Экспериментальное определение деформаций и напряжений
Для экспериментального определения деформаций и напряжений в элементах конструкций используются различные методы, в том числе рентгеновский, поляризационно-оптический, электрические, механические. В эксперименте, как правило, непосредственно определяются деформации конструкции; напряжения находятся через деформации на основе закона За пределами упругих деформаций напряжения обычно не определяются. Большое распространение при исследовании деформаций и напряжений получили электрические тензометры сопротивления, называемые тензорезисторами. Действие тензорезистора основано на явлении изменения электрического сопротивления металлов и полупроводников при их деформации. Чувствительные элементы тензорезистора могут быть выполнены в виде петлеобразной решетки из тонкой проволоки (рис. 9а) или фольги (рис. 9б), а также в виде монокристалла полупроводника (рис.9в). Такой элемент прикрепляется к основе из изоляционного материала (бумага, ткань, лаковая пленка и др.) с помощью клея или цемента. На поверхности исследуемого объекта тензорезистор (его основу) закрепляют также с помощью клея. Таким образом решетка тензорезистора оказывается механически связанной с поверхностью объекта и полностью воспринимает его деформации растяжения или сжатия. Рис. 9
Длина петли lб, на которой замеряется деформация ∆l, определяет базу тензорезистора. Он наклеивается на поверхность детали так, чтобы база lб совпадала с направлением определяемой деформации. В результате деформации проволоки тензорезистора изменяется её дайна l, поперечное сечение F и удельное сопротивление ρ, что приводит к изменению омического сопротивления R. (R= ρ
Рис. 10
Опыт показывает, что относительное изменение омического сопротивления проволоки
где k - коэффициент тензочувствительности проволоки - безразмерная величина, зависящая от физических свойств материалов. Для изготовления проволочных тензорезисторов применяются материалы, имеющие высокий коэффициент тензочуветвительности k и малый температурный коэффициент сопротивления (ТКС), при котором влияние колебаний температур на показания прибора будет невелико. Наиболее употребительным материалом является константановая проволока диаметром 20-30 мкм и k=2,0-2.1. У проволочных тензорезисторов вследствие закруглений на концах петель обнаруживается чувствительность не только к продольным, но и к поперечным деформациям и Величина Проволочные тензорезисторы, выпускаемые нашей промышленностью, имеют базу от 2 до 100 мм, электрическое сопротивление от 20 до 400 ом, номинальный рабочий ток при наклейке на металлическую деталь составляет 30 та. Фольговый тензорезистор имеет решетку, изготовленную из тонкой фольги толщиной 10 - 12 мкм. Благодаря большой площади контакта полосок фольгового тензорезистора с поверхностью детали, его теплоотдача значительно выше чем у проволочного, что позволяет увеличить силу тока, протекающего через резистор до 0,5 А и тем самым повысить чувствительность преобразователя. Другим преимуществом фольговых тензорезисторов является возможность изготовления решеток сложного профиля, которые наиболее полно удовлетворяют условиям измерений.
Полупроводниковые тензорезисторы изготавливают из монокристалла кремния или германия. Они по сравнению с проволочными и фольговыми имеют ряд существенных преимуществ: чувствительность их в 50 - 60 раз превышает чувствительность проволочных, размеры существенно меньше, а высокий уровень выходного сигнала тензорезистора в ряде случаев не требует применения сложных и дорогих усилителей. Основным отличием полупроводниковых тензорезисторов от проволочных является большое (до 50 %) изменение сопротивления тензообразователя при деформации. К недостаткам полупроводниковых тензорезисторов следует отнести их малую механическую прочность и Гибкость. Большую тензочувствительность этих тензорезисторов реализовать оказывается довольно сложно из-за нелинейности характеристики и существенного разброса характеристик от образца к образцу. Конструкция полупроводниковых тензорезисторов показана на рис.9в. Изменение омического сопротивления тензорезисторов, вызванное деформацией, определяется от миллиом до десятых долей ома, что требует применения чувствительной измерительной аппаратуры. Дня измерения таких небольших колебаний сопротивлений используют мостовую схему (рис.11). Тензорезистор включают в одно из плеч этого моста. В диагональ моста включается чувствительный гальванометр Г. Под балансом моста понимается такой подбор резисторов R1, R2, R3 и R4, когда ток в диагонали отсутствует и гальванометр показывает нулевой отсчет. Для этого необходимо соблюдение равенства R1*R3= R2 * R4. Перед испытанием мост балансируют, регулируя резисторы Rз и R4. Деформация, полученная активным тензорезистором в ходе испытания, приводит к изменению R1, вызывающему разбаланс моста, величина которого регистрируется отклонением стрелки гальванометра. Применяют два метода отсчета при измерениях: метод непосредственного отсчета и нулевой метод. Рис. 11
По методу непосредственного отсчета деформация ε определяется как величина, пропорциональная показанию гальванометра. Этот метод находит применение при записи динамических процессов. По нулевому методу стрелка гальванометра после отклонения, полученного вследствие измеряемой деформации, приводится вновь на нуль путем дополнительного изменения сопротивления R3 или R4. Деформация ε при этом определяется как величина, пропорциональная этому дополнительному изменению сопротивления. Нулевой метод применяют при статических испытаниях. Колебания температуры весьма заметно изменяют сопротивление тензорезисторов. Дня устранения этого влияния температуры на результаты измерений в качестве R 2 применяют тензорезистор температурной компенсации, сопротивление которого равно R1. Будучи наклеен на пластинку из такого же материала, что и деталь, тензорезистор закрепляется на детали рядом с тензорезистором R1; этим обеспечиваются одинаковые температурные условия для обоих тензорезисторов. Одновременное и одинаковое изменение сопротивлений R1 и R2 из-за температуры не нарушает условие баланса моста и делает аппаратуру нечувствительной к колебаниям температуры.
Как указывалось выше, с помощью тензорезистора непосредственно замеряется абсолютное удлинение ∆l на длине базы lб и по её направлению. Отношение σ =Еε. Практически при линейном напряженном состоянии напряжения получаются в результате умножения показания прибора η на цену его деления Кσ. σ=Кσ η В этом случае ε и σ прямо пропорциональны друг другу и отличаются лишь масштабом. При плоском напряженном состоянии определяются обычно главные нормальные напряжения σ max и σmin, которые выражаются через деформации по формулам: Если бы были известны направления главных деформаций
εz1 = εzcos2 ϴ + εsin2 ϴ + а главные деформации и их направления по формулам ε1,2= Лабораторная работа №4
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|