Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

1670

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
07.01.2021
Размер:
1.53 Mб
Скачать

е р и я в н у т р и в у з о в с к и х СибАДИм е т о д и ч е с к и х у к а з а н и й С и б А Д И

Министерство науки высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

« ибирский государственный автомо ильно-дорожный университет (СибАДИ)» Кафедра «Строительные конструции»

Д. . Кузьмин

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Методические указания к лабораторным работам

Омск ▪ 2018

УДК 624

ББК 38.2 К 89

Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке не подлежит.

Рецензент

канд. техн. наук, доц. Е.В. Тишков (СибАДИ)

СибАДИРабота утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве метод ческих указаний.

Кузьм н, Дм трий Андреевич.

К89 Металл ческ еконструкции[Электронный ресурс] : методические указан я к ла ораторным ра отам / Д.А. Кузьмин. (Серия внутр вузовск х методических указаний СибАДИ). – Электрон. дан. –

Омск : С бАДИ, 2018. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r plus/ cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.

Излагают цели, задачи и основные теоретические положения для выполнен я ла ораторных работ по дисциплине «Металлические конструкции».

Имеют интерактивное оглавление в виде закладок. Рекомендованы для организации работы по выполнению

лабораторных ра от студентам бакалавриата направления «Строительство» специалитета направления «Строительство уникальных зданий сооружений».

Подготовлены на кафедре «Строительные конструции».

Текстовое (символьное) издание (1,8 МБ )

Системные требования: Intel, 3,4 GHz; 150 Мб; Windows XP/Vista/7; DVD-ROM; 1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов:

Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader

Техническая подготовка В.С. Черкашина

Издание первое. Дата подписания к использованию 26.12.2018 Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5

РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2018

ТЕМА 1. РАБОТА МАТЕРИАЛОВ В КОНСТРУКЦИЯХ Лабораторная работа № 1

ТАРИРОВКА ЭЛЕКТРОТЕНЗОМЕТРА

1.1. Установочные данные

Цель работы - определить фактическую цену деления шкалы авто-

матического

змер теля деформаций (АИД) в комплексе с конкретным

типом тензорез сторов.

Задачи

спытан я:

С

1.

Изуч тьпр нц пдействияэлектротензометрическогокомплекса.

2.

Ознаком тьсясосновнымитипамитензорезисторовиихназначением.

3.

Ознаком ться с элементами испытательной установки, назначением

равного сопрот вления (БРС), рычажных тензометров (ТР), испыты

ваемых тензодатч ков.

балки

4.

Выч сл ть теоретические значения деформаций крайних фибр в

(БРС).

 

5.

Произвести пять циклов нагружения БРС с записью отчетов по ТР и

шкале АИДа в ра очую тетрадь.

6.

б

Определить цену деления шкалы ИД и вычислить поправочный

коэффициент к номинальномуАзначению, равному 10~5 относительных единиц.

Техническое обеспечение:

1.Балка равного сопротивления с наклеенными тензорезисторами и комплектом штатных грузов.

2.Тензометры рычажные системы Гугенбергера с удлинителями базыД

Б = 100 мм 2 комплекта.

3. Тензометрический комплекс, включающийИА -1, коммутатор, стабилизатор, кабель с разъемами.

4. Комплект учебных плакатов. Рабочие тетради.

1.2. Составныечастиипринципработы электротензометра

Электротензометр это единый комплекс электрических приборов, с помощью которого производится дистанционное измерение фибровых деформаций материала конструкции в заданной точке.

3

В его состав входят тензорезисторы (датчики сигнала деформации), наклеенные на деформируемые волокна исследуемой конструкции, автоматический измеритель деформаций АИД, коммутатор для поочередного включения тензорезисторов в цепь, источник электропитания и соединительные провода.

Тензометрическая система работает по схеме уравновешенного электрического моста Уинстона. Основными элементами этой системы являются четыре резистора, образующие плечи замкнутого контура. В диагональ контура включен усилитель сигнала с автоматической балансировкой

и шкалой со стрелками (рис. 1.1 и 1.2).

 

С

 

 

и

 

 

 

б

 

Рис.1.1. Автоматический измеритель деформаций

Рис.2. Схема электрического моста

АИД

1

и

коммутатор-переключатель

Уинстона: Ка –тензорезистор

 

 

 

 

А

шестиканальный: 1 – балансировка по фазе; 2 –

активный; К, - тензорезистор

шкала со стрелками; 3 - клеммы заземления; 4 -

компенсационный

выключатель питания; 5 – клеммы для

(температурный); Г - гальванометр

подключения проводов: А - от активных

самобалансирующийся; К\ и К2 -

тензодатчиков,

К

- от компенсационного, О-

балластные резисторы

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

И

общий; 6 – индикатор настройки

4

Тензорезистор Яа, называемый активным, наклеен на деформируемые волокна в заданной точке и испытывает такие же деформации. При этом изменяется величена его омического сопротивления Ка на величину А Ка, в результате чего в диагональной цепи возникает ток, который приводит в действие самобалансирующуюся систему АИДа. Изменение отчетов по шкале является мерой деформации тензорези-стора и соответствующих

волокон.

 

 

Компенсационный тензорезистор Кк,

называемый

еще

температурным, уравновешивает плечи моста от влияния температурных

деформац й. Он накле вается на заведомо недеформи-руемые волокна

балластнымизываемые , являются штатными деталями АИДа и образуют

конструкц

ли отдельную деталь с таким же, как у конструкции,

Скоэфф ц ентом температурного расширения.

Кол чество акт вных тензорезисторов, наклеиваемых на конструк-

цию, не огран

ч вается, однако, практически назначается в пределах ра-

зумной

необход

 

мости.

Тензорез сторы К и Кк о разуют внешний полумост, а К\ и &2> на-

внутренн й полумост.

На р с. 3 показанаАсхема подключения группы тензодатчиков к АИДу через коммутатор, причем на схеме в цепь с помощью тумблера включен тензодатчик №3, остальные отключены. Попытка включить в цепь одновременно два или олее активных датчиков или отключить все приводит к полному дисбалансу моста, о чем прибор сигнализирует характерным шумом. Оплошность следует сразу жеДисправить!

Ка - активные тензорезисторы

К, - компенсационный

Рис.3. Схема подключения группы тензорезисторовИк А Ду

Электротензометрический метод измерения деформации используется при выполнении всех лабораторных работ по металлическим конструкциям.

5

1.3.Типы тензорезисторов, их назначение

иосновные характеристики

Основным рабочим элементом тензорезистора является плоскопараллельная спираль или решетка из высокоомнои очень тонкой проволоки или фольги, проклеенной между двумя слоями подложек из специальной кон-

СОсновными техн ческими характеристиками тензорезисторов явля- решеткиются следующ е:

денсаторной бумаги или пленки (рис.4).

Проволочные тензорезисторы изготовляют на специальных навивочных станках, а фольговые — фотолитографическим способом. Концы спи-

ралей ли решеток снабжены медными контактными выпусками.

- база Б - дл на мерного участка между концами петель спирали или

(см. р с. 4);

- сопрот влен е К в омах; б А Рис. 4. Проводниковые тензорезисторыД: а - проволочный петлевой;

б - фольговый беспетлевой; 1 - проволочная спираль; 2 - фольговая решетка; 3 - основа (подложка); 4 - контактные выпуски; Б - база тензорезистора

И

6

тензочувствительность 5 безразмерная величина, характеризующая степень способности разных тензорезисторов к изменению сопротивления при одинаковой деформации базы, выражается отношением

предельная величина измеряемой деформации 8.

Наибольшее применение при статических испытаниях получили тен-

 

 

 

 

 

зорезисторы с базой

 

 

Тензорез сторы

зготавливают на предприятиях точного приборостроения.

 

Они поставляются в упаковках, на которых указаны гарантированные заводом

Сзначен я основных техн ческих характеристик данной партии изделий.

 

При

спытан ях

металлических конструкций обычно используют тен-

 

зорезисторы с базой 10

ли 20 мм.

 

цена делениямасштабшкалы - шкалы будет иным. С целью сохранения

 

Тензочувств тельность всех тензорезисторов, используемых в опыте,

 

должна быть од наковой. Это связанно с тем, что масштаб шкалы автома-

 

тическх

змер телей деформаций зависит от их тензочувствительности.

Номинальное значен е одного деления шкалы соответствует 1-10 ~5 относительных ед н ц деформации активного тензодатчика. Поскольку для каждой конкретной подборки тензочувствительность датчиков может быть иная, то и

постоянной цены деления , равной 1 • 10 ~5, при использовании

тензорезисторов определенной тензочувствительности производят регулировку

 

Д

масштаба шкалы с помощью специальных винтов, расположенных внутри

корпуса прибора.

АИДа

Часто один и тот же АИД приходится использовать для разных электротензометрических систем, которые отличаются тензочувствительно-стью датчиков. В этом случае постоянные регулировки становятся обременительными

и их заменяют введением поправочного масштабного коэффициента на цену деления шкалы, считая ее равной Км 10 ~5.

И

7

Численное значение Км определяют экспериментально с использованием тарировочных балок и образцовых механических тензометров. В данной лабораторной работе для этой цели используется тарировочная балка равного сопротивления и рычажные механические тензометры Гу-генбергера.

1.4. Сущность метода

Главным свойством балок равного сопротивления является наличие рабочего участка, в пределах которого, при данной нагрузке фибровые де-

 

формац

во всех точках остаются постоянными. Это свойство связанно с

 

ее геометр ей. В плане балка имеет клинообразную форму, а высота сече-

С

 

 

 

 

к сохраняется од наковой по всей длине (рис. 5).

 

Балки

зготавл вают из низколегированной стали с последующим

 

 

термоупрочнен ем.

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорет чески вел чина деформаций крайних волокон такой балки,

 

пр действ

сосредоточенной силы Р на конец консоли, выражается фор-

 

 

ния

 

 

 

 

где Е модуль упругости стали.

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

А

 

 

 

Д

 

 

Рис.5. Схема опытной установки: 1 - балка

 

 

равного сопротивления; 2 - тензорезисторы; 3 -

 

 

рычажные тензометры; 1р - длина рабочего

 

 

участка

И

8

Для экспериментального определения тех же деформаций на поверхности рабочего участка установлены механические тензометры Гугенбергера и наклеены тарируемые тензорезисторы, включенные в электротензометрическую цепь.

 

 

 

 

 

 

 

1.5. Методика испытания

 

 

 

 

 

 

 

На рабочий участок БРС наклеивают несколько тарируемых тензоре-

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зисторов и подключают через коммутатор к АИДу.

 

 

 

 

 

 

 

Параллельно тензорезисторам устанавливают два рычажных тензо-

 

метра Гугенбергера с удлинителями базы Б = 100 мм.

 

 

 

 

 

 

 

На первом этапе

спытания проверяют стабильность работы механи-

 

ними

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ческих тензометров. Для этого производят пробное нагружения БРС силой

 

Р, выч сляют ет по формуле (1) и ем по формуле (3), расхождение между

 

 

не должно превышать точности прибора 0,5 • 10 ~5.

 

 

 

 

 

 

Результаты тарировки тензорезисторов

 

 

 

Тип тензорез стора - проволочный.

Тензочувствительность 51 =2,09.

 

База Б= \0 мм.

 

 

 

 

 

 

Сопротивление К = 100 ±0,1 Ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отчеты по АИДу

 

Отчеты по тензометрам

 

V

АТсР

 

 

 

 

 

 

Ап

 

 

 

 

 

 

цик

 

тензо-

б

 

 

 

 

 

 

д

 

 

ла

 

датч.

п0

Ир

 

иср То

Тр

АТ

 

АГср

 

 

ср

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

3

 

4

 

5

 

6

1

8

9

 

10

 

 

11

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и. тд.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

Величину силы Р назначают такой, чтобы приращение отчетов по шкале тензометров не превышало диапазона шкалы, т.е. 0,05 мм.

Поскольку рычажные тензометры служат в качестве эталонов деформаций, то они должны быть предварительно поверены на универсальной калибровочной машине Аистова.

После проверки правильности сборки электротензометрической цепи АИД включают в питающую сеть и дают прогреться в течение не менее 30 Смин, затем настраивают оптический индикатор фазовой балансировки и производят пять циклов рабочего нагружения. Стрелки рычажных тензометров устанавл вают на ноль и записывают нулевые отчеты по АИДу для тарируемых тензорез сторов. Затем к БРС осторожно подвешивают груз Р

и снова сн мают отчеты по всем приборам.

Вопросы для подготовки к защите

1. Объясн те пр нцип электротензометрического метода определения

балластных ров. Почему в каждомАИДаопыте нео ходимо использовать тензорезисторы с

фибровых деформац й. Каково назначение резисторов активных, компен

сационного,

?

покажите2. Назов те основные элементы электротензометрической

системы. Каково

х назначение?

3. Переч сл

те основные технические характеристики тензорезисто

одинаковыми характеристиками?

4. Каким свойством о ладают балки равного сопротивления, с чем

это связано?

 

ИДа

5. Что измеряют с помощью

? Чему равно номинальное значе

ние цены деления шкалы

, в каких единицах оно выражается?

б.Что влияет на изменение цены деления шкалы АИ

а, как ее регу-

лируют?

 

 

 

7. В чем сущность корректировки цены деления А

а с помощью

масштабного коэффициента Км ?

И

8. Какую функцию при тарировке тензорезисторов выполняют ры чажные тензометры Гугенбергера? Почему они должны быть предвари тельно поверены на калибровочной машине Аистова?

9. Как вычисляют масштабный коэффициент Км , где его используют? 10. Можно ли использовать найденное значение А"м для тензорезисто

ров с другими техническими характеристиками?

Литература

1. нефтегазового оборудования. Ч. 2 : Структурные методы исследования. [Электронный ресурс] : учебное пособие / И.М. Ковенский, В.В. Поветкин, А.Н. Венедиктов, Н.Л. Венедиктов.

Тюмень : ТюмГНГУ, 2010. Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/28297.Ковенский, И.М.

Испытания металлических покрытий деталей и конструкций

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]