конструкторской документации. И в завершении - стендовые испытания, суть которых в проверке сохранения целостности и работоспособности прибора (изделия) при воздействии тех или иных факторов.Example. In the manufacture of structures, frames to which increased reliability requirements are imposed under the influence of an external load, at the final stage, control strength tests are performed. The traditional control scheme of the mechanical part of the product in instrumentation involves several levels of control: design and technological control at the stage of preparation of the design documentation, operational control of the manufacture of parts and assembly units, control of the quality control of the device (product) as a whole for compliance with the design documentation. And in the end - bench tests, the essence of which is to check the integrity and operability of the device (product) under the influence of certain factors.

В качестве примера рассмотрим простой каркас, представленный на фиг. 5, выполненный из алюминия 6061, имеющий габариты 200×255×184 мм. Соответственно при испытание на сжатие пресс сдавливает данный каркас с силой равной 1000Н. По требованиям деформация стенки каркаса не должна превышать 1,5 мм.As an example, consider the simple framework shown in FIG. 5, made of aluminum 6061, having dimensions of 200 × 255 × 184 mm Accordingly, during a compression test, the press squeezes this frame with a force of 1000N. According to the requirements, the deformation of the frame wall should not exceed 1.5 mm.

Разработанное устройство для измерения деформации размещается внутрь исследуемого объекта и происходит измерение как показано на фиг. 6, представляющей собой имитационное моделирование. Стрелкой показано направление воздействующей силы, по представленной с боку оси, видно что, деформация корпуса не превышает 0,5 мм, что является допустимой нормой, тонкой линией обозначено исходное положение без деформации. Замер данного значения с помощью разработанного устройства происходит следующим образом.The developed device for measuring strain is placed inside the test object and a measurement is performed as shown in FIG. 6, which is a simulation. The arrow shows the direction of the acting force, along the axis presented from the side, it can be seen that the deformation of the body does not exceed 0.5 mm, which is an acceptable norm, a thin line indicates the initial position without deformation. Measurement of this value using the developed device is as follows.

Усилие с верхней стенки каркаса передается на устройство измерения, таким образом, что происходит сжатие упругих пластин. При деформации пластин тензорезисторы меняют свое сопротивление и по заранее написанной программе в ЭВМ вычисляется деформация (смещение верхней стенки).The force from the upper wall of the frame is transmitted to the measuring device, so that the compression of the elastic plates. When the plates are deformed, the strain gauges change their resistance and, according to a previously written program, the computer calculates the deformation (displacement of the upper wall).

Так как каркасы, чаще всего имеют разные типоразмеры (габариты), то изменение базовой высоты измерительного устройства способствует расширению диапазона измерения.Since the frames most often have different sizes (dimensions), a change in the base height of the measuring device helps to expand the measurement range.

Допустим базовый (и в данном случае минимальный) размер высоты измерительного устройства составляет 184 мм. Если учесть что резьбовая часть на узлах крепления сверху и снизу соответственно составляет 20 мм, то можно увеличить базовую высоту измерительного устройства на 40 мм, как показано на фиг. 7. Соответственно мы можем производить измерения объектов исследования высотой в диапазоне от 184 до 224 мм. Что существенно расширяет диапазон измерения, и убирает необходимость изготавливать для каждого исследуемого объекта свой узел крепления с другими габаритами.Suppose the basic (and in this case the minimum) size of the height of the measuring device is 184 mm. If we take into account that the threaded part on the attachment points on the top and bottom, respectively, is 20 mm, then the base height of the measuring device can be increased by 40 mm, as shown in FIG. 7. Accordingly, we can make measurements of objects of research in the range from 184 to 224 mm. This significantly expands the measurement range, and eliminates the need to produce for each object under study its own attachment point with other dimensions.

Использование предлагаемого устройства, по сравнению с имеющимися, обеспечивает измерение деформации в большем диапазоне за счет регулируемой высоты измерительного устройства.Using the proposed device, in comparison with the existing ones, provides strain measurement in a wider range due to the adjustable height of the measuring device.

Таким образом, использование устройства для измерения деформации при испытаниях конструкций на прочность, содержащего новые узлы крепления упругих пластин, обеспечивают увеличение диапазона измерения деформаций исследуемых объектов разных геометрических размеров испытывающих внешнюю нагрузку при испытаниях на прочность.Thus, the use of a device for measuring deformation during structural testing for strength, containing new attachment points for elastic plates, provides an increase in the measuring range of deformations of objects under study of different geometric dimensions experiencing an external load during strength tests.

Claims

A device for measuring deformation when testing structures for strength, containing an elastic element, a fastener for the elastic element, strain gages located on the elastic element, and measuring equipment, characterized in that the elastic element is made in the form of thin-walled curved plates with base holes for fixing with screw fasteners to attachment points of a cylindrical shape with an external thread, so that the horizontal axis of symmetry of the elastic elements are located at an angle of 90 ° to each other, at equidistance nn distance.