3. Описание лабораторной установки

Схема лабораторной установки для определения напряжений в толстостенных оболочках приведена на рис.2. Установка состоит из пяти вертикальных цилиндрических экспериментальных сосудов 1 – 5 с различной толщиной стенки, ручного гидравлического насоса 6 и бака с маслом 7. Конструкция сосудов показана на рис.1, а. На напорном и выходном трубопроводах установлены вентили В1 и В2. Давление, создаваемое в экспериментальных сосудах 1 – 5 с помощью ручного насоса, измеряется манометром 8 (тип МТП 160 ГОСТ2405-80, шкала 0 – 250 кгс/см²), установленным на передней панели установки.

Рис. 2. Схема лабораторной установки:

1 – 5 – экспериментальные сосуды; 6 – ручной гидравлический насос; 7 – бак;

8 – манометр; 9 – блок коммутации; 10 – блок измерения; В1, В2 – вентили

(цифры на сосудах от 1 до 10 – номера тензодатчиков)

Всё оборудование смонтировано на станине из стальных уголков. Экспериментальные сосуды 1 – 5 установлены за защитой из прозрачного органического стекла.

Для измерения напряжений, возникающих в оболочках, используется метод электротензометрирования. В состав установки входит цифровой тензометрический мост ЦТМ–5, включающий в себя блок коммутации 9 и блок измерения 10.

Измерение деформаций 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 не только деформации растяжения, но и сжатия. Относительное изменение электрического сопротивления проволоки пропорционально её удлинению, т.е. , где – коэффициент тензочувствительности материала проводника (безразмерная величина, зависящая от физических свойств материала), – относительная деформация (здесь – удлинение образца, – его первоначальная длина). Для материалов, применяемых в датчиках, величина колеблется от 2 до 3,5. Для константана, например, = 2,0 – 2,1, для нихрома 2,1 – 2,3, для элинвара 3,2 – 3,5. Напряженное состояние толстостенной оболочки является трёхосным, но измерить возможно лишь меридиональные и кольцевые напряжения. Радиальные напряжения здесь для измерения тензодатчиками недоступны. Для измерения в точке напряжений , необходима установка в ней двух тензодатчиков, расположенных под прямым углом друг к другу. Расположение тензодатчиков на наружной поверхности сосудов 1 – 5 представлено на рис. 2. Номер тензодатчика соответствует номеру канала на блоке коммутации. Тензодатчики с нечетными номерами 1, 3, 5, 7, 9 предназначены для измерения относительной меридианальной деформации , а тензодатчики 2, 4, 6, 8, 10 – относительной кольцевой деформации . Наряду с ними, отдельно к фланцу сосуда 1 наклеен недеформируемый тензодатчик, который служит для компенсации температурных погрешностей. Измерительная часть лабораторной работы (блок коммутации 9 и блок измерения 10) размещены на отдельном столе.