Способ измерения изгибающих моментов в элементах конструкций

 

Изобретение относится к технике измерений , касается измерения изгибающих моментов в элементах конструкций и позволяет повысить точность измерения. С этой целью измерение проводят путем перемещения от центра 0 базового участка 3 вдоль него калиброванного по высоте измерительного стержня (ИС) 4 до касания им поверхности деформируемого Э1емента, фиксируют это перемещение b ОС ИС4 относительно центра 0 базы 3, а действующий изгибающий момент М определяют по формуле, приведенной в тексте описания. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 В 5/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы (21) 4824473/28 (22) 07,05.90 (46) 15.10,92. Бюл. N 38 (71) Коммунарский горно-металлургический институт (7.2) Г.Г.Литвинский (56) Серекс С,В.Справочник машиностроения. M., ГНТИМЛ, т, 3 — 1962, с, 572.

Авдеев Б.А. Испытательные машины и приборы, М., Машгиэ, 1957, с. 176 — прототип. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗГИБАЮЩИХ

МОМЕНТОВ В ЭЛЕМЕНТАХ КОНСТРУКЦИЙ

Изобретение относится к технике измерений и касается измерения изгибающих моментов в элементах конструкций.

Известен способ измерения поперечной нагрузки, заключающийся в регистрации относительного прогиба стержня на концах продольного измерительного участка. Недостатком этого способа является . низкая точность, особенно при малых стрелах прогиба элемента.

Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому техническому решению является способ измерения нагрузки в сечениях стержня, заключающийся в регистрации относительных прогибов продольной оси в двух сечениях, равноотстоящих по разные стороны от основного сечения, причем об изгибающем моменте судят по разности прогибов.

Недостатком этого способа является прямое измерение стрелы прогиба относительно базы измерения.

Это приводит к тому, что такое непосредсгвенное измерение стрелы прогиба

„, Ы„„1768929 А1 (57) Изобретение относится к технике измерений, касается измерения изгибающих моментов в элементах конструкций и позволяет повысить точность измерения. С этой целью измерение проводят путем перемещения от центра 0 базового участка 3 вдоль него калиброванного по высоте измерительного стержня (ИС) 4 до касания им поверхности деформируемого элемента, фиксируют это перемещение о = ОС ИС4 относительно центра 0 базы 3, а действующий изгибающий момент М определяют по формуле, приведенной в тексте описания. 1 ил. сложно по техническому осуществлению является неблагоприятным с точки зрения точности, поскольку ошибка в измерении стрелы прогиба многократно увеличивается при определении кривизны объекта измерения. Тем самым ставится задача определе-, ния изгибающего момента в элементе конструкции путем выбора оптимальной последовательности измерений для достижения максимальной точности.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения, заключающемся в, том, что измеряют прогиб на базовом участке деформируемого элемента и по результа-; там измерения определяют изги5ающий момент, измерение проводят путем перемещения от центра базового участка вдоль него калиброванного по высоте измерительного стержня до касания им поверхности деформируемого элемента, фиксируют это перемещение, а изгибающий момент определяют по формуле

1768929,(a+b à-b ) (Ъ +(> + b) 2 Ь 2+(а — Ь)

Поскольку измерения будут производиться исходя из условий Ь2 «а; h2 «а то формулу можно упростить

l I = —, Ц (а)

dM 4h

Определяют точность при использовании существующих способов, когда. измеряют стрелу прогиба h конструкционного элемента 1. Для этого находят производную от изгибающего момента по h

dM -2h Et (, ) „(,.) (1-h (+

+(-)

При тех же условиях элемент умеренной кривизны h < a, а измеряют как обычно

2 2 максимальную стрелу h его прогиба, когда

b < а, получают после упрощений

2 г1Ь 2

dM 2

Из сравнения полученных зависимостей (а) и (б) видно, что при равной точности измерения (например +1 мм) линейных величин Ь (при заданной высоте h) или h (при заданном b), т.е. Ь Ь = hh, предложенный способ определения изгибающих моментов точнее традиционного в е раз, б (VS а

dMb 2h

M=EJ х

2h х(45 х(Л (+ ) (- ) — Ro ) где EJ — изгибная жесткость элемента, Нм . 50

Чтобы оценить точность предложенноr0 способа измерений, необходимо взять производную от изгибающего момента М« по измеряемому параметру (в данном случае b): 55 — Ro ), 5 где Š— модуль упругости материала элемента конструкции;

J — момент инерции сечения элемента конструкции;

h — высота калиброванного измеритель- 10 ного стержня;

2а — длина базового участка;

Ь вЂ” величина перемещения измерительного стержня;

Rp — начальный радиус кривизны эле- 15 мента конструкции.

Перемещение калиброванного стержня вдоль установленной на поверхности. элемента базы вплоть до касания его поверхности позволяет исключить технически 20 сложно осуществимую и не обладающую достаточной точностью операцию измерения стрелы прогиба элемента и заменить ее на достаточно простую операцию измерения смещения калиброванного измерительного 25 стержня относительно центра базы. Точность определения изгибающего момента повышается в 5-10 раз.

На чертеже представлена схема осуществления измерений на криволинейном 30 стержневом элементе 1 конструкции, который до загружения имел начальную упругую линию 2 с радиусом кривизны R<. Под действием момента М упругая линия стержня 2 искривляется и приобретает радиус кривиз- 35 ны R. На заданный участок AB элемента 1 устанавливают базу 3 измерения длиной 2а, от центра которой 0 сдвигают калиброванный измерительный стержень 4 высотой h.

При осуществлении способа следует изме- 40 рить смещение Ь = ОС измерительного стержня 4 относительно центра 0 базы 3, а действующий изгибающий момент М определить по формуле

M=EJ х

2h )ь +(a+ь) (+(а — ьт

Если учесть, что h/à= 0,1...0,05, то точность измерений предложенного способа увеличивается в я = 5 — 10 раз. Такого повышения точности всегда можно достигнуть путем выбора соответствующего размера

АВ измерительной базы 3. Можно показать, что добиться большей точности, чем в предложенном способе измерений, не удается (например, путем вариан длины базы и т,д,). Поэтому данный способ измерения наиболее предпочтительный для практической реализации.

В качестве примера конкретного,выполнения способа показательны измерения действующих изгибающих моментов в стальной рамной арочной крепи КМП-АЗ из спецпрофиля СВП-27, установленной в полевом откаточном штреке гор. 717 м ш. им.

50-летия ССС п,о. "Краснодонуголь", Начальный радиус кривизны верхняка крепи составлял Ro = 2,37 м, модуль упругости стали Е = 2 10 Па, момент сопротивления т1 спецпрофиля t = 6.39 10" м . После проведения горной выработки и установки крепи, которая подверглась нагружению со стороны массива горных пород в результате про1768929 явлений горного давления, верхняки крепи прогнулись и их радиус кривизны R увеличился. Измерения производили в верхней части арочной крепи (вершине свода) устройством с базой 3 длиной 2а = 1,0 м и 5 измерительным стержнем 4 с калиброванной высотой h = 0,05 м, Установив базу 3 на верхняк 1, перемещали вдоль базы 3 закрепленный на ней (с возможностью перемещения) измерительный стержень 4 10 вплоть до касания спецпрофиля и регистрировали смещение (Ь = 0,157) стержня 4 относительно центра 0 базы 3, после чего определяли изгибающий момент М, действующий на этой части элемента, подставляя 15 все известные величины в исходную формулу.

М-EJ x

2h

20 — Ro = 2 10" 6,39 10 б-х

37 1= 20326 н.м. = 20,326 Кн.м.

Определяют точность, с которой получен данный результат, воспользовавщись формулой (а):

ЛЫ = 4Ы ЛЬ= 4h

30 — — з

ХЕ1ЛЬ вЂ” 2 10" 639 X

053

X 10 10 =2063 н,м. =2,1 Кн.м.,- 35 где ЛЬ вЂ” точность, с которой определяется положение измерительного стержня 4 относительно центра 0 базы 3, hb =- +.10 м, Окончательно получают

М =- (20,3,1) Кн.м., 40 что гарантирует 10 g, точность определения изгибающего момента М, вполне достаточную для принятия технических решений.

Оценивают точность традиционного (существующега) метода измеренлй по форму- 45 ле (б)

hMh=++ ЛЬ = — E I и х

dM 2 2

Я 0,5 х2 10 639 10 10

= +10224 н,м, = -10,2 Кн.м. 50 где Ь вЂ” точность измерения стрелы прогиба, ЛЬ = +-10 м.

Отсюда следует, что точность оказалась ниже в 5 раз и составляет 50 $ от измеряемого момента, что недопустимо.

Таким образом, использование изобретения позволяют в 5-10 раз повысить точность измерения изгибающего момента при сравнительно простой конструктивной реализации предложенного способа, что важно при массовом обследовании состояния изгибаемых конструктивных элементов.

В настоящее время даны теоретические обоснования способа, разработано устройство и проведечо его шахтное испытание.

Внедрение способа намечено при строительстве и реконструкции угоЛьных шахт в

Донбассе лабораторией горной геомеханики КГЫИ.

Формула изобретения

Способ измерения изгибающих моментов в элементах конструкций, заключающийся в том, что измеряют прогиб на базовом участке деформируемого элемента и по результатам измерения определяют изгибающиймомент,отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измерение проводят путем перемещения от центра базового участка вдоль него калиброванного по высоте измерительного стержня до касания им поверхности деформируемого элемента, фиксируют это перемещение, а изгибающий момент определяют по формуле

M=ES х

2h где Š— модуль упругости материала элемента конструкции;

J — момент инерции сечения згемента конструкции;

h — высота калиброванного измерительного стержня;

2а — длина базового участка;

Ь вЂ” величина перемещения измерительного стержня:, 4 — начальный радиус кривизны опемента конструкции.

1768929

j 1;.

Составитель Н. Ярославцева

Техред М.Моргентал Корректор 3. Салко

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина 101

+ + P + + + 1

Эакаэ 3636 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5