RU2806404C1 - Method for determining elastic constants of material of different moduli - Google Patents
Method for determining elastic constants of material of different moduli Download PDFInfo
- Publication number
- RU2806404C1 RU2806404C1 RU2023115261A RU2023115261A RU2806404C1 RU 2806404 C1 RU2806404 C1 RU 2806404C1 RU 2023115261 A RU2023115261 A RU 2023115261A RU 2023115261 A RU2023115261 A RU 2023115261A RU 2806404 C1 RU2806404 C1 RU 2806404C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- tensile
- along
- loading
- bending moment
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам определения упругих постоянных разномодульного материала.The invention relates to measuring technology, in particular to methods for determining the elastic constants of a material of different moduli.
Наиболее близким известным аналогом предлагаемого способа, выбранным за прототип, является способ определения прочностных характеристик разномодульного материала (SU 1583732 A1, G01B 5/30 от 07.08.1990) заключающийся в измерении перемещений с помощью пары равнобазных измерителей перемещений, установленных в середине образца симметрично и параллельно друг другу на противоположных поверхностях и дополнительном измерении прогиба на растянутой или сжатой поверхности при каждом уровне нагружения с образца, который имеет равное сечение по длине, при воздействии на него изгибающего момента. По совокупности полученных измерений с помощью соотношений и зависимостей определяют фактический радиус кривизны и положение нейтральной линии образца, а затем - деформации и напряжения на растянутой и сжатой поверхностях. В результате последовательного нагружения до разрушения образца получают предел прочности при изгибе, диаграммы растяжения и сжатия, а также модули упругости материала на растянутой и сжатой поверхностях, определяемые по закону Гука.The closest known analogue of the proposed method, chosen as a prototype, is a method for determining the strength characteristics of a multi-module material (SU 1583732 A1, G01B 5/30 dated 08/07/1990) which consists of measuring displacements using a pair of equal-base displacement meters installed in the middle of the sample symmetrically and parallel each other on opposite surfaces and an additional measurement of deflection on a tensile or compressed surface at each level of loading from a sample that has an equal cross-section along its length, when subjected to a bending moment. Based on the totality of the measurements obtained, using relationships and dependencies, the actual radius of curvature and the position of the neutral line of the sample are determined, and then the deformations and stresses on the tensile and compressed surfaces. As a result of sequential loading until failure of the sample, the bending strength, tensile and compression diagrams, as well as the elastic moduli of the material on the tensile and compressed surfaces, determined by Hooke's law, are obtained.
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
1. недостаточная точность измерения деформаций при растяжении и сжатии, обусловленная косвенным характером измерений;1. insufficient accuracy of measuring strains during tension and compression, due to the indirect nature of measurements;
2. невозможность использования способа для определения коэффициентов Пуассона при растяжении и сжатии материала, ввиду недостаточности экспериментальных данных.2. the impossibility of using the method to determine Poisson's ratios under tension and compression of a material, due to insufficient experimental data.
Техническими результатами предлагаемого способа являются:The technical results of the proposed method are:
1. повышение точности измерения деформаций за счет использования волоконно-оптических датчиков деформации на брэгговских решетках;1. increasing the accuracy of strain measurement through the use of fiber-optic strain sensors on Bragg gratings;
2. расширение функциональных возможностей способа - возможность определения коэффициентов Пуассона при растяжении и сжатии за счет использования двух пар датчиков, каждая из которых пересекается под прямым углом, позволяющих измерять деформации на растянутой и сжатой поверхностях образца в двух направлениях.2. expansion of the functionality of the method - the ability to determine Poisson's ratios under tension and compression through the use of two pairs of sensors, each of which intersects at a right angle, making it possible to measure deformations on the tensile and compressed surfaces of the sample in two directions.
Для достижения этого результата предлагается способ определения упругих постоянных разномодульного материала, заключающийся в том, что изготавливают образец равного сечения по длине, на противоположных поверхностях симметрично и параллельно друг другу устанавливают измерители механических величин, нагружают образец изгибающим моментом в плоскости базирования измерителей, регистрируют показания измерителей при каждом фиксированном уровне нагружения и определяют деформации и модули упругости материала при растяжении и сжатии, при этом нагружение образца изгибающим моментом проводят по схеме четырехточечного изгиба, в качестве измерителей механических величин используют две пары волоконно-оптических датчиков деформаций на брэгговских решетках, каждую пару наклеивают с пересечением под прямым углом в центре противоположных поверхностей образца, с помощью интеррогатора с каждого датчика снимают значения деформаций на растянутой и сжатой поверхностях образца вдоль длины образца: , и вдоль ширины образца: , и на основе полученных значений деформаций определяют коэффициентыTo achieve this result, a method is proposed for determining the elastic constants of a material of different moduli, which consists in making a sample of equal cross-section along the length, installing mechanical quantity meters on opposite surfaces symmetrically and parallel to each other, loading the sample with a bending moment in the plane of location of the meters, recording the readings of the meters at each fixed level of loading and determine the deformation and elastic modulus of the material under tension and compression, while loading the sample with a bending moment is carried out according to the four-point bending scheme, two pairs of fiber-optic strain sensors on Bragg gratings are used as mechanical measurers, each pair is glued with an intersection at a right angle in the center of the opposite surfaces of the sample, using an interrogator, the strain values on the tensile and compressed surfaces of the sample along the length of the sample are taken from each sensor: , and along the width of the sample: , and based on the obtained values of deformations, the coefficients are determined
Пуассона на растянутой и сжатой поверхностях образца по формулам соответственно:Poisson on the tensile and compressed surfaces of the sample according to the formulas, respectively:
а модули упругости при растяжении и при сжатии определяют по формулам соответственно:and the modulus of elasticity in tension and compression is determined by the formulas, respectively:
где М - прикладываемый изгибающий момент, b - ширина образца, h - высота образца.where M is the applied bending moment, b is the width of the sample, h is the height of the sample.
Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что нагружение образца изгибающим моментом проводят по схеме четырехточечного изгиба, в качестве измерителей механических величин используют две пары волоконно-оптических датчиков деформаций на брэгговских решетках, каждую пару наклеивают с пересечением под прямым углом в центре противоположных поверхностей образца, с помощью интеррогатора с каждого датчика снимают значения деформаций на растянутой и сжатой поверхностях образца вдоль длины образца: , и вдоль ширины образца: , , и на основе полученных значений деформаций определяют коэффициенты Пуассона на растянутой и сжатой поверхностях образца по формулам соответственно:A distinctive feature of the proposed method is that the sample is loaded with a bending moment according to a four-point bending scheme; two pairs of fiber-optic strain sensors on Bragg gratings are used as mechanical measurers; each pair is glued with a right-angle intersection in the center of the opposite surfaces of the sample, with using an interrogator, the strain values on the tensile and compressed surfaces of the sample along the length of the sample are taken from each sensor: , and along the width of the sample: , , and based on the obtained strain values, Poisson’s ratios are determined on the tensile and compressed surfaces of the sample using the formulas, respectively:
а модули упругости при растяжении и при сжатии определяют по формулам соответственно:and the modulus of elasticity in tension and compression is determined by the formulas, respectively:
где М - прикладываемый изгибающий момент, b - ширина образца, h - высота образца.where M is the applied bending moment, b is the width of the sample, h is the height of the sample.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Изготавливают образец равного сечения по длине.The proposed method is carried out as follows. A sample of equal cross-section along the length is made.
На его противоположных поверхностях симметрично и параллельно друг другу устанавливают две пары волоконно-оптических датчиков деформаций на брэгговских решетках, каждую пару наклеивают с пересечением в центре поверхности образца под прямым углом.On its opposite surfaces, two pairs of fiber-optic strain sensors on Bragg gratings are installed symmetrically and parallel to each other, each pair is glued with an intersection in the center of the sample surface at a right angle.
Затем образец нагружают изгибающим моментом по схеме четырехточечного изгиба в плоскости базирования волоконно-оптических датчиков.Then the sample is loaded with a bending moment according to a four-point bending scheme in the plane of the fiber-optic sensors.
При каждом фиксированном уровне нагружения с помощью интеррогатора с каждого датчика снимают значения деформаций на растянутой и сжатой поверхностях образца вдоль длины образца: , и вдоль ширины образца: , .At each fixed level of loading, using an interrogator, the strain values on the tensile and compressed surfaces of the sample along the length of the sample are taken from each sensor: , and along the width of the sample: , .
На основе полученных значений деформаций определяют коэффициенты Пуассона на растянутой и сжатой поверхностях образца по формулам соответственно:Based on the obtained strain values, Poisson's ratios are determined on the tensile and compressed surfaces of the sample using the formulas, respectively:
и модули упругости при растяжении и при сжатии определяют по формулам соответственно:and elastic moduli in tension and compression are determined by the formulas, respectively:
Предлагаемый способ поясняется фиг. 1, на которой изображена схема четырехточечного изгиба образца с наклеенными волоконно-оптическими датчиками деформаций на брэгговских решетках, где 1 - образец шириной b, высотой h и длиной L; 2, 3 - первая пара волоконно-оптических датчиков деформаций на брэгговских решетках, расположенная на верхней (сжатой во время нагрузки изгибающим моментом) поверхности; 4, 5 - вторая пара волоконно-оптических датчиков деформаций на брэгговских решетках, расположенная на нижней (растянутой во время нагрузки изгибающим моментом) поверхности; 6 - верхние опоры; 7 - нижние опоры.The proposed method is illustrated in Fig. 1, which shows a diagram of a four-point bending of a sample with glued fiber-optic strain sensors on Bragg gratings, where 1 is a sample of width b, height h and length L; 2, 3 - the first pair of fiber-optic strain sensors on Bragg gratings, located on the upper surface (compressed during bending moment loading); 4, 5 - the second pair of fiber-optic strain sensors on Bragg gratings, located on the bottom (stretched during bending moment loading) surface; 6 - upper supports; 7 - lower supports.
Пример выполнения.Execution example.
Для определения упругих постоянных (коэффициентов Пуассона и модулей упругости) разномодульного материала проведен эксперимент на четырехточечный изгиб. В качестве разномодульного материала был выбран пенобетон, из которого изготовили образец с размерами: h=58 мм, b=72 мм, L=300 мм.To determine the elastic constants (Poisson's ratios and elastic moduli) of a material of different moduli, a four-point bending experiment was carried out. Foam concrete was chosen as a multi-module material, from which a sample was made with dimensions: h=58 mm, b=72 mm, L=300 mm.
Затем на противоположные поверхности образца с помощью цианакрилатного клея наклеили две пары волоконно-оптических датчиков деформаций на брэгговских решетках с пересечением под прямым углом в центре каждой поверхности.Then, two pairs of fiber-optic strain sensors on Bragg gratings with a right-angle intersection at the center of each surface were glued onto the opposite surfaces of the sample using cyanoacrylate glue.
Образец с наклеенными датчиками нагрузили изгибающим моментом по схеме четырехточечного изгиба в плоскости базирования волоконно-оптических датчиков деформаций на брэгговских решетках.The sample with glued sensors was loaded with a bending moment according to a four-point bending scheme in the plane of location of fiber-optic strain sensors on Bragg gratings.
При нагружении с каждого датчика при помощи интеррогатора сняли значения деформаций на растянутой и сжатой поверхностях образца вдоль длины образца: , и вдоль ширины образца: , During loading, the strain values on the tensile and compressed surfaces of the sample along the length of the sample were taken from each sensor using an interrogator: , and along the width of the sample: ,
В таблице 1 приведены значения деформаций, соответствующие приложенному моменту.Table 1 shows the strain values corresponding to the applied moment.
На основе полученных значений деформаций по представленным выше формулам определили коэффициенты Пуассона и модули упругости на растянутой и сжатой поверхностях образца.Based on the obtained strain values, the Poisson's ratios and elastic moduli on the tensile and compressed surfaces of the sample were determined using the formulas presented above.
В таблице 2 приведены полученные упругие постоянные материала - коэффициенты Пуассона и модули упругости на растянутой и сжатой поверхностях.Table 2 shows the obtained elastic constants of the material - Poisson's ratios and elastic moduli on tensile and compressed surfaces.
Claims (7)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2806404C1 true RU2806404C1 (en) | 2023-10-31 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1456829A1 (en) * | 1987-02-16 | 1989-02-07 | Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса | Method of determining reduced modulus of elasticity in bending of multilayer beam |
SU1583732A1 (en) * | 1988-03-29 | 1990-08-07 | Л.В.Ловецкий, М.А.Паперный, О.М.Рейхель, А.Я.Черн ховский и В.А.Черн ховский | Method of determining strength characteristics of different modulus material |
WO2019212348A1 (en) * | 2018-05-03 | 2019-11-07 | Fugro Technology B.V. | Sensor module for load monitoring |
RU2726038C1 (en) * | 2019-11-12 | 2020-07-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук | Method for non-destructive testing of structures from composite material |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1456829A1 (en) * | 1987-02-16 | 1989-02-07 | Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса | Method of determining reduced modulus of elasticity in bending of multilayer beam |
SU1583732A1 (en) * | 1988-03-29 | 1990-08-07 | Л.В.Ловецкий, М.А.Паперный, О.М.Рейхель, А.Я.Черн ховский и В.А.Черн ховский | Method of determining strength characteristics of different modulus material |
WO2019212348A1 (en) * | 2018-05-03 | 2019-11-07 | Fugro Technology B.V. | Sensor module for load monitoring |
RU2726038C1 (en) * | 2019-11-12 | 2020-07-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук | Method for non-destructive testing of structures from composite material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105527075A (en) | Method and apparatus of moment calibration for resonance fatigue test | |
CN107300432B (en) | Method and device for realizing field self-adaptive cable force measurement | |
GB2421075A (en) | Optical-fibre interstice displacement sensor | |
RU2806404C1 (en) | Method for determining elastic constants of material of different moduli | |
Quirion et al. | Concrete strain monitoring with Fabry-Perot fiber-optic sensor | |
Guru Prasad et al. | Fiber Bragg grating sensor package for submicron level displacement measurements | |
Nežerka et al. | Use of open source DIC tools for analysis of multiple cracking in fiber-reinforced concrete | |
RU163305U1 (en) | FIBER OPTICAL DEFORMATION SENSOR (LONGITUDINAL TENSION / COMPRESSION) | |
RU76117U1 (en) | TENZOMETRIC DEVICE FOR MEASURING REINFORCEMENT REINFORCEMENTS OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES | |
François et al. | An embedded 3d strain tensor sensor based on the eshelby’s inclusion | |
RU2535645C1 (en) | Determination of long object bending stiffness with help of curvature gage | |
RU2596694C1 (en) | Method of measuring length of cracks and speed of its development in bent and stretched elements of structures | |
ATE448467T1 (en) | EXTENSOMETER WITH A FLEXIBLE MEASURING ELEMENT AND BRAGGG GRIDS | |
Lemcherreq et al. | Fatigue of bond: Experimental investigation using pull-out tests with distributed fibre optical sensors | |
RU2629918C1 (en) | Sensitive element | |
CN113252446B (en) | Concrete beam prestressed tendon tension testing device and method | |
CN105115440B (en) | A kind of local displacement measuring method based on fiber-optic grating sensor | |
SU1583732A1 (en) | Method of determining strength characteristics of different modulus material | |
RU220058U1 (en) | MECHANICAL STRAIN GAUGE WITH REMOVABLE STRAIN GAUGE | |
RU2799920C1 (en) | Method for determining soil deformation modulus with a stamp | |
SU1427167A1 (en) | Method of measuring deformation of graduating cantilever strain-gauge beam of equal cross-section | |
RU2745947C1 (en) | Method for determining bending rigidity of polymeric composite materials under different temperature conditions | |
Sun et al. | FBG sensors for the measurement of the dynamic response of offshore oil platform model | |
SU371464A1 (en) | TENSOMETRIC ELASTIC ELEMENT | |
SU825945A1 (en) | Device for measuring strain in solid rock |