RU2302610C1 - Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия нагрузок - Google Patents

Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия нагрузок Download PDF

Info

Publication number
RU2302610C1
RU2302610C1 RU2006100786/28A RU2006100786A RU2302610C1 RU 2302610 C1 RU2302610 C1 RU 2302610C1 RU 2006100786/28 A RU2006100786/28 A RU 2006100786/28A RU 2006100786 A RU2006100786 A RU 2006100786A RU 2302610 C1 RU2302610 C1 RU 2302610C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
strain
deformations
construction
sample
state
Prior art date
Application number
RU2006100786/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Николаевич Бычков (RU)
Николай Николаевич Бычков
Сергей Григорьевич Елгаев (RU)
Сергей Григорьевич Елгаев
Александр Владимирович Ершов (RU)
Александр Владимирович Ершов
Анатолий Георгиевич Калинин (RU)
Анатолий Георгиевич Калинин
Владимир Александрович Мельников (RU)
Владимир Александрович Мельников
Елена Анатольевна Романова (RU)
Елена Анатольевна Романова
Юрий Зинатович Юсупов (RU)
Юрий Зинатович Юсупов
Original Assignee
Военный инженерно-технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военный инженерно-технический университет filed Critical Военный инженерно-технический университет
Priority to RU2006100786/28A priority Critical patent/RU2302610C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2302610C1 publication Critical patent/RU2302610C1/ru

Links

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Предложенное изобретение относится к области определения и контроля напряженно-деформированного состояния конструкций, находящихся под нагрузкой. Целью данного изобретения является упрощение технологического процесса определения напряженно-деформированного состояния конструкции без снятия нагрузок, повышение точности и достоверности измерений. Предложенный способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций заключается в том, что в контролируемых точках устанавливают тензорезисторы, включенные в тензометрический мост измерителя деформаций. При этом тензорезисторы закрепляют на конструкции, находящейся в деформированном напряженном состоянии, и производят измерения поверхностных деформаций, которые принимают за конечные, затем выполняют вырезки материала вокруг тензорезисторов на глубину, соответствующую снятию напряженного состояния конструкции в точке измерения деформаций, и измеряют поверхностные деформации конструкции, которые принимают за начальные, на основании указанных начальных и конечных поверхностных деформаций определяют поверхностные деформации конструкции под нагрузкой, затем на образце конструкции, который находится в ненапряженном состоянии, измеряют начальные деформации образца конструкции, после чего производят вырезки материала в образце конструкции вокруг измерительного тензорезистора на ту же глубину, что и в материале исследуемой конструкции, измеряют конечные деформации образца конструкции, на основании измеренных значений начальных и конечных деформаций образца конструкции определяют остаточные температурные деформации недеформированной конструкции, и вычисляют истинные относительные деформации конструкции, вычитая из поверхностных остаточных деформаций конструкции под нагрузкой остаточные температурные деформации недеформированной конструкции. 1 табл.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области определения и контроля напряженно-деформированного состояния конструкций (объекта), находящихся под нагрузкой.
Способ может быть использован для оценки прочности конструкций, прогнозирования несущей способности, анализа полей напряжений, определения зон концентраций напряжений в контрольных точках под нагрузкой при воздействии различных сочетаний нагрузок, включая изменения температуры, а также - в процессе монтажа и эксплуатации объекта, восстановлении истории деформирования как изотропного, так и анизотропного материалов.
Способ применим в промышленно-гражданском строительстве (балки, фермы, плиты, колонны и др. - под нагрузкой), в подземных сооружениях (обечайки, своды, оболочки, другие несущие конструкции под нагрузкой), в машиностроении (детали под эксплуатационной нагрузкой), в сооружениях спецназначения (метро и др.), в оборонной технике и строительстве.
В настоящее время хорошо известны многие способы определения напряженно-деформированного состояния конструкций, основанные, например, на магнитных полях рассеивания, ультразвуковых колебаниях, на методе резистивной тензометрии [1, 2].
Способ по патенту 2207530 от 27.06.2003 предусматривает контроль напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям, связанным с остаточной намагничиваемостью материала. Способ состоит в измерении нормальной составляющей напряженности магнитного поля.
Полученные магнитные показатели сравниваются с критическим магнитным показателем и пересчитываются на пределы прочности, текучести образца.
Способ по патенту 2146818 от 20.03.2000 характеризует определение напряженно-деформированного состояния материалов неразрущающим методом. В исследуемом объекте возбуждают электразвуковые колебания нормальных волн, принимают прошедшие через объект колебания, измеряют их параметры, по которым судят о величине напряжений.
В качестве прототипа может служить метод резистивной тензометрии, основанный на прямом измерении деформаций с помощью тензорезисторов. [1, 2]
Тензорезистор устанавливают на поверхность конструкции, свободной от нагрузки, включают в измерительную электрическую цепь.
При нагружении конструкции происходит деформирование поверхности, тензорезистор изменяет свое напряженное состояние и омическое сопротивление. В результате изменяются параметры тока, питающие измерительную цепь. Электрический сигнал тензорезистора незначителен и находится в пределах 0,02-20 мВ, поэтому применяют специальные измерительные схемы, усиливающие устройства. Регистрация деформаций возможна только при разгрузке-нагрузке конструкции.
Общими недостатками перечисленных способов, в том числе и прототипа, является сложность технологии определения напряженно-деформированного состояния, существенный разброс экспериментальных величин, несовершенство методик пересчета колебательных параметров конструкции в механические характеристики, и как результат - их низкая точность и достоверность.
Другой общий недостаток в том, что известные способы не обеспечивают определение напряженно-деформированного состояния конструкции без снятия нагрузок.
Целью данного изобретения является упрощение технологического процесса определения напряженно-деформированного состояния конструкции без снятия нагрузок, повышение точности и достоверности измерений.
Указанная цель достигается тем, что тензорезисторы закрепляют в контролируемых точках на конструкции, находящейся в деформированном, напряженном состоянии, и производят измерения конечных поверхностных деформаций, выполняют вырезки материала вокруг тензорезисторов и измеряют начальные деформации, определяют остаточные температурные деформации на образце конструкции, который находится в ненапряженном состоянии, вычисляют истинные относительные деформации, вычитая из поверхностных остаточные деформации, определяют по полученным значениям механические напряжения конструкции под нагрузкой. Указанные признаки отличают заявленный способ от выбранных аналогов и прототипа, исключают их недостатки, поэтому предлагаемый способ определения напряженно-деформированного состояния конструкции обладает новизной.
Авторам неизвестны технические решения аналогичного назначения и направленные на достижение той же цели, что и в заявленном в качестве изобретения способе, т.е. упрощение технологического процесса определения напряженно-деформированного состояния конструкции без снятия нагрузок, повышение точности и достоверности измерений.
Таким образом, предполагаемый способ обладает критерием существенного отличия.
Сущность изобретения поясняется примером.
Пример.
Цель: определение напряженно-деформированного состояния стального образца, находящегося под нагрузкой и испытывающего растягивающие напряжения.
Испытательная машина.
Для проведения испытаний использовалась разрывная машина марки ИМ-4Р. Описание машины не приводится как общеизвестное.
Образцы.
Для определения напряженно-деформированного состояния за образец принята стальная пластина размерами: 130×900×6,4 мм;
Площадь поперечного сечения А=130×6,4=8,32 см2.
Материал пластины: сталь марки ВСт3сп5, модуль упругости Е=2,1·108 кН/м2, Ra=270 МПа.
Для определения температурных остаточных напряжений использовалась стальная пластина размерами: 130×260×6,4 мм. Пластина изготовлена из материала первичного образца, имеет с ним одинаковые механические характеристики, в том числе и коэффициент линейного температурного расширения.
Измерительные приборы.
Измерения растягивающих деформаций проводили с помощью проволочных тензорезисторов омического сопротивления равного 200 Ом, коэффициент тензочувствительности К=2.
Изменения омического сопротивления регистрировали прибором ИДЦ-1 (измеритель деформации цифровой) по ТО 4Т2.737.007. Главным элементом электрической измерительной схемы служит мост Уитстона. Два плеча моста принадлежат прибору, другие два образуются закрепленным на образце активным тензорезистором и компенсационным, приклеенным на деформируемую деталь того же материала, что и материал образца. Этот компенсационный тензорезистор служит для нейтрализации влияния температурных деформаций активного тензорезистора.
Прибор ИДЦ-1 имеет 10 каналов измерения и состоит из блоков: запуска, усиления, распределителя импульсов, коммутации резисторов и цифровой индикации. Паспортная основная погрешность измерения деформаций составляет не более 2·10-5 при длине соединительных линий менее 10 м и площади сечения каждого провода не менее 0,75 мм2.
При диагональном равенстве произведений плеч моста его состояние считается сбалансированным. В случае разбаланса моста малое напряжение, вызванное приращением сопротивления активного тензорезистора, измеряется относительно нулевого уровня. Этот малый электрический сигнал в приборе ИДЦ-1 усиливается, поступает в компенсирующие резисторы для уравновешивания, а затем подключается блок цифровой индикации; отсчеты считывают с табло визуально.
Методика определения напряженно-деформированного состояния пластины под нагрузкой (по заявленному предлагаемому изобретению).
Образец - пластина 130×900×6,4 мм устанавливают в захваты разрывной машины. Начиная с нагрузки, принимаемой за условный нуль F0, пластину плавно нагружают до заданной расчетной, равной F.
Нагрузки F0 и F фиксируют по табло силоизмерителя разрывной машины, при этом расчетную нагрузку F с помощью ручного гидравлического насоса поддерживают постоянной, равной 8,0 тоннам, на период экспериментального определения напряженно-деформированного состояния пластины.
Максимальное растягивающее равномерно распределенное по поперечному сечению пластины напряжение определяют по формуле:
Figure 00000001
На деформированную, находящуюся в напряженном состоянии пластину, закрепляют в контролируемой точке активный тензорезистор на универсальном секундном клее "Супер момент Профи Плюс". Компенсационный и активный тензорезисторы по полумостовой схеме включают в измерительную электрическую цепь прибора ИДЦ-1.
После стабилизации клея, достижения необходимой адгезии и сопротивления изоляции между основой тензорешетки и поверхностью пластины, равного не менее 50...70 МОм, снимают отсчеты по ИДЦ-1 путем кратковременного нажатия кнопок "Пуск" и "Каналы", находящиеся на лицевой панели прибора.
Эти отсчеты принимают за конечные измерения, Ек, еод.
Производят разгрузку в точке измерения деформации, нарушая сплошность и неразрывность материала вокруг активного тензорезистора. Для этого с помощью, например, циркульной коронки и электродрели выполняют цилиндрические вырезки материала на глубину, соответствующую снятию напряженного состояния пластины в точке измерения. При этом контроль глубины вырезки фиксируют по отсчетам на табло прибора ИДЦ-1, когда они стабилизируются.
Измеряют деформации пластины в точке, освобожденной от связей с окружающим материалом, считывая отсчеты по табло прибора ИДЦ-1; принимают эти измерения за начальные, Е0, еод.
Зарегистрированные поверхностные деформации пластины под нагрузкой вычисляют по формуле:
Figure 00000002
где: Ек, Е0 - измерение, еод., см. по тексту.
Температурные остаточные деформации в пластине определяют в следующем порядке и последовательности:
- закрепляют активный тензорезистор на пластине (130×260×6,4 мм), которая находится в свободном, недеформируемом состоянии в течение всего времени испытаний;
- активный и компенсационный тензорезисторы закрепляют по описанной выше технологии;
- включают собранный тензометрический полумост в измерительную электрическую схему прибора ИДЦ-1 с образованием моста Уитстона;
- считывают отсчеты с табло ИДЦ-1, как указано выше, и принимают данные измерения деформаций за начальные,
Figure 00000003
еод;
- выполняют цилиндрические вырезки материала вокруг активного тензорезистора на глубину ранее фиксированную на первичной пластине;
- считывают отсчеты с табло ИДЦ-1 активного тензорезистора, освобожденного от связей с окружающим материалом; принимают эти измерения за конечные,
Figure 00000004
еод.
Зарегистрированные остаточные температурные деформации свободной недеформированной пластины вычисляют по формуле:
Figure 00000005
Истинные относительные деформации конструкции (пластины) под нагрузкой без ее снятия определяют, вычитая из поверхностных деформаций температурные остаточные деформации.
Figure 00000006
Обработка результатов опытов.
Полученные экспериментально растягивающие деформации и напряжения в пластине представлены в таблице.
Таблица
Определение напряжений конструкции при снятии нагрузки - по прототипу: разгрузка- нагрузка. Определение напряжений конструкций без снятия нагрузки (по заявленному изобретению: нагрузка-разгрузка контролируемых точек измерения)
Максимальные напряжения по схеме: разгрузка- нагрузка поверхностные напряжения с остаточными температурными напряжениями Остаточные температурные напряжения Растягивающие напряжения в пластине, зарегистрированные без снятия нагрузки Расхождение опытных данных
σmax, МПа σпов, МПа σост, МПа σр, МПа %
Figure 00000007
σповпов·Е
Figure 00000008
σрповост
Figure 00000009
Figure 00000010
550·10-6×2,1·106=115,5 100·10-6×2,1·106=21,0 115,5-21,0=94,5
Figure 00000011
Примечание: Е - модуль нормальной упругости.
εпов,
Figure 00000012
- значения поверхностных и остаточных деформаций (еод.), полученные с помощью прибора ИДЦ-1 (см. по тексту).
Из анализа результатов можно сделать вывод: расхождения опытных данных в пределах трех процентов свидетельствуют о высокой точности измерения деформаций по заявленному изобретению и являются вполне удовлетворительными для практики.
Приведенные в примере действия и их другая, впервые примененная последовательность выполнения, показывают, что техническая сущность заявленного изобретения характеризуется совокупностью новых существенных признаков, необходимых и достаточных для достижения поставленной цели.
Из примера следует, что такими новыми существенными признаками, отличающими заявленный способ от прототипа и известных аналогов, являются:
- закрепление тензорезисторов на конструкции, находящейся в деформированном, напряженном состоянии (новое действие);
- измерение конечных поверхностных деформаций (впервые иная последовательность, другой порядок выполнения действий);
- вырезка материала вокруг контрольных точек (новое действие);
- измерение начальных деформаций (впервые иная последовательность, другой порядок выполнения действий);
- определение остаточных температурных деформаций на образце конструкции, который находится в ненапряженном состоянии (новое действие и так далее ниже);
- вычисление истинных относительных деформаций путем вычитания из поверхностных остаточных деформаций;
- определение по полученным значениям механических напряжений конструкции под нагрузкой.
Нетрудно видеть, что приведенные существенные признаки и их иная последовательность выполнения необходимы во всех случаях использования способа, другими словами - в совокупности они обеспечивают единство заявленного изобретения при его реализации.
Следует также отметить причинно-следственную связь между совокупностью новых существенных признаков и положительным технико-экономическим эффектом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения. Например, затраты по заявленному способу на экспресс-диагноз несущей способности конструкции, находящейся под эксплуатационной нагрузкой, без ее снятия, в 50...100 раз меньше по сравнению с прототипом.
Таким образом, у заявленного технического решения имеются существенные отличия, новые свойства, не совпадающие со свойствами известного прототипа.
Источники информации
1. Тензометрия в машиностроении, Москва, Машиностроение, 1975 г.
2. Финк К., Рорбах X. "Измерение напряжений и деформаций", Москва: Машгиз, 1963 г.

Claims (1)

  1. Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия нагрузок, заключающийся в том, что в контролируемых точках устанавливают тензорезисторы, включенные в тензометрический мост измерителя деформаций, отличающийся тем, что тензорезисторы закрепляют на конструкции, находящейся в деформированном напряженном состоянии, и производят измерения поверхностных деформаций, которые принимают за конечные, затем выполняют вырезки материала вокруг тензорезисторов на глубину, соответствующую снятию напряженного состояния конструкции в точке измерения деформаций, и измеряют поверхностные деформации конструкции, которые принимают за начальные, на основании указанных начальных и конечных поверхностных деформаций определяют поверхностные деформации конструкции под нагрузкой, затем на образце конструкции, который находится в ненапряженном состоянии, измеряют начальные деформации образца конструкции, после чего производят вырезки материала в образце конструкции вокруг измерительного тензорезистора на ту же глубину, что и в материале исследуемой конструкции, измеряют конечные деформации образца конструкции, на основании измеренных значений начальных и конечных деформаций образца конструкции определяют остаточные температурные деформации недеформированной конструкции, и вычисляют истинные относительные деформации конструкции, вычитая из поверхностных остаточных деформаций конструкции под нагрузкой остаточные температурные деформации недеформированной конструкции.
RU2006100786/28A 2006-01-10 2006-01-10 Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия нагрузок RU2302610C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100786/28A RU2302610C1 (ru) 2006-01-10 2006-01-10 Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия нагрузок

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100786/28A RU2302610C1 (ru) 2006-01-10 2006-01-10 Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия нагрузок

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2302610C1 true RU2302610C1 (ru) 2007-07-10

Family

ID=38316740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006100786/28A RU2302610C1 (ru) 2006-01-10 2006-01-10 Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия нагрузок

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2302610C1 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469261C1 (ru) * 2011-06-22 2012-12-10 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТЫЛА И ТРАНСПОРТА имени генерала армии Хрулева А.В." Способ определения сложного напряженно-деформированного состояния конструкции, находящейся под статическими нагрузками и динамическим нагружением
RU2550826C2 (ru) * 2013-07-23 2015-05-20 Закрытое акционерное общество "Научно-проектный институт "Исследование мостов и других инженерных сооружений" Способ измерения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок
RU2670217C1 (ru) * 2017-12-25 2018-10-19 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА СООРУЖЕНИЙ" Способ измерения напряженно-деформированного состояния металлических конструкций без снятия статических нагрузок
RU2678500C1 (ru) * 2017-01-27 2019-01-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Устройство для диагностики технического состояния инженерных конструкций
RU2716173C1 (ru) * 2019-06-03 2020-03-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) Способ определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469261C1 (ru) * 2011-06-22 2012-12-10 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТЫЛА И ТРАНСПОРТА имени генерала армии Хрулева А.В." Способ определения сложного напряженно-деформированного состояния конструкции, находящейся под статическими нагрузками и динамическим нагружением
RU2550826C2 (ru) * 2013-07-23 2015-05-20 Закрытое акционерное общество "Научно-проектный институт "Исследование мостов и других инженерных сооружений" Способ измерения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок
RU2678500C1 (ru) * 2017-01-27 2019-01-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Устройство для диагностики технического состояния инженерных конструкций
RU2670217C1 (ru) * 2017-12-25 2018-10-19 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА СООРУЖЕНИЙ" Способ измерения напряженно-деформированного состояния металлических конструкций без снятия статических нагрузок
RU2716173C1 (ru) * 2019-06-03 2020-03-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) Способ определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lillamand et al. Acoustoelastic effect in concrete material under uni-axial compressive loading
CN101975701B (zh) 混凝土断裂测试系统及其测试方法
Rosso A comparison of joint stiffness measurements in direct shear, triaxial compression, and in situ
Lourenço et al. Chestnut wood in compression perpendicular to the grain: Non-destructive correlations for test results in new and old wood
RU2302610C1 (ru) Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия нагрузок
RU2469261C1 (ru) Способ определения сложного напряженно-деформированного состояния конструкции, находящейся под статическими нагрузками и динамическим нагружением
CN108489808A (zh) 一种声发射测试混凝土单轴受拉应力应变关系的方法
CN104777097A (zh) 测定frp-混凝土界面粘结性能的测试装置及测试方法
JPH08285747A (ja) 軟質岩盤用の孔内せん断試験方法及び装置
CN100498273C (zh) 混凝土断裂试验起裂荷载测试方法
Morichika et al. Fatigue crack detection using a piezoelectric ceramic sensor
Pasiou et al. Marble epistyles under shear: An experimental study of the role of “Relieving Space”
Le et al. Electrical resistivity as a measure of change of state in substrates: Design, development and validation of an automated system
Parivallal et al. Core-drilling technique for in-situ stress evaluation in concrete structures
Visalakshi et al. Detection and quantification of corrosion using electro-mechanical impedance (EMI) technique
Sathyanarayanan et al. Self sensing concrete using carbon fibre for health monitoring of structures under static loading
Gedney Tensile testing basics, tips and trends
CN108593433A (zh) 一种在水环境下岩石直接拉伸的测试装置及其测试方法
Madadi et al. The high cycle fatigue testing of High‐Performance Concretes using high frequency excitation
Glaser et al. Comparison between Stereo Optical Strain Measurements and Finite Element Results in Stress Concentration Zones
RU2716173C1 (ru) Способ определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций
US4464937A (en) Extensometer readout circuit
Kytinou et al. An Innovative Health-Monitoring Approach for Fiber-Reinforced Polymer Debonding Diagnosis Through Pullout and Shear Tests
RU2003111551A (ru) Машина испытательная для механических испытаний материалов на растяжение
Regodić et al. Application of'Omega'deformer for stress measuring in dynamic loading of the structure

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080111