Способ определения напряжений в конструкциях

 

СПОСОБ.ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В КОНСТРУКЦИЯХ,, заключающийся в том, что на поверхности исследуемой конструкции устанавливают чувствительный элемент, нагружают конструкцию , освобождают чувствительный элемент, растягивают его, измеряют предел текучести и определяют напряжения в конструкциях, о т л и чающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей , перед установкой на конструкцию чувствительный элемент растягивают до предела упругости, после освобождения фиксируют длину чувствительного элемента, во время растяжения фиксируют начало его разгрузки и полученные данные используют при определении напряжений . ел cz СП СХ) At Фиг.1

. СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Г 01 В 5/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фие, 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3589542/25-28 (22) 13.05.83 (46) 23.12.85. Бюл. № 47 (71) Институт механики АН УССР и Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов

Мингазпрома СССР (72) В.Н.Бастун, А.А.Каминский и С.В.Карпов (53) 531.781.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 807039, кл. G 01 В 5/30, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1024691, кл. G 01 В 5/30, 1982, (54)(57) СПОСОБ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В КОНСТРУКЦИЯХ,. заключающийся в том, что на поверхности исследу„.Я0„„111 158 A емой конструкции устанавливают чувствительный элемент, нагружают конструкцию, освобождают чувствительный элемент, растягивают его, измеряют предел текучести и определяют напряжения в конструкциях, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, перед установкой на конструкцию чувствительный элемент растягивают до предела упругости, после освобождения фиксируют длину чувствительного элемента, во время растяженияфиксируют начало его разгрузки и полученные данные используют при определении напряжений.

1118158

5 l0

55

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения напряжений в конструкциях, Известен способ определения напряжений в конструкциях, заключающийся в том, что на поверхности исследуемой конструкции устанавливают чувствительный элемент в.виде упругого элемента с размещенным на нем тензодатчиком, нагружают конструкцию и измеряют деформацию чувствительного элемента и по ней определяют напряжения.

Недостатком известного способа является невысокая точность определения уровня напряжений и вида напряженного состояния из-за дискретности их измерения и неоднородности материала упругого элемента и клеевого соединения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения напряжений в конструкциях,. заключающийся в том, что на поверхности исследуемой конструкции устанавливают чувствительный элемент, нагружают конструкцию, освобождают чувствительный элемент, растягивают его, измеряют предел текучести и определяют напряжения в конструкциях, Чувствительный элемент выполняют в виде пластины, из которой после нагружения и освобождения изготавливают образцы, Недостатком данного способа является ограничение его применения областью контроля пластических деформаций растяжения, так как в упругой области материал не упрочняется и пределы текучести не изменяются, а при сжатии чувствительный элемент теряет устойчивость и изгибается, и сложность, связанная с необходимостью разрезки чувствительного элемента-пластинки и изготовлением образцов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа.

Цель достигается тем что, в способе определения напряжений в конструкциях, заключающемся в том, что на поверхности исследуемой конструкции устанавливают чувствительный элемент, нагружают конструкцию, 20

50 освобождают чувствительный элемент, растягивают его и измеряют предел текучести и определяют напряжения в конструкциях, перед установкой на конструкцию чувствительный элемент растягивают до предела упругос. ти, после освобождения фиксируют длину чувствительного элемента, во время растяжения фиксируют начало его разгрузки и полученные данные используют при определении напряжений, На фиг.1, 2 и 3 представлены графики зависимостей удлинения чувствительного элемента 6 3 от величины нагрузки в различных случаях (на фиг.1 — в случае нагружения конструкции растягивающей нагрузки; на фиг.2 — растягивающей нагрузкой с последующей частичной разгрузкой; на фиг.3 — сжимающей нагрузкой, вызвавшей частичную разгрузку чувствительного элемента; точками в, с, J на графиках обозначены различные состояния чувствительного элемента); на фиг,4 — диаграммы растяжения чувствительного элемента о(Я) и Cl(„) — кривые 1 и 2 соответственно, Описываемый способ реализуется следующим образом.

Перед установкой на конструкцию чувствительный элемент предваритель1 но растягивают до предела упругости (точка g на фиг.1,2,3), устанавливают на конструкцию при помощи зажимов и нагружают ее, При этом предварительно растянутый чувствительный элемент перейдет в состояние, определяемое точкой b в случае на фиг.1, в состояние, определяемое точкой b а затем о в случае на фиг,2, в состояние определяемое точкой b на фиг,3, Затем освобождают чувствительный элемент (освобождением одного из зажимов).

Чувствительный элемент начинает сокращаться (точка с на фиг.1,2,3).

Фиксируют длину чувствительного элемента, Затем чувствительный элемент растягивают, фиксируют начало разгрузки чувствительного элемента (точка b в случаях на фиг, 1 и 3 и точка в случае на фиг.2).

Определяют деформации д 4 и

g ) g J и новый предел текучести материала чувствительного элемента, По этим величинам, определенным в осевом и окружном направлениях с помощью двух чувствительных элементов, определяют относительные деформации в этих направлениях и напряжения по известным зависимостям:

1118158 4

0, т.е. пока не удовлетворится условие (; " — b(» 8 где

1 1

Ф номер приближения.

Способ можно проиллюстрировать числовым примером.

К поверхности цилиндрической оболочки с заглушенными торцами, изготовленной из стали 09Г2ФБ, точечной сваркой приваривают зажимы для

t0

20

30 где 5г — база измерений;

Я и E — относительные деформации а соответственно в осевом и окружном направлениях; и — деформации соответственно е ч в осевом и окружном направлениях.

По значениям деформаций Я и с, находят соответствующие напряжения в трубопроводе по формулам

ЕЫ ф01 Ц .э 1 (1) д

И у

1 „г 7 1 где E — модуль Юнга, à p — - коэффициент поперечной деформации, определяемый в зависимости от величины отношения интенсивности напряжений б; к интенсивности деформаций

Е, по формуле

1 1-2Р Й

2 3Е (2)

1-2 д

1+ — — — - -, ЗЕ

Здесь P — коэффициент Пуассона; (3) Четыре уравнения (1) (3) образуют систему с пятью неизвестными (d

У ,(И, Е;, д; ). Учитывая, что является известной функцией Е; инвариантной к виду напряженного состояния и определяемой на основании диаграммы одноосного растяжения, указанная система уравнении решается методом последовательных приближений. Вначале задаются величиной б;, затем по графику 4, (Я-) (см. фиг 4) находят Е;, а по формулам (2) и (1) - 4, о и 6 0

По формуле (3) определяют уточненное значение б; . Процесс повторяют до тех пор, пока разница в двух последующих приближениях не станет меньше заданной погрешности

55 крепления чувствительных элементов в осевом и окружном направлениях.

Чувствительные элементы изготовлены из той же стали, что и оболочка.

Размеры поперечного сечения элемен2 тов 6»1 мм . Диаграммы растяжения о (Я) и ; (Е;) стали 09Г2ФБ показаны на фиг.4 соответственно кривыми 1 .и 2.

При установке на оболочку оба чувствительных элемента растягивают так, что удлинение в пределах базы измерений (K = 20 мм, цена деления шкалы прибора 0 001 мм) составляет

0,04 мм (относительная деформация при этом равна Я = 0,27), и в таком положении закрепили. При снятых натяжном -устройстве и измерительном приборе оболочку нагружают внутренним давлением до P = 115 атм. С учетом размеров- оболочки (отношение толщины стенки к диаметру равно

0,016) такому давлению соответствуют напряжения: = 182, da =364 МПа и интенсивность напряжений б„ =315 МПа.

Как следует из диаграммы d (f-) (на фиг.4) указанный уровень напряжений соответствует упругой области деформирования.

После установки натяжного устройства и тензометра крепежный болт правого зажима отпущен и чувствительные элементы частично разгружены. При повторном растяжении осевого и окружного чувствительных элементов в момент достижения стрелкой тензометра нулевого положения были зафиксированы нагрузки, которым на диаграмме Р— й6 соответствуют удлинения 0,046 мм в осевом направлении и 0,076 мм в окружном. Вычитая удлинение йри начальном натяжении чувствительных элементов, найдем удлинение чувствительных элементов (в пределах базы тензометра), вызванное деформацией оболочки:

60„ = 0,006 мм; р,0 = 0,036 . Разделив эти значения на г, поцучим:

Я = 0,03Х и Я = 0,187. Иэ условия совместности деформирования оболочки

УПа 00

Фиг. 2

200

ЮР ГД,%

pgg $ юг. 8

ВНИИПИ Заказ 8136(3 Тираж 650 Подписное

Филиал ППП "Патент", г,Уж.-ород, ул.Проектная, 4

5 111 и чувствительных элементов принимаем такие же деформации и для оболочки.

По найденным деформациям определим напряжения в оболочке, В первом приближении принимаем б равным пре1 (t) делу текучести 6<<, откуда б .

430 МПа. Из графика б; (с ;) находим

= 0,36 10 . Подставляя эти значения в формулу (2), положив

0,28 и Е = 1,9 10 МПа, в первом приближении найдем p " =0 374, (11 а по формулам (1) получим: Cl =216;

= 422 МПа; откуда d (=366 МПа.

Ц

Иэ графика 6; (Е;) находим во втором приближении Г; =О, 18 - 10, а по ,(zl -2 формулам (2) (1) получим: fl =0,296;

=173 d(= 394 МПа. Аналогичф Ф ным образом в третьем приближении

8158 б получим: = 343; Я ;(+) =О, 16 10 ц "= 2 286 б (= 167 б э в g в

=392 МПа, откуда в четвертом приближении 141 = 341 МПа. Поскольку раз-, личие между . и d . .невелико . (4) Я) (менее 1Ж), то ограничимся четырьмя приближениями, Из сопоставления определенной таким образом величины интенсивности напряжений G; с точ1о ным значением (315 МПа) видно, что погрешность способа в рассмотренном примере составляет 8Х, Предлагаемый способ позволяет определить деформации и напряжения во всем интервале упругой области как при растягивающих, так и сжимающих нагрузках с повышением точности измерений,