Устройство для исследования напряженно-деформированного состояния гладких конических оболочек

Задача полезной модели - повышение точности измерений и расширение диапазона нагружений оболочки различными комбинированными нагрузками. Включают цифровой тензометрический мост. С цифрового табло записывают начальное показание n_н. Оболочку 1 нагружают осевой сжимающей или растягивающей силой. Вращением рычага 6 добиваются того, чтобы на цифровом табло появилось число, отличающееся от начального отчета на величину деформации, соответствующей заданному усилию N. Величина усилия N сжатия (растяжения) задается выставлением заданной величины деформации, замеряемой тензодатчиком 10 на тензометрическом стакане 9. Коническую оболочку 1 нагружают внутренним избыточным давлением с помощью пневмосистемы или внешним - с помощью вакуумной системы. На первых двух лампах цифрового табло высвечивается номер канала, а три последующие цифры-показания деформирования оболочки 1. Происходит автоматическое последовательное переключение на следующий по номеру канал и высвечивание соответствующего показание n_Hi,.

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения деформаций оболочечных конструкций при испытаниях на прочность и может быть применено в авиастроении, машиностроении, судостроении, ракетостроении и др.

Известно устройство для измерения деформации, содержащее опорный элемент для крепления к контролируемому объекту, и закрепленные на нем электроды емкостного датчика зазора, опорный элемент выполнен в виде Г-образных токопроводящих пластин, выступы которых расположены параллельно один другому, имеют диэлектрическое покрытие на обращенных одна к другой поверхностях и выполняют функции электродов емкостного датчика. (RU 2040777, МПК G01В 7/16, опубл. 27.07.1995 г.).

Наиболее близким к предполагаемой модели является устройство для измерения деформации при испытаниях на прочность, содержащее упругий элемент, узел крепления упругого элемента, тензорезосторы, расположенные на упругом элементе и измерительную аппаратуру, упругий элемент выполнен из двух тонкостенных колец, соединенных друг с другом последовательно по оси их симметрии узлом задания нормированной величины измеряемого параметра, а в узлах крепления и узлах задания нормированной величины измеряемого параметра выполнены базовые отверстия. (RU 2091702, МПК G01В 7/16, опубл. 27.09.1997 г.).

Недостатками является невозможность исследования напряженно-деформированного состояния гладких конических оболочек, а так же необходимость градуировки устройства.

Цель полезной модели - повышение точности измерений и расширение диапазона нагружений оболочки различными комбинированными нагрузками.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве содержащем упругий элемент, тензорезисторы, измерительную аппаратуру, при этом упругий элемент выполнен в виде гладкой конической оболочки, к которой по образующей равномерно наклеены тензорезисторы, причем нечетные параллельно, а четные перпендикулярно оси симметрии, в боковой части корпуса устройства, жестко закреплен штуцер, в устройство введена система нагружения осевыми силами, состоящая из крышки и штока, причем шток, жестко закреплен с помощью штифта к корпусу, в нижней части снабжен поворотным рычагом, крышка конической оболочки закреплена через тензостакан с помощью резьбового соединения к штоку, на тензостакан в осевом направлении наклеен тензорезистор.

Существенные отличия и новизна заключаются в том, что упругий элемент выполнен в виде гладкой конической оболочки, к которой по образующей равномерно наклеены тензорезисторы, причем нечетные параллельно, а четные перпендикулярно оси симметрии, в боковой части корпуса устройства, жестко закреплен штуцер, в устройство введена система нагружения осевыми силами, состоящая из крышки и штока, причем шток, жестко закреплен с помощью штифта к корпусу, в нижней части снабжен поворотным рычагом, крышка конической оболочки закреплена через тензостакан с помощью резьбового соединения к штоку, на тензостакан в осевом направлении наклеен тензорезистор.

Анализ известных технических решений в исследуемой области и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленном устройстве.

На фиг.1 изображена полезная модель (общий вид).

Гладкая коническая оболочка 1 закреплена с корпусом 2 на основании 3 через узлы уплотнения 4. Гайка 5 с рычагом 6 закреплена в нижней части штока 7 посредством резьбового соединения, к которому, в свою очередь, жестко присоединены снизу вверх штифт 8 для фиксации штока 7. Тензометрический стакан 9 с закрепленным на нем тензодатчиком 10 и крышка гладкой конической оболочки 11, закрепленная на штоке 7. К тензорезисторам 12, расположенным таким образом, чтобы направление базы совпадало с направлением измеряемой деформации последовательно подключен переключатель датчиков и цифровой тензометрический мост.

Устройство работает следующим образом. Включают цифровой тензометрический мост. С цифрового табло записывают начальное показание n_H. Оболочку 1 нагружают осевой сжимающей или растягивающей силой. Вращением рычага 6 добиваются того, чтобы на цифровом табло появилось число, отличающееся от начального отчета на величину деформации, соответствующей заданному усилию N.

Величина усилия N сжатия (растяжения) задается выставлением заданной величины деформации, замеряемой тензодатчиком 10 на тензометрическом стакане 9 выражением:

,

где r_CT - радиус тензостакана;

h_CT - толщина стенки тензостакана;

Е_CT - модуль упругости материала тензостакана.

Так как тензоэффект характеризуется коэффициентом тензочувствительности материала:

,

где L, R - исходная длина и сопротивление тензочувствительного материала;

L, R - изменение его длины и сопротивления при деформировании.

, где

(n_П-n_H) - разность показаний тензомоста ЦТМ-3 после нагружения n_П и до нагружения n_H. Коническую оболочку 1 нагружают внутренним избыточным давлением с помощью пневмосистемы или внешним - с помощью вакуумной системы. На первых двух лампах цифрового табло высвечивается номер канала, а три последующие цифры-показания деформирования оболочки 1. Происходит автоматическое последовательное переключение на следующий по номеру канал и высвечивание соответствующего показание n_Hi,.

Для вычисления относительных деформаций используют следующую зависимость:

,

а продольных и окружных напряжений воспользуемся законом Гука:

,

,

где ₁ - относительная продольная деформация,

₂ - относительная окружная деформация.

Данное устройство позволяет замерить окружные и осевые деформации по длине образующей конической оболочки, а также оценить напряженно-деформированное состояние испытуемого образца при комбинированном нагружении и запас прочности конструкции в различных сечениях.

Устройство для исследования напряженно-деформированного состояния гладких конических оболочек, содержащее упругий элемент, тензорезисторы, измерительную аппаратуру, отличающееся тем, что упругий элемент выполнен в виде гладкой конической оболочки, к которой по образующей равномерно наклеены тензорезисторы, причем нечетные параллельно, а четные перпендикулярно оси симметрии, в боковой части корпуса устройства жестко закреплен штуцер, в устройство введена система нагружения осевыми силами, состоящая из крышки и штока, причем шток жестко закреплен с помощью штифта к корпусу, в нижней части снабжен поворотным рычагом, крышка конической оболочки закреплена через тензостакан с помощью резьбового соединения к штоку, на тензостакан в осевом направлении наклеен тензорезистор.