RU2553713C1 - Method of diagnostic representation and analysis of cantilever beam flexures - Google Patents

Method of diagnostic representation and analysis of cantilever beam flexures Download PDF

Info

Publication number
RU2553713C1
RU2553713C1 RU2013150500/28A RU2013150500A RU2553713C1 RU 2553713 C1 RU2553713 C1 RU 2553713C1 RU 2013150500/28 A RU2013150500/28 A RU 2013150500/28A RU 2013150500 A RU2013150500 A RU 2013150500A RU 2553713 C1 RU2553713 C1 RU 2553713C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
point
new
origin
deflection
deflections
Prior art date
Application number
RU2013150500/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Владимирович Боярский
Надежда Михайловна Никитина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический 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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет"
Priority to RU2013150500/28A priority Critical patent/RU2553713C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2553713C1 publication Critical patent/RU2553713C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of material science and may be used to investigate impact of size factor at a modulus of elasticity of cantilever beam material. Substance: typical measurement and graphic representation of cantilever beam flexures is carried out with the point of origin in the cross section of closing up. The point of origin is transferred to the point of force application and moves with it, maximum camber with opposite sign is transferred to the cross section of closing up, the abscissa axis is directed from the new point of origin to the new point of maximum camber, and new values of flexures in intermediate control cross sections are counted from the new abscissa axis to the line of beam deflection. The reasons of flextures include maximum tangent stresses at inclined sites.
EFFECT: possibility of experimental research of dependence of flexure components on size characteristics of a beam and indices of elasticity of is material (for decoding of "size factor"), possibility to match value of flexure with stresses and deformations in a beam KS, possibility to decompose converted flexures in KS for the amount of components, proportional to voltages and deformations in KS.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области материаловедения и может использоваться для исследования влияния размерного фактора на модуль упругости материала консольной балки.The invention relates to the field of materials science and can be used to study the influence of the dimensional factor on the elastic modulus of the material of the cantilever beam.

Известна типовая картина прогибов y=f(x) (где x - абсцисса контрольного сечения (КС)) консольной балки l, нагруженной на консоли сосредоточенной силой P (фиг.1): в сечении заделки, принятом за начало координат, т.е. при x=0, прогиб равен нулю, а максимальный прогиб ymax наблюдается в точке приложения силы при x=l (Беляев Н.М. Сопротивление материалов, М.: 1953, с.355, фиг.282, ф. (18.13, 18.14).A typical picture of the deflections y = f (x) (where x is the abscissa of the control cross section (CS)) of the cantilever beam l loaded on the cantilever by the concentrated force P (Fig. 1) is known: in the embedment section taken as the origin, i.e. at x = 0, the deflection is zero, and the maximum deflection y max is observed at the point of application of force at x = l (Belyaev N.M. Resistance of materials, M .: 1953, p. 355, Fig. 282, f. (18.13, 18.14).

Известна также типовая картина изменения изгибающего момента и распределения напряжений (а значит и деформаций) в материале балки: в сечении заделки, при x=0, момент М и напряжения (и деформации!) изгиба максимальны, а в точке приложения силы, при x=l равны нулю (Беляев Н.М. Сопротивление материалов, М.: 1953, с.355, фиг.282, ф. (18.13, 18.14).A typical picture of the change in bending moment and stress distribution (and hence strain) in the beam material is also known: in the embedment section, at x = 0, the bending moment M and stress (and strain!) Are maximum, and at the point of application of force, at x = l are equal to zero (Belyaev N.M. Resistance of materials, M .: 1953, p. 355, Fig. 282, f. (18.13, 18.14).

Таким образом, типовая картина наблюдаемых прогибов диаметрально противоположна картине напряжений и деформаций в материале балки и (в принципе) не годится для технического анализа связей межу ними.Thus, the typical picture of the observed deflections is diametrically opposite to the picture of stresses and strains in the beam material and (in principle) is not suitable for the technical analysis of the relationships between them.

Кроме того, касательные напряжения и деформации рассматриваются лишь от поперечной силы и ими, обычно, пренебрегают ввиду их малости, что противоречит известному положению о наличии максимальных касательных напряжений даже при простом одноосном растяжении - сжатии на наклонных площадках под углом 45° (Александров А.В. Сопротивление материалов. М: Высш. шк. 2009, с.56).In addition, shear stresses and deformations are considered only from the transverse force and they are usually neglected because of their smallness, which contradicts the well-known position on the presence of maximum tangential stresses even with simple uniaxial tension - compression on inclined platforms at an angle of 45 ° (A. Alexandrov Resistance of materials. M: Higher school. 2009, p. 56).

Последствия указанных недостатков наблюдаются и в структуре, и в техническом противоречии общеизвестной формуле (1), которая сотни лет вполне успешно применяется для описания наблюдаемых прогибов:The consequences of these shortcomings are observed both in the structure and in the technical contradiction of the well-known formula (1), which for hundreds of years has been quite successfully used to describe the observed deflections:

Figure 00000001
Figure 00000001

где y - величина прогиба в контрольных сечениях (КС) балки;where y is the amount of deflection in the control sections (CS) of the beam;

M=P·l - изгибающий момент в сечении заделки;M = P · l - bending moment in the section of the seal;

x - расстояние (абсцисса) КС от сечения заделки (начала отсчета);x is the distance (abscissa) of the CS from the section of the embedment (reference);

EJ - жесткость сечения.EJ - section stiffness.

Противоречие состоит в том, что фактическая (yф по формуле 2) величина максимального прогиба на консоли вдвое больше той, которую может создать изгибающий момент Mp=Р·x от силы Р (yм по формуле 3):The contradiction is that the actual (y f by formula 2) value of the maximum deflection on the console is twice that which the bending moment Mp = P · x of the force P (y m by formula 3) can create:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

т.е. y Ф y Mp = 2

Figure 00000004
.those. y F y Mp = 2
Figure 00000004
.

Формально эта нестыковка прогибов относится за счет изгибающего момента заделки М, но он в точности равен моменту Mp от силы Р и уменьшается до нуля в точке приложения силы в точном соответствии с изменением Mp.Formally, this mismatch of the deflections is due to the bending moment of the embedment M, but it is exactly equal to the moment M p of the force P and decreases to zero at the point of application of force in exact accordance with the change in M p .

А это значит, что наблюдаемая картина прогибов, помимо составляющей от нормальных напряжений при изгибе, содержит другие составляющие, комплексно учитываемые в формуле (1), но не раскрываемые ею.This means that the observed pattern of deflections, in addition to the component from normal stresses in bending, contains other components that are comprehensively taken into account in formula (1), but not disclosed by it.

Такими другими составляющими могут быть:These other components may include:

1. Свободные перемещения конца балки при повороте КС при изгибе. Например: при повороте одного лишь сечения заделки на некоторый угол А, конец недеформированной балки переместится на величину Δy=А·l (фиг.2).1. Free movement of the end of the beam when turning the COP during bending. For example: when you turn only one section of the embedment at a certain angle A, the end of the undeformed beam will move by the value Δy = A · l (figure 2).

2. Дополнительный изгиб балки за счет максимальных касательных напряжений, действующих, как известно, одновременно с нормальными даже при простом одноосном растяжении-сжатии. Причем именно они приводят к разрушению испытуемых образцов, - текучести пластичных и скалыванию хрупких под углом 45° к линии растяжения-сжатия.2. Additional beam bending due to the maximum tangential stresses acting, as is known, simultaneously with normal, even with simple uniaxial tension-compression. Moreover, it is they that lead to the destruction of the test samples — plastic ductility and brittle cleavage at an angle of 45 ° to the tensile-compression line.

Отмечается диаметральная противоположность наблюдаемой картины прогибов в типовой системе координат с началом в сечении заделки с картиной изгибающего момента, напряжений и деформаций в материале контрольных сечений (КС) балки, ее принципиальная непригодность для технического анализа взаимосвязи прогибов с напряжениями и деформациями в КС от изгибающего момента; отмечается игнорирование связи нормальных напряжений с максимальными касательными, действующими даже при простом одноосном растяжении и сжатии образцов.The diametrical opposite of the observed pattern of deflections in the standard coordinate system with the beginning in the section of the embedment with the picture of bending moment, stresses and strains in the material of the control sections of the beam, its basic unsuitability for technical analysis of the relationship of deflections with stresses and strains in the CS from the bending moment is noted; ignorance of the relation between normal stresses and maximum tangentials, acting even with simple uniaxial tension and compression of the samples, is noted.

Технический результатTechnical result

Возможность экспериментального исследования зависимости составляющих прогиба от размерных характеристик балки и показателей упругости ее материала (для расшифровки «размерного фактора»), возможность согласования величины прогиба с напряжениями и деформациями в КС балки, возможность разложения преобразованных прогибов в КС на сумму составляющих, пропорциональных напряжениям и деформациям в КС.The possibility of an experimental study of the dependence of the deflection components on the dimensional characteristics of the beam and the elasticity parameters of its material (for deciphering the "dimensional factor"), the possibility of matching the deflection with stresses and strains in the CS of the beam, the possibility of decomposing the converted deflections in the CS into the sum of components proportional to stresses and deformations in the cop.

Технический результат достигается тем, что способ диагностического представления прогибов консольной балки включает типовое измерение и графическое представление прогибов консольной балки с началом координат в сечении заделки, согласно изобретению начало координат переносится в точку приложения силы и перемещается вместе с ней; максимальная стрела прогиба с обратным знаком переносится в сечение заделки, ось абсцисс направляется от нового начала координат в новую точку максимального прогиба, и новые значения прогибов в промежуточных контрольных сечениях отсчитываются от новой оси абсцисс до линии прогиба балки, при этом в число причин прогибов включаются максимальные касательные напряжения на наклонных площадках.The technical result is achieved by the fact that the method for the diagnostic representation of the deflections of the cantilever beam includes a typical measurement and a graphical representation of the deflections of the cantilever beam with the origin in the embedment section, according to the invention, the origin is transferred to the point of application of force and moves with it; the maximum deflection arrow with the opposite sign is transferred to the embedment section, the abscissa axis is directed from the new origin to the new maximum deflection point, and the new deflection values in the intermediate control sections are counted from the new abscissa axis to the beam deflection line, and the maximum causes of deflection are included shear stresses on incline platforms.

На фиг.1 показана типовая картина прогибов y=f(x) консольной балки l, нагруженной на консоли сосредоточенной силой P в сечении заделки, принятом за начало координат, т.е. при x=0 прогиб равен нулю, а максимальный прогиб ymax наблюдается в точке приложения силы при x=l; на фиг.2 показано свободное перемещение конца балки на величину Δy=А·l при повороте сечения заделки на угол A; на фиг.3 показано преобразование наблюдаемой картины прогибов в диагностическую путем переноса начала координат 01 в точку приложения силы, а максимального прогиба с обратным знаком - в сечение заделки с направлением новой оси абсцисс от т. 01 к новой точке максимального прогиба с соответствующим пересчетом прогибов в промежуточных контрольных сечениях (от новой оси абсцисс до линии прогиба балки).Figure 1 shows a typical picture of the deflections y = f (x) of the cantilever beam l, loaded on the cantilever with a concentrated force P in the embedment section taken as the origin, i.e. at x = 0, the deflection is zero, and the maximum deflection y max is observed at the point of application of force at x = l; figure 2 shows the free movement of the end of the beam by the value Δy = A · l when the section of the embedment is rotated through angle A; figure 3 shows the transformation of the observed pattern of deflections into the diagnostic one by transferring the origin 0 1 to the point of application of force, and the maximum deflection with the opposite sign into the section of the seal with the direction of the new abscissa axis from t. 0 1 to the new point of maximum deflection with the corresponding conversion deflections in the intermediate control sections (from the new abscissa axis to the deflection line of the beam).

Диагностический анализ преобразованных значений прогибов включает математическое описание линии прогиба в новой системе координат при помощи полинома третьей степени, элементы полинома соответствуют прогибам от нормальных и касательных напряжений в КС балки при ее изгибе и свободному перемещению КС за счет угла их поворота относительно сечения заделки, что делает их пригодными для исследования их зависимости от размерных характеристик балки и показателей упругости ее материала (т.е. для расшифровки влияния размерного фактора на модуль упругости).The diagnostic analysis of the converted deflection values includes a mathematical description of the deflection line in the new coordinate system using a polynomial of the third degree, the elements of the polynomial correspond to deflections from the normal and tangential stresses in the CS of the beam when it is bent and the CS moves freely due to their rotation angle relative to the embedment section, which makes suitable for studying their dependence on the dimensional characteristics of the beam and the elasticity parameters of its material (i.e., to decipher the influence of the dimensional factor on the mode l elasticity).

В промежуточных КС величина прогибов y i '

Figure 00000005
определится как расстояние от новой оси абсцисс 01Z до линии прогибов балки:In intermediate CS, the magnitude of the deflections y i ''
Figure 00000005
defined as the distance from the new abscissa axis 0 1 Z to the deflection line of the beam:

Figure 00000006
Figure 00000006

поворота относительно сечения заделки.rotation relative to the termination section.

Figure 00000007
Figure 00000007

Где Δy1i - поправка на уклон новой оси абсцисс:Where Δy 1i is the correction for the slope of the new abscissa axis:

Figure 00000008
Figure 00000008

Δy2i - поправка на положение изогнутой оси:Δy 2i - correction for the position of the curved axis:

Figure 00000009
Figure 00000009

xi, yi - обозначение абсциссы и прогибов в старой системе координат.x i , y i - designation of abscissas and deflections in the old coordinate system.

2. Исследовать зависимость преобразованных значений прогибов y′=f(z) от размерных характеристик балки и показателей упругости ее материала при помощи уравнения регрессии в виде полинома третьей степени (7), элементы которого представляют собой разложение суммарного прогиба в КС балки на составляющие, соответствующие напряженному состоянию материала балки в КС:2. To study the dependence of the converted values of the deflections y ′ = f (z) on the dimensional characteristics of the beam and the elasticity indices of its material using the regression equation in the form of a polynomial of the third degree (7), the elements of which are the decomposition of the total deflection in the CS of the beam into components corresponding to the stress state of the beam material in the COP:

- P·C·z3 - соответствует прогибу от нормальных напряжений при изгибе по ф. (3);- P · C · z 3 - corresponds to the deflection from normal stresses during bending according to f. (3);

- Р·В·z2 - соответствует прогибу от касательных напряжений при изгибе;- R · In · z 2 - corresponds to the deflection from shear stresses in bending;

- P·A·z - соответствует свободному перемещению КС за счет угла их.- P · A · z - corresponds to the free movement of the COP due to their angle.

1. Возможность согласования величины прогибов с напряжениями и деформациями в КС балки.1. The possibility of matching the magnitude of the deflections with stresses and deformations in the CS beam.

2. Возможность разложения преобразованных прогибов в КС на сумму составляющих, пропорциональных напряжениям и деформациям в КС.2. The possibility of decomposing the converted deflections in the CS into the sum of the components proportional to the stresses and strains in the CS.

3. Возможность экспериментального исследования зависимости составляющих прогиба от размерных характеристик балки и показателей упругости ее материала (для расшифровки «размерного фактора»).3. The possibility of an experimental study of the dependence of the deflection components on the dimensional characteristics of the beam and the elasticity parameters of its material (for decoding the "dimensional factor").

Claims (1)

Способ диагностического представления прогибов консольной балки, включающий типовое измерение и графическое представление прогибов консольной балки с началом координат в сечении заделки, отличающийся тем, что начало координат переносится в точку приложения силы и перемещается вместе с ней; максимальная стрела прогиба с обратным знаком переносится в сечение заделки, ось абсцисс направляется от нового начала координат в новую точку максимального прогиба, и новые значения прогибов в промежуточных контрольных сечениях отсчитываются от новой оси абсцисс до линии прогиба балки, а в число причин прогибов включаются максимальные касательные напряжения на наклонных площадках. A method for the diagnostic representation of cantilever beam deflections, including a typical measurement and graphical representation of the cantilever beam deflections with the origin in the embedment section, characterized in that the coordinate origin is transferred to the point of force application and moves with it; the maximum deflection arrow with the opposite sign is transferred to the embedment section, the abscissa axis is directed from the new origin to the new maximum deflection point, and new values of deflections in the intermediate control sections are counted from the new abscissa axis to the beam deflection line, and the maximum tangents are included in the number of deflection reasons voltage on inclined platforms.
RU2013150500/28A 2014-02-13 2014-02-13 Method of diagnostic representation and analysis of cantilever beam flexures RU2553713C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013150500/28A RU2553713C1 (en) 2014-02-13 2014-02-13 Method of diagnostic representation and analysis of cantilever beam flexures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013150500/28A RU2553713C1 (en) 2014-02-13 2014-02-13 Method of diagnostic representation and analysis of cantilever beam flexures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2553713C1 true RU2553713C1 (en) 2015-06-20

Family

ID=53433729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013150500/28A RU2553713C1 (en) 2014-02-13 2014-02-13 Method of diagnostic representation and analysis of cantilever beam flexures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2553713C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113029478A (en) * 2021-03-17 2021-06-25 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 High-voltage direct-current wall bushing deflection calculation and measurement method
CN114239183A (en) * 2021-12-23 2022-03-25 西安交通大学 Equal strain gradient cantilever beam with variable transverse dimension

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
УДК 531.8, C 342, Сибрикова О.Н. Механика. Сопротивление материалов. Часть II. Курс лекций; Новосибирск, НГАВТ, 2003, стр. 15-18. Учреждение образования, "Полоцкий государственный университет", СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ, УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС, для студентов специальности 1-70 02 01 "Промышленное и гражданское строительство", Часть 2, Составители: А. Г. Щербо, В. К. Родионов, Новополоцк 2007, УДК 539.3/.4(075.8), стр. 6-10,14-21, . Беляев Н.М. Сопротивление материалов, М: 1953, с.355, фиг.282. Александров А.В. Сопротивление материалов. М: Высш. шк. 2009, с.56 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113029478A (en) * 2021-03-17 2021-06-25 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 High-voltage direct-current wall bushing deflection calculation and measurement method
CN113029478B (en) * 2021-03-17 2023-05-16 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 High-voltage direct-current wall bushing deflection calculation and measurement method
CN114239183A (en) * 2021-12-23 2022-03-25 西安交通大学 Equal strain gradient cantilever beam with variable transverse dimension
CN114239183B (en) * 2021-12-23 2024-03-12 西安交通大学 Equal-strain gradient cantilever beam with transverse dimension change

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tonelli et al. Structural health monitoring based on acoustic emissions: Validation on a prestressed concrete bridge tested to failure
Bigoni et al. Instability of a penetrating blade
Jeon et al. Assessment of mechanical properties of corroded prestressing strands
Min et al. An electromechanical impedance-based method for tensile force estimation and damage diagnosis of post-tensioning systems
Capozucca Vibration of CFRP cantilever beam with damage
RU2553713C1 (en) Method of diagnostic representation and analysis of cantilever beam flexures
da Costa Mattos et al. Plastic behaviour of an epoxy polymer under cyclic tension
Boué et al. Failing softly: a fracture theory of highly-deformable materials
Pi et al. Multiple unstable equilibrium branches and non-linear dynamic buckling of shallow arches
Wang et al. The mode III cracks originating from the edge of a circular hole in a piezoelectric solid
Kim et al. Experimental study on strengthening effect analysis of a deteriorated bridge using external prestressing method
Wang et al. Nonlinear fracture mechanics analysis of nano-scale piezoelectric double cantilever beam specimens with surface effect
Mahnken Simulation of strength difference coupled to softening in elasto-plasticity for adhesive materials
Ranjbarian et al. Influence of crack width in alternating tension–Compression regimes on crack-bridging behaviour and degradation of PVA microfibres embedded in cement-based matrix
Fajman et al. The experimental observation of the prestress forces in the structural elements of a tension fabric structure
Hu et al. Fatigue life analysis of specimens subjected to infrequent severe loading using a nonlinear kinematic hardening cyclic plasticity model
Burzynski et al. Elastoplastic material law in 6-parameter nonlinear shell theory
Xiao et al. Effect of aligning conductive particles on the piezoresistivity of composites
Dotson Direct solution of the Brinch-Hansen 90% pile ultimate failure load
Iwaniec et al. Investigation into Power Line Supporting Structure Dynamic Properties by Means of Impulse Test
Parrotta et al. Investigating deformations of RC beams: experimental and analytical study
Choi et al. Advanced numerical modeling of nonlinear elastic cable with recovery characteristics
Thumrongvut Lateral-Torsional Buckling of Pultruded Fiber Reinforced Polymer Cantilever Angle Beams
Matsui et al. Seismic Effect Of Members Fracture On Truss Tower
Woo et al. Design of mechanical testing specimens for rubber material using finite element analysis

Legal Events

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

Effective date: 20160214