Тензо измерительная система. Тензодатчики

 

Наибольшее распространение получили проволочные тензорезисторы – фольговые и полупроводниковые. Станция состоит из комплекта наклеиваемых на конструкцию тензодатчиков и усилителя постоянного тока. Тензодатчики выполняют в виде спирали

(решетки), состоящей из ряда  петель константановой проволоки, наклеенной на основу.

 

 

 

Тензосопротивления являются преобразователями, которые включаются по схеме полумоста или полного моста, в диагональ которого подключается измерительное устройство, являющееся также и индикатором баланса.

 

Для перехода к напряжениям используют специальные зависимости, связывающие напряжения и деформации в упругой и за пределами упругой работы материала, основанные на законе Гука.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Примеры реализации метода

 

• качестве примера рассмотрим использование тензометрического метода для проведения натурных испытаний механизированного аттракциона «Катальная гора». В ряде элементов металлических конструкций аттракциона после девятилетней эксплуатации образовались поверхностные и сквозные трещины.

Конструкция аттракциона высотой 15 м и длиной трассы 200 м, представляет собой путь,

 

выполненный из стальных труб диаметром 83 мм, толщиной 8 мм (материал – Сталь 20). Для создания психоэмоциональных ощущений путь расположен на свободно стоящих разновысоких опорах с виражами и участком с так называемой «мертвой петлей». Крепление пути к опорам осуществляется с помощью приваренных фасонок толщиной 6 мм (рис.2).

 

В штатном режиме по пути аттракциона движется поезд, состоящий из девяти тележек с двумя пассажирами в каждой. Скорость поезда достигает 40 км/ч, перегрузки 4,5g. Наибольшее количество трещин имеет место в зонах концентрации напряжений узлов сопряжения пути с опорами, на границе сварного шва и основного металла трубы пути.

 

Причины образования трещин в зонах концентрации напряжений при динамическом нагружении определялись с помощью тензометрического метода. Для измерения деформаций использовали проволочные тензорезисторы на бумажной основе с базой 5 мм и сопротивлением

 

100 Ом. Регистрацию деформаций тензорезисторов осуществляли самописцем Н-338П с частотным диапазоном 0…150 Гц, чувствительностью 0,5…0,002 мм/В, скоростью движения ленты от 1 мм до 250 мм/с, нелинейностью амплитудной характеристики +3%.

 

В качестве тензометрического усилителя использовали четырехканальный усилитель ТА-5 с максимальным значением коэффициента преобразования 0,12 мА/е.о.д., несущей частотой 7 Гц и диапазоном рабочих частот 0…100 Гц.

 

Тензорезисторы при измерении деформаций включали по полумостовой схеме с обязательной градуировкой измерительного канала.

Испытание элементов конструкций аттракциона проводили при штатном загружении поезда. Характерные виброграммы деформаций (напряжений) в исследованных зонах имеют вид, показанный на рис.3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3

 

Масштабы напряжений на виброграммах определяли по масштабам деформаций с использованием закона Гука. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния материала конструкции аттракциона показали, что во многих его элементах имеют место существенные значения напряжений и размахов напряжений при проезде поезда (smax=

 

125…140 МПа, Dsmax= 160…250 МПа, при пределе выносливости материала s-1 = 170 МПа)

 

многие узлы работают в условиях переменных, двухчастотных циклических нагрузок c

 

соотношением частот fв/fн = 9 (fв – частота, соответствующая количеству тележек поезда, fн –

 

частота проездов поезда по трассе аттракциона) и отношением амплитуд напряжений sвa /sнa = 0,27…2,3 (sвa – амплитуда высокочастотных напряжений, sнa – амплитуда низкочастотных напряжений). Коэффициент асимметрии циклов изменяется от r = -0,15 до r = -1,0.

 

В результате экспериментальных исследований установлено также, что напряженно-

 

деформированное состояние в элементах конструкции существенно зависит от условий опирания стоек аттракциона на землю (просадка грунта, разрушение деревянных подкладок под опорами).

 

Учитывая число циклов нагружения элементов аттракционов при двухчастотном нагружении N = 1,5?10 6 циклов и экспериментально установленные значения переменных напряжений в узлах конструкции, очевидно, что в них имеют место усталостные накопления повреждений, приводящие к возникновению сквозных и поверхностных трещин. Следует отметить, что численными методами расчета узлов опирания пути на стойки (расчет выполнялся по программе MSC/NASTRAN при размере конечного элемента в зоне концентратора 1 мм) таких результатов получить не удалось, максимальные расчетные напряжения цикла не превышали уровня smax= 50…60 МПа. Расчетный цикл при этом получился одночастотным.

 

Полученные экспериментальные результаты позволили внести изменения в конструктивные элементы аттракциона «Катальная гора» и снизить максимальные

 

 

динамические напряжения до уровня расчетных. Кроме того, определены наиболее опасные участки конструкции, за которыми установлен более тщательный контроль.

 

Заключение

 

Полученные при контроле состояния инженерных сооружений данные позволяют отслеживать в режиме реального времени динамику изменения напряжений в конструктивных элементах сооружений во время строительства или эксплуатации зданий, предотвратить несчастные случаи из-за нарушения целостности конструкции, оценить работу несущих конструкций в целом.

 

Данный метод является одним из самых перспенктивных и заключается в замерах малых деформаций на поверхности исследуемого объекта и в последующем переходе от деформаций к напряжениям на основе закона Гука. Главным преимуществом метода тензометрии является то, что можно замерять напряжения без механического воздействия на объект. Тензометр измеряет истинные напряжения: остаточные или действующие. При измерениях нет необходимости знать предисторию (условия эксплуатации) объекта, не требуется знания параметра кристаллической решетки материала в ненапряженном состоянии.

 

Но у этого метода, как и у любого, есть свои недостатки, именно возможен контроль только поверхностных напряжений до глубин порядка нескольких миллиметров, большая трудоемкость, невозможность применять на различных объектах без повторения подготовительных операций, сложность (иногда даже невозможность определения НДС без повреждения конструкции) использования в зонах концентрации напряжений (под головкой болта, заклепки и т.д.), осреднение деформаций на базе тензорезистора и т.п. Т.е. метод тензометрии для сборных несущих конструкций обладает недостаточной точностью, в случае ошибочного расположения тензорезистора и, особенно, при определении нагруженности крепежа для последующего использования при оценке циклической долговечности опытного образца.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список источников

 

 

http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_tech/3598/Тензометрия http://ru.wikipedia.org/wiki http://www.zetms.ru/support/articles/tenzo/tenzo_theory.php http://www.zetms.ru/support/articles/tenzo/tenzo.php