Маринец А.И.

Днепропетровский национальный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ

В практике экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния широкое распространение получили измерения с помощью механических тензометров. Рост производства габаритных и сложных конструкций выдвигает повышенные требования к надежности и достоверности результатов измерений. В зависимости от сложности исследуемой конструкции, требуемой точности измерений, диапазона измеряемых величин разработаны различные типы тензометров, которые отличаются как внешним оформлением, так и конструктивно. В основе их лежит один принцип – определение изменения базы, ограниченной ножками тензометра, при деформации объекта. В конструкции таких тензометров используется принцип рычага или системы рычагов. Масштаб увеличения и требуемая чувствительность определяют базу прибора. Тензометры применяются при статических и динамических измерениях. Они могут укрепляться на исследуемом объекте на все время измерений или же только для отсчета показаний с последующим снятием с объекта. В первом случае тензометр должен достаточно надежно закрепляться на объекте. Однако сильное прижатие может вызвать в исследуемом объекте дополнительные напряжения и привести к повреждению призм тензометра. Поэтому при изготовлении стремятся уменьшить массу тензометра и усилие, необходимое для перемещения его механизма.

Тензометр Гугенбергера является одним из наиболее известных и широко используемых средств измерений. Корпус его имеет в нижней части поперечину с неподвижной призмой, которая вместе с подвижной призмой определяет базу ℓ измерений. Изменение длины базы при деформации детали приводит к повороту подвижной призмы и связанного с ней рычага. Отклонение вершины рычага передается через траверсу на стрелку, которая поворачивается в шарнире и перемещается перед зеркальной шкалой. Траверса опирается на штифты, к которым она прижимается натяжением пружины. Пружина выбирает зазоры в соединениях для устранения мертвого хода. Винт оси стрелки позволяет поставить ее в закрепленном тензометре на любое место шкалы, а также переставлять стрелку при измерениях деформаций, больших, чем деформация, соответствующая данной шкале. Высокую точность измерений тензометра обеспечивают призмы, которые входят во все его сочленения. Увеличение тензометра изменяется в диапазоне 300-2000, диапазон измерения без перестановки указателя - 4 мкм, масса - 0,0 28кг. Устанавливается прибор с помощью струбцины. Шкала тензометра с базой 20 мм имеет 40 делений. Простота схемы, высокая точность, небольшая масса обусловили широкое использование прибора. Однако тензометр Гугенбергера непригоден для измерения быстроменяющихся деформаций и при значительной вибрации. Затруднена и работа с тензометром на открытом воздухе.

Тензометр Аистова также использует принцип системы рычагов и винтовой пары. Деформация исследуемого объекта приводит к перемещению ножа, вызывающего отклонение второго плеча рычага. Это приводит к размыканию электрической цепи и прекращению сигнала индикатора. Повторное замыкание цепи происходит при вращении винта, перемещение которого фиксируется. Точность отсчета при этом зависит от шага резьбы винта и при соотношении плеч рычагов, равном 5:1, составляет от 1 мкм для шага резьбы 0,5 мм, до 0,1 мкм при шаге резьбы 0,25 мм. Прибор изготавливается с базой измерений 20 мм и 50 мм, которая при использовании приспособлений может быть увеличена до 200 мм.

Широкое распространение также получили тензометры с индикаторами. При этом деформация исследуемого объекта воспринимается подвижным рычагом и передается на измерительный шток индикатора. Точность измерений определяется точностью используемого индикатора и может быть повышена изменением соотношения плеч рычагов. Приборы могут применяться для измерения как временных, так и статических деформаций, вызванных либо приложением к конструкции внешней силы, либо температурным градиентом. Тензометры имеют подвижные и неподвижные ножки, которые выполняются в виде конуса и устанавливаются в отверстия, нанесенные в исследуемой детали и равные до деформации базе прибора, либо они имеют углубления соответствующей формы, которыми тензометр прижимают при измерении к шарикам, запрессованным в деталь. Для учета удлинений детали, обусловленных изменениями температуры, применяют контрольную пластинку из того же материала, что и исследуемая деталь, с нанесенной базой, равной базе тензометра. Контрольную пластинку располагают при измерениях так, чтобы температура ее была равна температуре детали, а механические напряжения отсутствовали. Она служит также для проверки тензометра и устранения погрешностей, связанных с износом ножек. В качестве измерительного механизма в тензометрах используются индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм и 0,002 мм., регистрация показаний визуальная. Приборы просты в обращении и надежны в работе.

Литература:

1. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Справочное пособие в 7 томах. Т. 1. Элементы механизмов. - М.: Наука, 1979.

2. Афанасьев А.М. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов. - М.: Наука, 1975.