Способ измерения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок



Способ измерения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок
Способ измерения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок
Способ измерения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок

 


Владельцы патента RU 2550826:

Закрытое акционерное общество "Научно-проектный институт "Исследование мостов и других инженерных сооружений" (RU)

Способ определения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок может быть использован для оценки прочности конструкции и прогнозирования ее несущей способности. Измерения поверхностных деформаций ε производят в контролируемых точках на конструкции, находящейся в напряженно-деформированном состоянии. Контролируемые точки выбирают таким образом, что они имеют возможность дополнительного нагружения независимо от конструкции. В контролируемых точках создают с помощью известной внешней силы P дополнительные напряжения, совпадающие по направлению с измеряемыми, ступенчато увеличивают деформацию на Δε, измеряют изменение внешней силы ΔPi. Нагружение увеличивают до тех пор, пока K = | Δ P i + 1 Δ P i 1 | * Δ ε не увеличится до значения, соответствующего нормированному отклонению от закона Гука механической характеристики материала конструкции. Деформацию конструкции определяют, вычитая из известного значения деформации для заранее известной механической характеристики материала конструкции измеренную дополнительную деформацию. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса измерения и ненарушение целостности исследуемой конструкции. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области определения и контроля напряженно-деформированного состояния конструкции (объекта), находящейся под нагрузкой, и может быть использовано для оценки ее прочности и прогнозирования несущей способности. При этом для конструкции должны быть известны характеристики материала (модуль упругости E, деформация для предела пропорциональности ε0.02 и упругости ε0.2 и т.п.).

Способ может получить широкое применение в мониторинге несущей способности конструкции промышленно-гражданских зданий, специальных сооружений (метро, мосты, атомные электростанции и др.).

Известен способ неразрушающего контроля характеристик материалов [Патент РФ №2146809], состоящий в том, что измеряют параметры магнитного поля на поверхности исследуемого объекта: измеряют абсолютную величину максимума нормальной составляющей напряженности магнитного поля и вычисляют по ней значение напряжений в конструкции. Известен также способ [Патент РФ №2146818], состоящий в том, что в исследуемом объекте возмущают ультразвуковые колебания нормальных волн, принимают прошедшие через объект колебания, измеряют их параметры, по которым оценивают величины напряжений.

Недостатком перечисленных аналогов определения напряжений в конструкции является значительный разброс экспериментальных данных, несовершенство методик пересчета скорости акустических волн и магнитных параметров в характеристики напряженного состояния конструкции и, как следствие, низкая точность и достоверность измерений.

В качестве прототипа принят способ [Патент РФ №2302610], наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту. Способ заключается в том, что на поверхности конструкции, находящейся в напряженно-деформированном состоянии, закрепляют тензорезисторы и производят измерения поверхностных деформаций, которые принимают за конечные. Затем выполняют вырезки материала вокруг тензорезисторов на глубину, соответствующую снятию напряженного состояния конструкции в точках измерения деформаций, и измеряют поверхностные деформации конструкции, которые принимают за начальные. На основании указанных начальных и конечных деформаций определяют поверхностные напряжения под нагрузкой.

Однако в прототипе присутствуют свои недостатки, а именно:

- вырезка материала в исследуемой конструкции вокруг измерительного тензорезистора нарушает целостность исследуемой конструкции. Так как исследование напряженно-деформированного состояния конструкции, как правило, проводится в наиболее нагруженных местах, то это снижает безопасность конструкции во время исследования;

- вырезка материала в исследуемой конструкции вокруг измерительного тензорезистора сложный технологический процесс. Если число мест измерений велико, то это усложняет процесс измерения.

Технический результат изобретения состоит в сохранении целостности исследуемой конструкции и упрощении процесса измерений.

Сущность предлагаемого способа измерения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок состоит в том, что в контролируемых точках на конструкции, находящейся в напряженно-деформированном состоянии, производят измерения поверхностных деформаций ε. Причем контролируемые точки выбирают таким образом, что они имеют возможность дополнительного нагружения независимо от конструкции. В контролируемых точках создают с помощью известной внешней силы P дополнительные напряжения, совпадающие по направлению с измеряемыми, ступенчато увеличивают деформацию на Δε, измеряют изменение внешней силы ΔPi. Нагружение увеличивают до тех пор, пока K = | Δ P i + 1 Δ P i 1 | * Δ ε не увеличится более значения, соответствующего нормированному отклонению от закона Гука механической характеристики материала конструкции.

Шаг дополнительных деформаций Δε выбирают достаточно малым, чтобы погрешность измерения значения K = | Δ P i + 1 Δ P i 1 | * Δ ε на участке, соответствующего закону Гука, была меньше, чем отклонение его на участке выше предела пропорциональности.

После этого нагружение прекращают, а деформацию и, соответственно, напряжения в конструкции определяют, вычитая из известного значения деформации для заранее известной механической характеристики материала конструкции измеренную дополнительную деформацию.

Для конструкций из низколегированных сталей целесообразно использовать в качестве нормированного отклонения от закона Гука предел упругости, а для конструкций из высокопрочных сталей, углепластика, чугуна - условный предел текучести, поскольку в этом случае можно снизить требования к точности измерительной аппаратуры.

Предлагаемый способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия статических нагрузок поясняется чертежами, где

- фигура 1 - диаграмма изменения дополнительного внешнего усилия P в некоторой контролируемой точке нагруженной конструкции от дополнительной деформации ε;

- фигура 2 - схема металлического коробчатого пролетного строения моста и его сечение;

- фигура 3 - пример устройства дополнительного нагружения в контролируемой точке.

На фигуре 1 представлена диаграмма загружения материала конструкции, находящейся в напряженно-деформированном состоянии от собственного веса. Точке 1 соответствует начальная определяемая величина деформации εк. С помощью внешней силы P ступенчато создают дополнительные деформации на величину Δε, совпадающие по направлению с измеряемыми. При этом измеряют также величину приращения внешней силы ΔPi. Шаг Δε выбирают малым. Для случая когда в качестве нормированного отклонения от закона Гука механической характеристики материала конструкции принимается предел пропорциональности ε0.02, погрешность измерения K = | Δ P i + 1 Δ P i 1 | * Δ ε должна быть хотя бы на порядок меньше 2*10-4.

После достижения материалом конструкции предела пропорциональности в точке 2, на следующем шаге в точке 3 величина K = | Δ P i + 1 Δ P i 1 | * Δ ε станет больше 2*10-4. Нагружение конструкции прекращают. После этого деформацию конструкции εк определяют, вычитая из известного значения деформации для предела пропорциональности ε0.02 измеренную дополнительную деформацию εиз, а напряжения в материале конструкции вычисляют по формуле σ=Е*(ε0.02из).

На фигуре 2 показан чертеж типового металлического коробчатого пролетного строения 1 моста и его сечение. Контролируемая точка выбрана на нижней поверхности нижней плиты на краю боковой полки 2. В начальный момент деформации растяжения в контролируемой точке равны деформациям всех точек нижней плиты сечения 1-1 от собственного веса, однако нижняя поверхность боковой полки 2 может быть дополнительно растянута независимо от точек середины сечения.

Способ может быть реализован, например, с помощью следующего устройства (фигура 3). Домкрат 3 с датчиком давления масла 4 установлен между полкой 2 и балкой 5 с крюками 6, зацепленными за нижнюю поверхность полки 2, на которой установлен датчик деформации 7. Выходы обоих датчиков соединены с входами вычислителя 8, управляющий выход которого соединен с управляемой насосной станцией 9 (вычислитель 8 и станция 9 изображены схематично). Под действием усилия от домкрата 3 участок полки 2 между крюками 6 изгибается, и на нижней ее поверхности возникают растягивающие напряжения, дополнительные к уже действующим от изгиба всего пролетного строения 1 моста.

Проводят измерения следующим образом. Насосная станция 11 по команде вычислителя 8 подает масло в домкрат 3 до выборки всех зазоров в конструкции, что определяется по изменению показаний датчика деформации 7. Затем давление в домкрате 3 увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута первая ступень приращения деформации Δε. После этого вычислитель определяет величину K = | Δ P i + 1 Δ P i 1 | * Δ ε по показаниям датчика 4 давления масла в домкрате 3 и датчика деформации 7. Процесс повторяется до достижения материалом полки 2 предела пропорциональности.

Проведенное авторами численное моделирование (методом конечных элементов) показало, что погрешности, связанные с двухосным напряженным состоянием полки 2 при описанном выше характере ее дополнительного нагружения, не превышают 1%.

Положительный эффект от применения предлагаемого способа определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия статических нагрузок заключается в том, что в процессе измерения не нарушается целостность исследуемой конструкции в контролируемых точках. Это повышает безопасность процесса измерений. В сравнении с прототипом процесс измерения упрощается, так как не нужно вырезать материал конструкции в контролируемых точках, а достаточно всего лишь установить устройство дополнительного нагружения.

1. Способ определения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок, состоящий в том, что в контролируемых точках на конструкции, находящейся в деформированном напряженном состоянии, производят измерения поверхностных деформаций ε, отличающийся тем, что контролируемые точки выбирают таким образом, что они имеют возможность дополнительного нагружения независимо от конструкции, в контролируемых точках создают с помощью известной внешней силы P дополнительные напряжения, совпадающие по направлению с измеряемыми, ступенчато увеличивают деформацию на Δε и измеряют изменение внешней силы ΔPi до тех пор, пока величина не увеличится более значения, соответствующего нормированному отклонению от закона Гука механической характеристики материала конструкции, после чего деформацию и, соответственно, напряжения в конструкции определяют, вычитая из известного значения деформации для заранее известной механической характеристики материала конструкции измеренную дополнительную деформацию.

2. Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия статических нагрузок по п.1, отличающийся тем, что для контролируемых точек конструкции из низколегированных сталей в качестве нормированного отклонения от закона Гука принимают предел пропорциональности.

3. Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкции без снятия статических нагрузок по п.1, отличающийся тем, что для контролируемых точек конструкции из высокопрочных сталей, углепластика, чугуна в качестве нормированного отклонения от закона Гука принимают условный предел текучести.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерения напряжения начального сдвига (пластичности) жидкостей в трубопроводе, например молока в шлангах доильного аппарата. Предложенный способ измерения напряжения сдвига столбика молока заключается в том, что предварительно устанавливается с помощью одного нагнетателя давление h1 = 20 - 25 мм водяного столба в стеклянной емкости, связанной трубопроводами с дифференциальным водяным манометром и капилляром, а трубопровод капилляра перекрыт зажимом, и с помощью второго нагнетателя всасывается в капилляр порция молока на длину столбика l0 = 1 - 2 см, после чего трубопровод перекрывается зажимом, устанавливается h2 = 25 - 30 мм водяного столба, зажим раздвигается.

Изобретение относится к редукторам дыхательных аппаратов. Редуктор содержит корпус и выполненные в нем три разделенные стенками камеры: камеру высокого давления (КВД) и камеру редуцированного давления (КРД), разделенные первой стенкой, камеру регулирования (КР), отделенную второй стенкой от КРД; седло с отверстием в первой стенке; перегородку с подвижным плунжером и клапаном, размещенным в КРД, разделяющую КР на поршневую и кольцевую полости; первый канал, соединяющий КРД с поршневой полостью КР; второй канал, соединяющий кольцевую полость КР с окружающей средой, третий канал с дросселем, соединяющий КВД с кольцевой полостью КР; обратный клапан, подсоединенный ко второму каналу.

Изобретение относится к области садоводства, а именно к средствам контроля для оценки физико-механических свойств ягод. Прибор состоит из портативного корпуса с расположенными в нем кнопками управления, буквенно-цифрового жидкокристаллического индикатора, силоизмерительного датчика, подключенного к электроизмерительному устройству, снабженному пиковым детектором и компенсатором тары, а также захвата ягод, механически соединенного с силоизмерительным датчиком через стержневой распределитель силы и выполненного в виде шарнирно соединенных неподвижной и подпружиненной подвижной захватных чашеобразных губок, и устройства управления захватом ягод, закрепленного на корпусе и кинематически связанного с хвостовиком подвижной захватной чашеобразной губки для обеспечения открывания и закрывания захватных губок.

Предлагаемое изобретение предназначено для измерения давления начала открытия предохранительных клапанов. Применение предлагаемого способа измерения давления начала открытия предохранительных клапанов обеспечивает снижение трудоемкости определения давления начала открытия предохранительных клапанов без их демонтажа с трубопровода путем измерения усилий, требуемых для открытия клапанов при двух разных давлениях в их внутренней полости и последующим вычислением давления начала открытия предохранительных клапанов по зависимостям: где: РH - давление начала открытия предохранительного клапана; Р1 - давление во внутренней полости предохранительного клапана при первом измерении его давления начала открытия; Р2 - давление во внутренней полости предохранительного клапана при повторном измерении его давления начала открытия; F1 - усилие, необходимое для открытия предохранительного клапана при первом измерении его давления начала открытия; F2 - усилие, необходимое для открытия предохранительного клапана при повторном измерении его давления начала открытия.

Изобретение относится к регуляторам потока, а именно к регуляторам потока с чашеобразной конструкцией седла. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и улучшение регулировки.

Изобретение относится к металлическим эталонным образцам со сложным напряженным состоянием, и может быть использовано для проверки и отладки существующих методов и оборудования для определения механических напряжений в сечениях толстостенных элементов металлических конструкций.

Изобретение относится к области оценки технического состояния трубопроводов и может быть использовано для определения касательных напряжений в стальных трубопроводах надземной прокладки.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении закалочных остаточных напряжений в деталях и заготовках. Заявленный способ определения закалочных остаточных напряжений включает закалку образцов и определение закалочных остаточных напряжений, при этом из тонких пластин одинакового размера, предварительно пронумерованных и размеченных, формируют пакет, подвергают его закалке, после чего измеряют деформации изгиба пластин в двух плоскостях, по которым рассчитывают закалочные остаточные напряжения.
Изобретение относится к определению напряженно-деформированного состояния металлических конструкций высокорисковых объектов нефтяной, газовой и химической отраслей промышленности, систем транспорта и переработки нефти и газа с помощью тензочувствительных хрупких покрытий, что позволяет получить наглядную картину наибольшей концентрации напряжений, получить данные для оценки и прочности потенциально опасных объектов.

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций в условиях однородных деформационных полей в процессе прочностных испытаний.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: в выходную диагональ мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαт, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: в выходную диагональ мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαm, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство для измерения динамических деформаций содержит измерительные тензорезисторы, опорные резисторы, усилитель, электронно-вычислительную машину с программным обеспечением, источник постоянного напряжения, эталонный резистор, коммутатор, блок управления, аналоговую программируемую многофункциональную плату с программным обеспечением, подключенную к ЭВМ.

Изобретение относится к способу измерения прогиба металлических, деревянных и других по материалу балок при поперечном изгибе от эксплуатационной нагрузки и других причин в процессе эксплуатации балки.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций немагнитных материалов. Способ измерения деформаций из немагнитных материалов характеризуется тем, что на поверхности или внутри объекта размещают постоянные дипольные источники магнитного поля, например на основе магнитов из сплава неодим-железо-бор, при этом для вычисления параметров линейной (вдоль прямой линии) деформации используют как минимум два магнита не лежащие в одной точке, для вычисления параметров плоской деформации - минимум три магнита, не лежащие на одной прямой, для вычисления параметров объемной деформации - минимум четыре магнита, не лежащие в одной плоскости.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения деформаций и напряжений на поверхности деталей машин, подвергающихся циклическому нагружению.

Использование: для определения параметров высокоскоростного движения метательных тел, например измерения перегрузок, скорости соударения, и для исследования параметров динамического деформирования металлических материалов в авиационной и космической технике. Сущность изобретения заключается в том, что при регистрации электромагнитного поля, возникающего при динамическом деформировании тел, полезный сигнал регистрируют, используя исследуемый образец, подключенный через коаксиальное соединение к устройству измерения, при этом исследуемый образец является первичным физическим преобразователем ударного воздействия в полезный сигнал. Технический результат: обеспечение возможности прямого измерения без больших инструментальных и статистических погрешностей. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх