Способ приближенного определения параметров контура конструкции и устройство для его осуществления

 

Использование: в измерительной технике, при восстановлении теоретического чертежа для имеющихся судов, замерах остаточных деформаций корпусов судов. Сущность изобретения: разделяют контур конструкции на участки, измеряют линейные и угловые параметры на этих участках, а также углы наклона нормалей и касательных на их концах. Аппроксимируют контур конструкции совокупностью линий, которые моделируют деформируемыми балками. Устройство для определения параметров контура конструкции содержит корпус, установленный на нем ролик, связанный в ним индикатор углового перемещения и соединенный с ним регистратор. На корпусе установлен гироскопический индикатор угла наклона, связанный с регистратором. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к технике измерений, а именно к способам определения параметров контуров, и может быть использовано для восстановления теоретического чертежа для имеющихся судов, а также для замеров остаточных деформаций корпусов судов.

Известен способ обмеров участков бортов, имеющих конструктивный развал [1] заключающийся в разметке базовой ватерлинии и контрольных шпангоутов при помощи гибкой линейки, последующей разбивке кривых на равные участки, замере длин хорд и углов наклона хорд этих участков к осям. Затем производится вычисление значений полушироты по аппроксимационным зависимостям, представляющим полушироту в виде ломанной из хорд участков.

Такой способ очень трудоемок, малопроизводителен и не дает возможности получить данные об измеряемой кривой на протяжении каждой хорды, так как искомой кривой принадлежат только крайние точки хорд.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей во время обработки на станках [2] состоящее из корпуса, установленного в нем мерного ролика, с которым связаны индикатор углового перемещения и регистратор.

Такое устройство не может быть использовано для снятия параметров произвольных пространственных конструкций из-за фиксированного положения корпуса.

Цель изобретения повышение производительности, снижение трудоемкости и расширение технологических возможностей ведения работ по определению параметров контуров различных конструкций.

Цель в способе достигается тем, что на участках линии контура производят замер их длин, углов наклона нормалей или касательных на концах этих участков, а также измерение контрольных параметров (характерных для данного контура размеров). Аппроксимацию ведут последовательным составлением линий из участков, смоделированных деформируемыми балками. Осуществляют также контрольную аппроксимацию, для чего составляют этот контур из абсолютно жестких стержней, предварительно сдеформированных допустимыми нагрузками, соответствующими линейным и угловым параметрам, измеренным на указанных участках контура.

Цель в устройстве достигается тем, что его снабжают гироскопическим индикатором угла его наклона и дополнительным датчиком знака кривизны измеряемого контура, связанными с регистратором.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 разрез мерного ролика; на фиг.4 иллюстрация работы устройства; на фиг.5 схема работы устройства у борта судна; на фиг.6 моделирование участка контура консольной балкой загруженной силой; на фиг.7 вариант уточнения аппроксимационных зависимостей.

Устройство для осуществления способа (фиг.1) состоит из мерных роликов 1, расположенных на оси 2, имеющей вставку-статор 3 и опертой в вилке 4. С одним из роликов 1 жестко связана коническая шестерня 5, которая сопряжена с конической шестерней 6, располагающейся на конце стержня 7, проходящего внутри ручки 8 вилки 4 и связанного с движком 9 спиралеобразного реостата 10, который расположен в одном корпусе с гироскопом 11. Мерные ролики 1 (фиг.3) имеют подпружиненные, выступающие по периметру штыри 12, а также контакты 13 и контакты 14 щетки. Устройство оснащается регистратором, имеющим также датчик (микропроцессор) изменения кривизны измеряемого контура.

Способ осуществляют следующим образом.

По разбитым на участки контрольным кривым на контуре производят измерение длины этих участков и углов наклона нормалей или касательных на концах этих участков к выбранным осям (замеры осуществляют, например, предлагаемым устройством). Далее производят аппроксимацию контрольной кривой по полученным данным. С учетом данных по нескольким точкам подбирают аналитическую зависимость с учетом следующих условий: y/x_o a f(x_o a) B, (1) y'/x_o a f'(x_o a) tg α_o; yʹ/x=Σx_i=fʹ(Σx_i)=tgα_i; (2) l_i= dx, (3) где y_i и x_i i-е координаты контрольной кривой; y'_i первая производная аналитической зависимости по координате х; α_i- замеренный угол наклона нормали или касательной на i-м участке контрольной кривой к выбранным осям.

Основываясь на условиях (1)-(3), подбирают первичную аппроксимационную зависимость. Например, составляют каноническую систему уравнений для каждой из ряда известных кривых и определяют неизвестные константы. Затем рассматривают, какая в ряду известных кривых удовлетворяет наиболее хорошо условиям (1)-(3) для следующих, не задействованных ранее данных измерения контрольной кривой контура конструкции. Участок контрольной кривой (без участка, на данных которого подбиралась аналитическая зависимость) аппроксимируют этой зависимостью. Эту операцию повторяют для следующего ряда данных измерения и т. д. Далее производят уточнение полученных зависимостей с использованием аппарата сопротивления материалов, представив контрольную кривую по участкам или ряду участков в виде отдельных балок, загруженных некоторыми допустимыми усилиями. Искомую контрольную кривую получают последовательным составлением деформированных балок, моделирующих участки кривой.

Допустим для примера, что по данным первого участка была подобрана аналитическая зависимость парабола. Далее используют аппарат сопротивления материалов, представляя второй участок контрольной кривой как балку, загруженную и сдеформированную усилиями и начальными условиями, численные значения которых следующие: А/n₁ распределенная нагрузка; B/n₂ сосредоточенные силы; C/n₃ сосредоточенные моменты;
D/n₄ начальные углы поворота;
Г начальные прогибы балок при этом n_1-4 коэффициенты вида нагрузки (по справочнику).

Затем выбирают вид аппроксимационной балки (например, консольная), загружают ее согласно условиям А-Г и догружают по участкам некоторой нагрузкой до получения на концах этих участков значений углов поворота согласно замеренным на соответственных им реальных участках контура. Вид дополнительной нагрузки выбирают исходя из реальных условий создания и существования обмеряемой конструкции или, если данные о таковых отсутствуют, из условий возможного их существования. Например, для борта корпуса судна известна распределенная нагрузка от давления воды. Далее, сопоставив эти данные с полученными значениями в аналитической зависимости, выявляем необходимость догружать моделирующую балку распределенной нагрузкой. При полном отсутствии данных о существовании обмеряемого объекта в качестве догружающего усилия используют сосредоточенную силу как одну из наиболее распространенных видов нагрузок в природе.

Далее, если имеется какой-либо контрольный размер контура (для судна такими могут быть длина и ширина корпуса, шпация у деформированного борта и т.п.), то производят уточнение полученной аппроксимационной кривой. Ее принимают как криволинейный стержень, имеющий, например, на одном конце защемление и катковую опору на другом. Тогда полученную схему загружают таким образом (например, сосредоточенной силой), чтобы был выдержан указанный контрольный размер. В результате получаем более точную аппроксимационную зависимость исходной контрольной кривой.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

Мерными роликами 1 обкатывают обмеряемый контур конструкции. При вращении роликов 1 они через коническую передачу шестерен 5 и 6 и через стержень 7 передают вращение на движок 9 реостата 10, который дает изменение сопротивления пропорционально угловому положению мерных роликов 1 относительно вилки 4 прибора (корпуса устройства). В тоже время гироскоп 11 дает показания о положении самой вилки 4 относительно своих осей. Данные замеров поступают на регистрирующее устройство. В момент вдавливания штырь 12 (фиг.3) замыкает контакты 13 и 14, соединенные электрически с шестернями 5 и 6, стержнем 7 и вставкой-статором 3, вилкой 4 соответственно, которые являются системой слежения поворота мерного ролика относительно измеряемой детали. При замыкании контактов 13 и 14 замыкается электрическая цепь. В результате на регистрирующем устройстве получаем следующие данные:
длину участка контрольной линии измеряемой детали (длина по периметру мерного ролика между штырями 12);
угол наклона нормали контура в точке замера относительно осей гироскопа.

Устройство может быть снабжено тележкой, оснащенной механическим приводом, для перемещения его по высоте и вдоль борта судна, на которой также располагают регистрирующее устройство (фиг. 5). Последнее снабжают датчиком (микропроцессором) изменения кривизны контура обмеряемой конструкции, дающим сигнал на обязательную фиксацию значений при смене знака кривизны.

Приведем пример аппроксимации контрольной ватерлинии корпуса судна, используя только упрощенный вариант с применением аппарата сопротивления материалов. Представим каждый отдельный участок искомой кривой как балку, защемленную сосредоточенной силой на свободном конце (фиг.6). Выбор такой модели обуславливается технологией постройки стальных судов. Накладываемый на набор лист металла прихватывают с одной стороны и подтягивают (обжимают) к набору с другой стороны и затем приваривают. Тогда имеем следующие зависимости для перемещения свободного конца балки, моделирующей участок искомой кривой,
ω , (4)
γ , (5) где ω и γ- прогиб и угол поворота свободного конца балки (из справочника).

Для перемещения (фиг.6) можно составить следующую зависимость:
du dx(1 cos γ) ≈ dx(1 1 + γ²/2) dxγ²/2
u 2 dx. (6)
Для нашего случая, учитывая (5), из (6) имеем
u_i dx . (7)
Имея по данным измерения угол, определяемый по выражению
γ α_i α_(i-1),
из равенства (5) определим Р
P . (8)
Тогда обобщенные зависимости для координат контрольной кривой, получаемой последовательным составлением деформированных балок, моделирующих ее участки, могут быть представлены в следующем виде:
(9)
При известной длине судна X_1об можно уточнить аппроксимационные зависимости (9), приняв линию, полученную по ним, за ось стержня. Стержень защемлен с одного конца и на катковой опоре с другого (фиг.7) и загружен сосредоточенной силой. Тогда можно получить следующие аппроксимационные зависимости:
где ω_1i (по выражению (4)).

При известном Х_1об легко находятся Р₁ и в результате получаются уточненные аппроксимационные зависимости.

Предлагаемые способ и устройство значительно сокращают сроки съема натурных данных с исследуемого объекта и расширяют технологические возможности, так как могут быть применимы в совершенно произвольных пространственных положениях.

Формула изобретения

1. Способ приближенного определения параметров контура конструкции, заключающийся тем, что последний разделяют на участки, измеряют линейные и угловые параметры на этих участках, а затем аппроксимируют контур конструкции совокупностью линий, полученных в результате указанных измерений, отличающийся тем, что дополнительно измеряют углы наклона нормалей или касательных на концах этих участков, а указанные линии моделируют деформируемыми балками.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после моделирования линий участков контура производят его контрольную аппроксимацию, для чего составляют контур из абсолютно жестких стержней, предварительно сдеформированных допустимыми нагрузками, соответствующими линейным и угловым параметрам, измеренным на указанных участках контура.

3. Устройство для приближенного определения параметров контура конструкции, содержащее корпус, установленный на нем по крайней мере один мерный ролик, связанный с ним индикатор углового перемещения и соединенный с ним регистратор, отличающееся тем, что оно снабжено установленным на корпусе гироскопическим индикатором угла наклона, связанным с регистратором.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено датчиком знака кривизны измеряемого контура, связанным с регистратором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7