Визначення напружень за результатами тензометрії

Вище було показано, цей метод при дослідженні лише пружних тіл або в області пружної роботи матеріалу. Для нелінійно пружних тіл та у випадку неоднорідного зв’язку напружень з деформаціями використання цього методу неможливе через великі та невизначені похибки. Але, зважаючи на широку поширеність методу, розглянемо його пильніше для досліджень в умовах пружного деформування. Для цього розглянемо математичний апарат обчислення напружень за виміряними деформаціями.

Як видно з приведених рівнянь, математичний апарат для визначення параметрів напруженого стану за виміряними деформаціями є досить громіздким.

Енергетичні методи визначення напружень.

Метод акустичної емісії. В основі методу - вимірювання сумарної енергії, що виділяється при виникненні тріщин в твердому тілі від дії навантаження. Кількість імпульсів за одиницю часу, так звана інтенсивність акустичної емісії, майже лінійно зростати зі збільшенням напружень.

Залежність для визначення середніх напружень має вигляд:

де - досягнуте значення відносної деформації; граничне значення при досягненні матеріалом межі міцності; m- параметр статичного розподілення мікро тріщин (для бетону сприймається в межах 1.54-4); Е- модуль пружного зв’язку.

Метод добре вивчено для металу у зв’язку з дослідженнями конструкцій атомних електричних станцій, для бетону він вивчений недостатньо. Може служити для розкриття кінетики структурних змін в бетоні, визначення параметричних точок , виявлення нелінійного деформування. Метод може використовуватись для прогнозування небезпечних станів елементів конструкцій та оцінки рівня фактичних напружень. Використання методу стримується через проявлення ефекту Кайзера, який полягає в зниженні емісії при повторній петлі навантаження. Щодо бетону, дослідженнями встановлено відродження акустичної емісії після деякого відпочинку матеріалу.

Методи визначення напружень в елементах будівельних конструкцій. Вимірювання напружень датчиками.

План лекції:

1. Поляризаційно – оптичний метод

2. Рентгенографічний метод.

3. Метод магніто пружності.

4. Метод заснований на використанні п’єзорезистивного ефекту, магнітопружні датчики.

5. П’єзорезистивні датчики.

6. П’єзоелектричні датчики.

Поляризаційно-оптичний метод.

Поляризаційно-оптичний метод дослідження напружень дозволяє знаходити поля деформацій та напружень з використанням плоских та об’ємних прозорих моделей, виконаних подібними по формі та навантаженню натурній конструкції.

Поляризаційно-оптичний метод включає фотопружність, фотопластичність, фотоповзучість, фототермопружність, динамічну фотопружність, метод фотопружних покрить, метод муарів, голографічну та лазерну інтерферометрію, тощо.

Метод детально розроблено для вивчення розподілення напружень в деталях і елементах конструкцій плоскої та об’ємної форми при деформаціях в межах пружності. В більшості поляризаційно-оптичний метод відносять до методів вимірювання напружень.

З цього рівняння видно - різність ходу променів залежить не тільки від напружень, а й від деформацій.

Метод фотопружності, в якому використовуються пружні оптично-активні матеріали, дозволяє визначати безпосередньо з експерименту оптичну різницю фаз променів, яка пропорційна різниці головних напружень: .

З допомогою методу фотопружності досліджуються напруження моделей з оптично-активних прозорих матеріалів (як плоскі так і просторові), а також на поверхнях непрозорих моделей (метод фотопружних покрить). Похибка вимірювання напружень за цим методом складає % для плоских і до % для об’ємних моделей напружень в натурній конструкції.

Основні досягнення цього методу пов’язані з використанням матеріалів, що забезпечують проведення досліджень з необхідною точністю на моделях складної конфігурації, в тому числі і великомасштабних моделях.

Поляризаційно-оптичний метод опирається на оптичну анізотропію моделі при деформації. Оптично-чутливі матеріали, що до деформації були ізотропними, після деформації під дією напруження стають анізотропними за переломлюванням світла. Замість одного показника переломлення за показники три головних показника по трьох головних напрямках . Головні показники переломлення зв’язані з напруженнями такими залежностями:

а) при об’ємному напруженому стані (рівняння Максвелла);

б) при плоскому напруженому стані

Наведені вище залежності дають змогу визначати напруження, якщо відомі оптичні показники . Таким чином, техніка поляризаційно-оптичного методу полягає в визначенні показників переломлення світла n або відносної різниці фаз при продопроменаполяризованого променю світла через певні точки моделі, виконаної з оптично-чутливого матеріалу. Ця техніка добре розроблена.

Промисловість виробляє поляризаційно-проекційні установки різних типів:

• ППУ-1 призначена для одержання інтерфереційних зображень напруженого стану плоских моделей і зрізів об’ємних моделей. Зображення моделі одержується на фотопластинці, де можна бачити й змальовувати поле ізоклін із збільшенням до 15 разів;

• Координатно-синхронний поляриметр КСП-10 ЛДУ, призначений для вимірювання по точках в плоских моделях та в зрізах “заморожених” об’ємних моделей різниці фаз по методу Сенджона;

• Універсальна інтерференційно-поляризаційна установка УЦП-МІБІ забезпечує вимірювання на моделях в проходячому та відображеному світлі по схемах інтерферометрії, динамічної фотопружності та поляризаційної голографії;

• Полярископ ПКС-500 призначений для нагляду залишкових напружень в виробах із скла при перевірці їх, якості.

• Велика поляризаційна установка БПУ-М-ІМАШ з робочим полем діаметром 250 мм забезпечує вимірювання й фотографування по полю досліджуваних моделей і зрізів;

• Установка розсіяного світла УРС-ІМАШ дозволяє одержати картини стрічок інтерференції для всієї просвічуваної площини об’ємної моделі. Повздовж моделі визначають напрямок головних напружень.

Коротко покажемо принцип роботи поляризаційної установки.

Пучок променів виробляється лампою ртутною або кадмієвою в діапазоні частот від до Гц. Ці промені неполяризовані, тобто коливання світлових хвиль займають в просторі будь-яку орієнтацію. В полярископі вони проходять через поляроїд і поляризуються, тобто одержують промені, вектор напружень яких змінюється лише в одній площині. Цей поляризований пучок використовується для дослідження напружень, тобто направляється на оптично-прозору модель. При цьому світловий пучок переломлюється по законах розповсюдження й відображення світла. Оптично-чутливий ізотропний матеріал до прикладення до нього навантажень має таку особливість: показник переломлення світла в ньому для любого напрямку постійний. При навантаженні він змінюється в залежності від величини векторів напружень по різних напрямках. Таким чином, після проходження пучка поляризованого світла через модель змінюється фаза світлових хвиль різних напрямків, що після накладення хвиль приводить до появи інтерференційної картини у вигляді черги світлих і темних стрічок. Розшифровка цієї картини дозволяє визначити значення оптичної різниці фаз світлових коливань.