3. Описание лабораторной установки

Схема лабораторной установки, предназначенной для определения напряжений в различных тонкостенных оболочках, представлена на рис. 3.

Установка состоит из трех экспериментальных сосудов 1, 2 и 3, ручного гидравлического насоса 4 и бака с маслом 5. Сосуд 1 включает в себя цилиндрическую обечайку и плоские днища, сосуд 2 – коническое и плоское днища, а сосуд 3 – сферическое и эллиптическое днища. В настоящей лабораторной работе изучаются напряжения, возникающие в сосуде 1, в его цилиндрической обечайке. Сосуд 1 соединяется с насосом и баком с помощью вентилей В₁ и В₂, сосуд 2 – с помощью вентилей В₃ и В₄, сосуд 3 – с помощью вентилей В₅ и В₆. Давление, создаваемое в экспериментальных сосудах с помощью насоса, измеряется манометрами 6, 7 и 8 (тип МТП 16, ГОСТ2405-72, шкала 0-60 кгс/см², кл. 1,0), установленными в верхней части каждого экспериментального сосуда.

Д ля измерения напряжений, возникающих в оболочках, используется метод электротензометрирования. Явление тензочувствительности металлов было впервые описано в 1881 г. русским физиком О.Д.Хвольсоном.

Рис. 3. Схема лабораторной установки:

1, 2, 3 – экспериментальные сосуды; 4 – ручной гидравлический насос; 5 – бак;

6, 7, 8 – манометры; 9 – блок коммутации; 10 – блок измерения; В₁ – В₆ – вентиля

Измерение деформаций и напряжений осуществляется с помощью тензодатчиков. Тензодатчик представляет собой проволочный датчик сопротивления. Это наклеенная на полоску бумаги тонкая, зигзагообразно уложенная проволочка толщиной 0,015 – 0,03 мм. К концам проволочки припаяны присоединительные провода. Тензодатчики наклеиваются на поверхность исследуемого элемента так, чтобы размер базы совпадал с направлением, в котором измеряются деформации. В нашем случае размер базы – 10 мм. При плотной приклейке проволочка удлиняется вместе с поверхностью исследуемого объекта, и её омическое сопротивление изменяется как показатель деформации. Правильно наклеенный датчик воспринимает деформации не только растяжения, но и сжатия. Относительное изменение сопротивления проволоки ΔR/R пропорционально её удлинению, т.е. ΔR/R = S·ε, где S – коэффициент тензочувствительности материала проводника (безразмерная величина, зависящая от физических свойств материала), ε – относительная деформация. Для материалов, применяемых в датчиках, величина S колеблется от 2 до 3,5. Для константана, например, S = 2,0 – 2,1, для нихрома – 2,1 – 2,3, для элинвара – 3,2 – 3,5.

Т ак как напряженное состояние тонкостенных оболочек является двухосным, то для измерения напряжений в какой-либо точке необходима установка в ней двух тензодатчиков, расположенных под прямым углом друг к другу. В лабораторной работе проводится измерение меридианальных и кольцевых напряжений на четырех уровнях (расстояниях от края обечайки), для чего используются четыре пары тензодатчиков. Расположение и нумерация тензодатчиков на поверхности экспериментальной оболочки представлены на рис. 4.

Рис. 4. Схема расположения тензодатчиков на обечайке

Тензодатчики 1, 3, 5, 7 предназначены для измерения относительной меридиональной деформации , а тензодатчики 2, 4, 6, 8 – относительной кольцевой деформации . Наряду с ними имеется тензодатчик, который не деформируется при подаче давления в сосуд, соединённый по мостовой схеме, он служит для компенсации температурных погрешностей. Измерительный блок лабораторной работы общий на всю лабораторию. Он выполнен на базе персонального компьютера со специальной измерительной схемой. Для подсоединения работы к измерительному блоку служит блок коммутации измерительных схем лабораторных установок. Подключение производится поворотным переключателем на 12 положений «НОМЕР РАБОТЫ». Номер настоящей работы 1. Для подсоединения к заданному тензодатчику служит поворотный переключатель «НОМЕР КАНАЛА» на 12 положений.