 |
Метод голографической интерференции
|
|
|
|
С появлением лазеров стало возможным исследовать деформации в нагруженных телах с помощью методов голографии.
Голографические методы позволяют определять характеристики нагруженности деталей, а также их формы колебаний.
Метод тензометрирования
Деформацию твердых тем, вызываемую внешними силами, определяют приборами, называемыми тензометрами, а процесс замера деформаций с их помощью называется тензометрированием.
Тензодатчики определяются своей универсальностью: помимо своего основного назначения, заключающегося в определении напряжений, они позволяют измерять нагрузку, крутящий момент, давление, вибрацию и многие другие физические величины.
Проволочный тензодатчик сопротивления сам по себе настолько прост, что многие инженеры недооценивают необходимость приобретения достаточных знаний и опыта для правильного использования тензодатчиков.
Иногда можно встретить инженеров, пытающихся, например, вывести заключение о напряжениях в хрупком материале по показаниям единственного тензодатчика, расположенного в направлении максимального растягивающего напряжения на поверхности с двумерным деформированным состоянием.
Таким путем нельзя получить достаточных сведений о деформации, позволяющих определить величину главного максимального напряжения.
Наряду с теоретическими положениями, определяющими применение тензодатчиков вообще, существуют еще и практические способы лабораторного использования наклеиваемых тензодатчиков и их защиты от вредного воздействия внешних факторов, таких как высокая температура или очень низкая, влажность и др.
Процесс экспериментального анализа напряжений с помощью тензодатчиков предполагает три этапа.
|
|
|
Первый – выбор подходящего тензодатчика и его наклейка в точно заданном направлении;
Второй – использование соответствующих приборов для получения электрических сигналов, пропорциональных измеряемой деформации (коэффициент пропорциональности устанавливается тарировкой);
Третий – анализ деформаций и их перевод в напряжения.
Недостаток внимания и точности на любом из этих этапов может полностью обесценить экспериментальные данные и даже повести к опасным выводам.
По относительных изменениям длины базы тензометра можно при определенных условиях определять величину напряжения.
Зависимость между напряжением растяжения или сжатия σ [кг/мм2 в системе техн. и МПа в системе СИ] и относительной деформации ε для большинства металлов в области упругих деформаций определяется уравнением (закон Гука):
σ = Eε,
где Е – модуль упругости.
Математическая формулировка этого закона дана Юнгом. Область, в которой закон Гука действителен, по существу, ограничена степенью точности, с которой экспериментально определяется предел пропорциональности.
Вне этой области связь между деформацией и напряжением более сложна. Предел пропорциональности некоторых материалов, например, чугуна или меди, очень низок, т.е. при малых величинах напряжений зависимость между деформацией и напряжением нелинейна.
Выше предела пропорциональности измеренные деформации всех материалов представляют собой сумму упругих и пластических деформаций. Тензометрически, т.е. по замеренным деформациям, можно определить напряжения и в этих случаях, но зависимость между деформациями и напряжениями должна быть установлена экспериментально, т.е. тарировкой.
В настоящее время существует множество типов тензометров, которые могут быть классифицированы по различным признакам.
С точки зрения применимости одним из факторов оценки является быстрота изменения измеряемого напряжения.
|
|
|
Исследование явлений, изменяющихся медленно, производится на основе статических испытаний (статическое тензометрирование).
Измерения, при которых определяемые величины изменяются во время наблюдения сравнительно быстро, относытся к динамическим испытаниям (динамическое тензометрирование).
При выборе типа тензометра необходимо выяснить, что требуется установить путем испытаний – максимальную величину деформации или ее изменение во времени. В большинстве случаем приборы для динамических измерений можно использовать также и для статических измерений. Однако приборы для статических измерений не используются для динамических. Приборы для динамических измерений должны иметь регистрирующие устройства, а при статических достаточно иметь индикаторы для отсчета показаний измеряемых величин.
В зависимости от длины базы различают тензометры с короткой базой (до 5 мм), со средней базой (до 20 мм) и с длинной базой (>50 мм).
Тензометры бывают с прямым отсчетом – такие, у которых деформация указывается на шкале, расположенной вблизи базы.
Тензометры с дистанционным отсчетом показаний – шкала отделена от базы.
Другие обычно используемым критерием оценки тензометров является метод измерения длины базы тензометра. По применяемым методам измерений тензометры можно разделить на следующие группы:
1) механические;
2) пневматические;
3) акустические;
4) оптические;
5) электрические;
6) комбинированные из типов 1-5.
В каждой из этих групп можно провести дальнейшее деление, которым уточняется способ измерения в данной области.
Например, электрические тензометры можно разделить еще на тензометры сопротивления индуктивные, емкостные, фотоэлектрические и др.
В идеальном случае тензодатчик должен обладать следующими качествами:
1) очень малыми размерами;
2) незначительной массой;
3) способностью легко прикрепляться к исследуемому объекту;
4) высокой чувствительностью к деформации;
5) быть изолированными от воздействия температуры, вибрации, влажности и других условий, встречающихся при испытании деталей двигателей в рабочих условиях;
|
|
|
6) способностью реагировать на статическую и динамическую деформацию;
7) возможностью дистанционного наблюдения за показаниями и записью их;
8) низкой стоимостью;
9) возможностью измерения на очень малой длине в труднодоступных местах.
Пока еще не существует прибора, полностью удовлетворяющего всем указанным требованиям.
Проволочные тензодатчики далеки от идеального, особенно в отношении требований 3, 4, 5 и 9, но они все же значительно лучше остальных и в основном применяют именно такие.
Для применения в различных условиях созданы многочисленные типы тензодатчиков, которые отличаются в основном клеем и тензочувствительной проволокой.
Для датчиков, предназначенных для измерений при температуре не выше 80 0С, удовлетворительные результаты дает использование термопластического клея (например, целлулоида, растворенного в ацетоне); при температурах 150…200 0С – клея, твердеющего при нагревании (фенольной смолы).
При температуре, превышающей 200 0С, необходимо применять специальные керамические цементы.
Для измерения статических деформаций применяются датчики типа А с проволокой из сплава адванс, потому что он имеет низкий температурный коэффициент сопротивления.
Динамические деформации измеряются при помощи датчиков типа С с проволокой из изоэластика с высоким коэффициентом тензочувствительности.
Обычный тензодатчик имеет одну проволочную решетку. Для измерения деформаций в сложных деталях применяются многорешетчатые датчики, называемые розетками. Эти тензодатчики имеют три или четыре отдельные решетки, расположенные под различными углами друг к другу. По деформации всех решеток можно вычислить истинные величины и направления главных деформаций на поверхности детали.
|
|
|
