Способ измерения длины трещины и скорости ее развития в изгибаемых и растягиваемых элементах конструкций

Использование: для контроля за трещинами. Сущность изобретения заключается в том, что на расстоянии 10-20 мм от сечения элемента, в котором располагается трещина, наклеивают тензорезисторы справа и слева от трещины на обеих боковых стенках элемента таким образом, чтобы 2-3 тензорезистора располагались по длине трещины перпендикулярно трещине, и 2-3 тензорезистора располагались выше видимой вершины трещины. Затем измеряют электрические сопротивления тензорезисторов, после чего нагружают или разгружают элемент экспериментальной нагрузкой и вновь измеряют электрические сопротивления тензорезисторов, а относительные деформации вычисляют по определенному математическому выражению. Полученные значения относительных деформаций показывают на эпюре деформаций εi по высоте поперечного сечения элемента с обеих сторон от трещины для каждой боковой стенки элемента. Через вершины ординат деформаций перпендикулярно к боковым стенкам элемента проводят прямые до их пересечения со стенками и измеряют расстояние от этих точек пересечения до стенки элемента, с которой начинается трещина. По измеренным на эпюрах εi расстояниям с учетом масштабов вычисляют значения длин трещины l`тр и l``тр на поверхностях боковых стенок элемента и среднюю длину трещины. По результатам 3-5 измерений длины трещины lтр в начальный момент времени и через некоторое время t определяют скорость роста трещины под нагрузкой. Технический результат: повышение точности определения длины трещины в строительных конструкциях. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю за трещинами и может быть использовано при обследованиях и мониторинге строительных, машиностроительных и других конструкций на стадии эксплуатации.

Известен способ определения длины трещины в балке [1], заключающийся в том, что в эталонной и исследуемой балке возбуждаются собственные изгибные колебания, затем измеряют первые три частоты эталонной Ω1, Ω2, Ω3 и исследуемой балок , , . Затем из частотного уравнения, составленного для модельной балки без трещины, определяют значения ее первых трех частот ω1, ω2, ω3 собственных колебаний, отношение значений соответствующих частот колебаний модельной и эталонной балок без трещин находят три частотных коэффициента k1, k2, k3 корректировки модели: kiii, умножают измеренные значения первых трех частот собственных колебаний исследуемой балки с раскрытой трещиной на соответствующие частотные коэффициенты корректировки и находят именно те значения первых трех частот собственных колебаний, которые используют в частотном уравнении модельной балки с надрезом для вычисления его координаты, глубины и длины, которые соответствуют координате, длине и глубине раскрытой трещины консольной упругой балки.

Недостатком данного способа является большая трудоемкость расчетов и техники применения способа, а также необходимость наличия эталонных балок, что затрудняет использование данного метода, особенно в эксплуатируемых конструкциях.

Известен способ определения глубоких трещин в бетонных и железобетонных конструкциях [2], заключающийся в том, что устанавливают излучатель и приемник ультразвуковых колебаний (УЗК) на одинаковом расстоянии от оси трещины, а в ненарушенной части балки или стержня - на фиксированной базе. Учет времени распространения ультразвуковой волны, огибающей трещину, и среднего времени распространения продольных волн УЗК в ненарушенном бетоне или металле балки (на фиксированной базе), а также определение средней скорости продольных волн в ненарушенном бетоне или металле осуществляют при отрицательных температурах окружающей среды, причем устанавливают среднюю влажность ненарушенного бетона и среднюю влажность бетона в зоне трещины на участке установки излучателя и

приемника УЗК. Глубину трещин в бетоне с учетом реальной влажности и размеров кристаллов льда в его порах определяют расчетом из выражения:

,

где h - глубина трещины в бетоне, мм; С - средняя скорость распространения продольных волн УЗК в ненарушенном бетоне, км/с; t1 - время распространения волны, огибающей трещину, мкс; t - среднее время распространения продольных волн УЗК на длине фиксированной базы в ненарушенном бетоне, мкс; W - средняя влажность ненарушенного бетона, мас. %; W1 - средняя влажность бетона в зоне трещины на участке установки излучателя и приемника УЗК, мас. %.

Недостатком данного метода является то, что неоднородность металла в металлической балке, а в железобетонных балках - наличие арматуры и неоднородностей в составе бетона будут влиять на скорость распространения продольных волн УЗК, что скажется на точности определения длины трещины в балке.

Известен способ определения длины трещины [3], заключающийся в том, что от стабилизированного источника питания через токопроводящие контакты, расположенные на продольной оси образца, к образцу с центральной трещиной длиной 2l0 подводят постоянный ток. По краям трещины с обеих сторон устанавливают потенциальные контакты. Нагружают образец силой F. Измеряемые разности потенциалов снимаются одновременно со всех пар контактов и подаются на коммутатор, затем усиливаются усилителем и подаются на регистрирующее устройство. По величине измеренных разностей потенциалов находят приращения длины трещины с каждой стороны Δli. На модельном геометрически подобном образце с трещиной длиной устанавливают потенциальные контакты. Увеличивают длину трещины на заданную величину, выполняя пропил или разрез с каждой стороны, равный Δli. По описанной схеме выполняют измерение разностей потенциалов и вычисляют значения тарировочных коэффициентов с учетом измерения длины трещины с каждой стороны.

Недостатками данного способа являются большая трудоемкость проведения испытаний и сложность вычислений, а также необходимость наличия индивидуальных модельных образцов, точно повторяющих геометрические и физические характеристики исследуемых объектов.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ контроля трещин [4], заключающийся в том, что на поверхности металлического элемента в области трещины предварительно наклеивают датчик деформаций интегрального типа (ДДИТ), который охватывает вершину трещины и прилегающую к ней зону. В результате нагружения элемента развивается трещина с микросдвигами металла, которые проявляются на датчике ДДИТ, но более четко информацию с ДДИТ снимают бесконтактным методом с помощью микроскопа МБС-9 и компьютера, что позволяет наблюдать за состоянием металла в вершине трещины.

Недостатком описанного способа является то, что он не фиксирует вершину трещины, а фиксирует повреждаемость металла при вершине трещины в виде поля деформаций (локальных темных участков).

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности определения длины трещины, снижение трудоемкости определения длины трещины и определение скорости развития трещины в строительных конструкциях.

Описание иллюстраций:

Фиг. 1 - Схема установки тензорезисторов.

Фиг. 2 - Определение длины трещины по эпюрам деформаций.

Фиг. 3 - Определение длины трещины в железобетонных конструкциях.

Предлагаемый способ измерения длины трещины и скорости ее развития в изгибаемых и растягиваемых элементах конструкций осуществляется следующим образом. На расстоянии 10-20 мм от сечения элемента, в котором располагается трещина, наклеивают тензорезисторы с базой 5-20 мм для металлических элементов и растягиваемых элементов, и с базой 20-50 мм для бетонных и железобетонных элементов справа и слева от трещины на обеих боковых стенках элемента таким образом, чтобы 2-3 тензорезистора располагались по длине трещины перпендикулярно трещине, и 2-3 тензорезистора располагались выше видимой вершины трещины (фиг. 1). Расстояние между тензорезисторами берут равным 30-50 мм. Затем измеряют электрические сопротивления тензорезисторов, после чего нагружают или разгружают элемент экспериментальной нагрузкой F, по значению не превышающей предельную нагрузку на элемент по критерию прочности материала или по допустимому прогибу элемента, вычисленную теоретически (с учетом трещины), и вновь измеряют электрические сопротивления тензорезисторов, а относительные деформации вычисляют по формуле:

где k - коэффициент тензочувствительности тензорезисторов; R0i - начальное электрическое сопротивление i-го тензорезистора до нагрузки (разгрузки); R1i - электрическое сопротивление i-го тензорезистора после нагрузки (разгрузки). Для статистики пробную нагрузку прикладывают 3-5 раз и каждый раз измеряют R0i, R1i и εi.

Полученные средние значения относительных деформаций показывают на эпюре деформаций εi по высоте поперечного сечения элемента с обеих сторон от трещины для каждой боковой стенки элемента (фиг. 2). Через вершины ординат деформаций перпендикулярно к боковым стенкам элемента проводят

прямые до их пересечения со стенками и измеряют расстояние от этих точек пересечения до стенки элемента, с которой начинается трещина. По измеренным на эпюрах εi расстояниям с учетом масштабов вычисляют значения длин трещины и на поверхностях боковых стенок элемента и среднюю длину трещины:

По результатам 3-5 измерений длины трещины lmp в начальный момент времени и через некоторое время t определяют скорость роста трещины под нагрузкой по формуле:

где lmp(t) - длина трещины через некоторое время t; lmp(0) - длина трещины в начальный момент времени.

В железобетонных элементах измеряют деформации только в растянутой зоне бетона, т.к. в сжатой зоне эпюра деформаций в зависимости от значения нагрузки может быть криволинейной, и тензорезисторы наклеивают на поверхность бетона растянутой зоны на расстоянии от рабочей арматуры 2-3 диаметра арматуры d для исключения ее влияния на местную деформацию бетона.

Литература

1. Патент №2416091 РФ МПК G01N 19/08, 2011 г.

2. Патент №2279069 РФ. МПК G01N 29/07, 2005 г.

3. Патент №1502958 СССР. МПК G01B 7/00, 1989 г.

4. Троценко Д.А., Зайцев А.Н., Давыдов А.К. Метод контроля усталостных трещин

// СПб ГПУ Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения. Труды VI Международной конференции. СПб ГПУ, 2005, с. 400-401.

1. Способ измерения длины трещины и скорости ее развития в изгибаемых и растягиваемых элементах конструкций, отличающийся тем, что на расстоянии 10-20 мм от сечения элемента, в котором располагается трещина, наклеивают тензорезисторы с базой 5-20 мм для металлических элементов и растягиваемых элементов, и с базой 20-50 мм для бетонных и железобетонных элементов справа и слева от трещины на обеих боковых стенках элемента таким образом, чтобы 2-3 тензорезистора располагались по длине трещины перпендикулярно трещине, и 2-3 тензорезистора располагались выше видимой вершины трещины; расстояние между тензорезисторами берут равным 30-50 мм; затем измеряют электрические сопротивления тензорезисторов, после чего нагружают или разгружают элемент экспериментальной нагрузкой F, по значению не превышающей предельную нагрузку на элемент по критерию прочности материала или по допустимому прогибу элемента, вычисленную теоретически (с учетом трещины), и вновь измеряют электрические сопротивления тензорезисторов, а относительные деформации вычисляют по формуле:

где k - коэффициент тензочувствительности тензорезисторов; R0i - начальное электрическое сопротивление i-го тензорезистора до нагрузки (разгрузки); R1i - электрическое сопротивление i-го тензорезистора после нагрузки (разгрузки); для статистики пробную нагрузку прикладывают 3-5 раз и каждый раз измеряют R0i, R1i и εi; полученные средние значения относительных деформаций показывают на эпюре деформаций εi по высоте поперечного сечения элемента с обеих сторон от трещины для каждой боковой стенки элемента; через вершины ординат деформаций перпендикулярно к боковым стенкам элемента проводят прямые до их пересечения со стенками и измеряют расстояние от этих точек пересечения до стенки элемента, с которой начинается трещина; по измеренным на эпюрах εi расстояниям с учетом масштабов вычисляют значения длин трещины и на поверхностях боковых стенок элемента и среднюю длину трещины:

по результатам 3-5 измерений длины трещины lmp в начальный момент времени и через некоторое время t определяют скорость роста трещины под нагрузкой по формуле:

где lmp(t) - длина трещины через некоторое время t; lmp(0) - длина трещины в начальный момент времени.

2. Способ определения длины трещины по п. 1, отличающийся тем, что в железобетонных элементах измеряют деформации только в растянутой зоне бетона, т.к. в сжатой зоне эпюра деформаций в зависимости от значения нагрузки может быть криволинейной, и тензорезисторы наклеивают на поверхность бетона растянутой зоны на расстоянии от рабочей арматуры 2-3 диаметра арматуры для исключения ее влияния на местную деформацию бетона.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в системе управления электрогидравлических и электромеханических приводов летательных аппаратов.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерений перемещений элементов конструкции. Сущность: датчик снабжен двумя диэлектрическим основаниями, подвижно соединенными между собой двумя упругими элементами, между которыми вдоль продольных осей оснований на поверхности первого основания расположен первый контактный элемент, выполненный в виде зигзагообразного печатного проводника из материала с высоким удельным сопротивлением, и второй контактный элемент, выполненный в виде токопроводящей упругой пластины, один конец которой жестко закреплен на изоляционной поверхности первого основания со стороны первого конца печатного проводника.

Использование: для изготовления датчиков деформации, силы, давления, перемещения, вибрации. Сущность изобретения заключается в том, что тензорезистор включает диэлектрическую подложку с нанесенной тензочувствительной пленкой из Sm1-xEuxS, где 0,22≤x≤0,5.

Использование: для контроля линейных перемещений. Сущность изобретения заключается в том, что потенциометрический датчик линейных перемещений содержит подвижную каретку с двумя токосъемниками, которая перемещается по двум направляющим под воздействием уплотненного по наружной поверхности штока, соединенного с контролируемым объектом, и корпуса с двумя резистивными элементами, при этом в нем подвижная каретка с двумя токосъемниками связана механически со штоком посредством безлюфтового развязывающего узла, повышающего надежность и позволяющего более точно преобразовать величину линейного перемещения контролируемого объекта в изменение значения сопротивления потенциометрического датчика линейного перемещения с нормализованным усилием страгивания на большем рабочем ходе и с обеспечением защиты от влаги и посторонних частиц.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений. Основная область применения: датчики положения в системах магнитного подвеса ротора.

Группа изобретений относится к измерительной технике. Сущность: определяют значения активной и индуктивной компонент напряжения на обмотке датчика в широком диапазоне частот.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой систему измерения положения и предназначено для определения экстремального положения (xmin, xmax) управляющих стержней ядерной энергетической установки.

Предложенный способ относится к изготовлению инструмента измерительной техники для исследований профилей топографических особенностей гладкой поверхности - ступенчатого высотного калибровочного стандарта для профилометрии и сканирующей зондовой микроскопии.

Изобретение относится к устройству (102), сконфигурированному для измерения геометрии мениска (132) текучей среды и реализуемому им способу измерения геометрии мениска.

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и автоматики и может быть использовано в датчиках, обеспечивающих измерение различных физических величин.

Изобретение относится к общей области осаждения керамических покрытий, создающих термические барьеры, на детали горячей части газовых турбин, таких, например, как турбореактивные двигатели. Способ оценки для оценки толщины керамического покрытия, создающего термический барьер, которое должно осаждаться с помощью физического осаждения из паровой фазы по меньшей мере из одной мишени (2) на деталь горячей части газовой турбины (3A), установленную на опорном приспособлении, при этом способ включает: стадию (E10) цифрового моделирования геометрической формы детали горячей части и ее перемещений по отношению к мишени; стадию (E20) представления моделируемой детали горячей части как поверхностной сетки и стадию (E50) оценки по меньшей мере для одного элемента сетки детали горячей части, экспонируемой для излучения от мишени во время осаждения покрытия, толщины покрытия, которое должно осаждаться на указанном элементе сетки в данный момент времени, с использованием модели излучения, моделирующей излучение от мишени, и с учетом положения указанного элемента сетки в этот момент времени по отношению к мишени. Технический результат – упрощение способа оценки толщины покрытия в большем количестве точек. 5 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных перемещений и вибраций различных механических узлов и оборудования. Датчик линейных перемещений содержит основную измерительную обмотку для регистрации линейных перемещений контролируемого объекта, выполненную диаметром провода 0,1 мм, и дополнительно для измерения вибраций в корпус датчика включен дополнительный измерительный узел, расположенный на противоположном конце каркаса выдвижного штока, содержащий второй ферромагнитный сердечник на тяге выдвижного штока, измерительную обмотку диаметром провода 0,06 мм на фторопластовой втулке, по бокам которой закреплены ограничительные шайбы, через винтовые соединения соединяющие между собой металлический утяжелитель, имеющий небольшой зазор с двумя боковыми пружинами сжатия малой жесткости, опирающимися на опорные шайбы, закрепленные на каркасе выдвижного штока. Технический результат – повышение точности измерений. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения движущихся металлических частей роторных машин в энергетике, турбонасосных агрегатов в нефтегазовой промышленности и других областях. Измеритель линейных перемещений содержит дифференциальный вихретоковый преобразователь, параллельно обмотке возбуждения которого подключен конденсатор, образующий с обмоткой возбуждения параллельный резонансный LC–контур, а также индикатор и генератор. Измерительные обмотки дифференциального вихретокового преобразователя подключены через первый и второй выпрямители соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя. Дополнительно введены источник тока, амплитудный детектор, масштабный усилитель, второй индикатор, блок сравнения и вычисления. Технический результат: повышение точности измерения перемещения и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения продольного и поперечного перемещений контролируемого объекта. 2 ил.

Изобретение может быть использовано для определения взаимного положения между двумя объектами, в частности для определения взаимного положения между клапаном и седлом клапана в двигателе внутреннего сгорания. Способ определения взаимного положения между первым корпусом и катушкой осуществляется при помощи узла датчика положения. Узел датчика положения содержит первый корпус, катушку (11), блок управления и цепь (12) датчика. Первый корпус является взаимно перемещаемым в осевом направлении относительно катушки (11). Цепь (12) датчика содержит компаратор (15), соединенный с первым ответвлением, содержащим катушку (11), выключатель (16) питания и эталонное сопротивление (18), соединенные последовательно друг с другом. Компаратор (15) выполнен с возможностью получения и сравнения мгновенного измерительного напряжения через эталонное сопротивление (18) и мгновенного опорного напряжения, генерирования изменения состояния цифрового выходного сигнала на основе взаимного соотношения между измерительным напряжением и опорным напряжением. Способ заключается в том, что посылают восходящую ветвь импульса цифрового входного сигнала от блока управления к выключателю (16) питания для создания изменения состояния выключателя (16) питания от разомкнутого к замкнутому. В блоке управления обнаруживают первое изменение состояния выходного сигнала от компаратора (15). Определяют взаимное положение между первым корпусом (10) и катушкой (11) на основе временной задержки между восходящей ветвью импульса входного сигнала и первым изменением состояния выходного сигнала. Способ может заключаться и в том, что в блоке управления могут обнаруживать второе изменение состояния выходного сигнала. Могут определять взаимное положение между первым корпусом (10) и катушкой (11) на основе задержки между первым изменением состояния выходного сигнала и вторым изменением состояния выходного сигнала. Раскрыт узел датчика положения. Технический результат заключается в повышении точности определения взаимного положения между двумя объектами и в снижении потребления энергии. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых деформаций. Сущность изобретения заключается в том, что в опорной части подставок тензометра размещены магниты, обращенные друг к другу одноименными полюсами. Упругая вставка выполнена в виде нескольких соединенных между собой П-образных элементов, образованных вертикальными несквозными вырезами, направленными встречно, при этом рабочий зазор между подставками выполнен состоящим из нескольких вертикальных несквозных вырезов между П-образными элементами, а суммарная ширина этих вырезов составляет не менее 1/3 измерительной базы тензорезисторов, которые наклеены на верхние поверхности П-образных элементов, а фиксирующий элемент выполнен в виде плоской перемычки, установленной на торцевых поверхностях подставок и закрепленной на них посредством винтов. Технический результат – упрощение и ускорение его монтажа и демонтажа, исключение потери устойчивости тензорезисторов при деформациях сжатия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам проверки работоспособности и настройки внутритрубных инспекционных приборов и может быть использовано для испытаний с целью утверждения типа средства измерений, калибровки и поверки внутритрубных инспекционных приборов на трубопроводном испытательном полигоне. Заявленный метрологический полигон включает в себя испытательный стенд трубопроводного полигона, состоящий из нескольких кольцевых петель разного диаметра, имитирующих участки магистрального трубопровода, и программно-аппаратный комплекс обработки информации, при этом испытательный стенд включает в себя съемные трубные элементы, являющиеся мерами моделей дефектов, причем съемные трубные элементы состоят из участков, которые соединены сварными швами, являющимися маркерами начала и конца каждого участка, при этом участок является зоной измерений и на нем нанесены искусственные дефекты, а съемные трубные элементы выполнены с возможностью определения типа внутритрубного инспекционного прибора как средства измерений, а программно-аппаратный комплекс обработки информации выполнен с возможностью утверждения типа внутритрубного инспекционного прибора как средства измерений и включает в себя блок по поверке и испытаниям внутритрубных инспекционных приборов и блок по калибровке внутритрубных инспекционных приборов. Техническим результатом заявленного изобретения является расширение функциональных возможностей трубопроводного испытательного полигона за счет того, что обеспечены условия для проведения метрологических работ для испытаний с целью утверждения типа средства измерений, калибровки и поверки внутритрубных инспекционных приборов как средства измерения на трубопроводном испытательном полигоне. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерений параметров неравномерных магнитных полей, в частности градиента магнитной индукции или напряженности. Градиентометр напряженности магнитного поля содержит возбуждаемые этим полем два преобразователя, размещенные на базовом между собой расстоянии и вдоль магнитного поля, выходные цепи которых подключены к блоку обработки сигналов, при этом упомянутые преобразователи выполнены в виде параллельно ориентированных полупроводниковых стержневых элементов с двумя торцевыми токовыми контактами каждый, присоединенными к источнику напряжения постоянного тока, и с расположенными на их боковых поверхностях потенциальными электродами, подключенными к блоку обработки сигнала в виде последовательно соединенных блоков вычитания частот и регистрации. Технический результат – повышение чувствительности устройства, улучшение технологичности его изготовления. 1 ил.

Использование: для контроля за трещинами. Сущность изобретения заключается в том, что на расстоянии 10-20 мм от сечения элемента, в котором располагается трещина, наклеивают тензорезисторы справа и слева от трещины на обеих боковых стенках элемента таким образом, чтобы 2-3 тензорезистора располагались по длине трещины перпендикулярно трещине, и 2-3 тензорезистора располагались выше видимой вершины трещины. Затем измеряют электрические сопротивления тензорезисторов, после чего нагружают или разгружают элемент экспериментальной нагрузкой и вновь измеряют электрические сопротивления тензорезисторов, а относительные деформации вычисляют по определенному математическому выражению. Полученные значения относительных деформаций показывают на эпюре деформаций εi по высоте поперечного сечения элемента с обеих сторон от трещины для каждой боковой стенки элемента. Через вершины ординат деформаций перпендикулярно к боковым стенкам элемента проводят прямые до их пересечения со стенками и измеряют расстояние от этих точек пересечения до стенки элемента, с которой начинается трещина. По измеренным на эпюрах εi расстояниям с учетом масштабов вычисляют значения длин трещины l`тр и l``тр на поверхностях боковых стенок элемента и среднюю длину трещины. По результатам 3-5 измерений длины трещины lтр в начальный момент времени и через некоторое время t определяют скорость роста трещины под нагрузкой. Технический результат: повышение точности определения длины трещины в строительных конструкциях. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх