Обробка результатів вимірювання деформацій.

Здебільшого деформації використовуються для визначення напружень на поверхні елементу конструкції або усередині його. Для вимірювань на поверхні тензодатчики наклеюються в напрямках, які цікавлять дослідника, для вимірювань деформацій усередині застосовуються спеціальні датчики, які отримали назву глибинних або телетензометрів.

Для перетворення деформацій в напруження навіть у випадку одновісного розтягу чи стиску в перерізах, перпендикулярних до вільної поверхні, необхідно знати пружні характеристики матеріалу, тобто модуль пружності Е та коефіцієнт поперечної деформації . Тоді _x1=ε_x1E , _y1=ε_x1E.

В умовах плоского напруженого стану три компоненти напружень , , відрізняються від нуля, при чому напрямки головних напружень невідомі. Якщо осі x, y не співпадають з головними, то треба знайти кут між віссю x та головною віссю, тобто існують три невідомі величини, що характеризують напружений стан в заданій точці – це головні напруження, та кут нахилу головного напруження до лінії координат X, як показано на рисунку 1.1

Рис. 1.1 Головні осі 1 та 2 і три тензодатчики, орієнтовані вздовж осей координат X, Y та під кутом 45⁰ до осі X.

Для визначення трьох невідомих величин , , потрібно зробити три вимірювання деформацій. Для цього використовується розетка з трьох датчиків, один з яких установлюється вздовж осі X (ε_xx), другий по осі Y (ε_yy), третій під кутом 45⁰ між ними (ε₄₅). Така розетка носить назву трьохелементної прямокутної на відміну від дельта-розетки, в якій перший датчик має орієнтацію вздовж осі X, два інших розміщені під кутом 60⁰ і 120⁰. При використанні трьохелементної прямокутної розетки вимірюються деформації ε₀, ε₄₅ та ε₉₀, ε₀=ε_xx , ε₉₀=ε_yy. Тоді деформації визначається за формулою: . Кут - за формулою: . Тоді головні деформації визначаємо :

(1.20)

Якщо використовується дельта-розетка, то , головні деформації за формулою

(1.21)

В таких конструкціях завжди передбачаються суттєві зміни або геометричних форм, або співвідношення розмірів конструктивних елементів, або використовуються нові матеріали та методи розрахунку. Дослідні конструкції випробовуються майже завжди до руйнування, завдяки чому вдається найбільш слабкі місця і внести в проект зміни, що усувають недоліки.

При випробуванні конструкцій в процесі експлуатації об’єктів чимале значення має вивчення діючих навантажень, особливо того, чи не виходять вони за межі нормативних значень. Треба брати до уваги також те, що навантаження від власної ваги ряду елементів, що діють на випробовуваний елемент, перестають бути навантаженнями завдяки сумісній роботі елементів. Так залізобетонні плити, що вкладені на балку, поліпшують її роботу і можуть суттєво підвищити її працездатність, якщо шви між плитами добре замонолічені бетоном. Завдяки цьому стиснута зона балки переміщується вище і плече внутрішньої пари збільшується.

Виходить так, що плити допомагають балці нести своє навантаження. Є багато прикладів таких запасів міцності в роботі конструкцій від сумісної роботи елементів будівель.

Деформацію зсуву виміряють зсувомірами. На практиці викорис­товують зсувоміри Аістова та Штей­гера. Останній призначений для ви­мірювання зсуву металевих конст­рукцій. Зсувомір Аістова являє со­бою видозмінений тензометр Аісто­ва і має три опорні точки. Нехай необхідно виміряти зсув між волокнами 1 -1 та 2 - 2 еле­мента.

Для вимірювання лінійних зміщень широко використовують механічні прилади: прогиноміри (вимірювання прогину); клинометри (вимірю­вання кутових зміщень). До перших відносяться барабан і ю-шестерпевий та рейково-шестерневий механізми.

Барабанно-шестерневий механізм з дротяним зв'язком - це прогиноміри систем Максимова (ПМ-2, ПМ-3), Аістова (ПАО-5, ПАО-6), Ємельянова, Гріо, Рішара.

Рейково-шестерневі прогиноміри, або індикатори годинникового типу, використовують для вимірювання невеликих за величиною переміщень, їх встановлюють на досліджувану конструкцію і впирають рухомим стер­жнем у якусь нерухому точку, не зв'язану з конструкцією. Тому їх називають контактними (рис. 2.3.10).

Контактні прогиноміри характеризуються порівняно високою точні­стю вимірювання деформації (0,01мм), невеликими габаритами і масою.

Під час вимірювань переміщень широко використовують тензомет­ричні перетворювачі різних типів - індуктивні, ємнісні, резистори.

Схема прогиноміра: Схема контакт­ного прогиноміра:

1 - барабан;2- дріт (тросик);3- вантаж; 1 - шток з нарізкою зубів; 2- система зубчастих коліс;

4- стрілка;5- шкала. 3~ пружина;4- стрілка;5— шкала.

Для вимірювання кутових переміщень використовують клинометри. За принципом дії розрізняють важельні та клинометри, основою яких є

рівень.

Важельний клинометр найбільш простий для вимірювання кутових переміщень з достатньою точністю. Він складається з металевого важеля, закріпленого па об'єкті, та двох прогиномірів з дротяним зв'язком

Схема важельного клиноміра

1. прогиномір; 2- дріт; 3- важіль; 4-конструкція

4.

При розгляданні питання з цього розділу необхідно розглянути прилади, за допомогою яких можливо проводити випробування та фіксувати зміни напружено-деформованого стану конструкції при динамічних випробуваннях Необхідно описати призначення приладу, загальні відомості про нього, вади та недоліки. Навести конструктивну схему та технічні дані приладу. Дати оцінку позитивних та негативних якостей приладу та сферу його використання

Під час випробувань необхідно визначити параметри, які-використо­вуються .для оцінки напружено-деформованого стану конструкції: амплі­туду, частоту, прискорення, швидкість коливань, а також деформації. Прилади для визначення цих параметрів повинні забезпечу­вати можливість або взяття відліків за шкалою, або запису коливань, щоб при подальшій їх обробці визначити необхідні параметри.

Залежно від зв'язку з досліджуваною конструкцією прилади розді­ляють па дві групи: контактні і дистанційні.

Контактний або сам встановлюють на конструкцію, або па ній закріп­люють виносний елемент-давач. Більшість сучасних вібровимірювальних приладів конструюють саме за останнім принципом.

До дистанційних відносять спеціальні кіно- та відефіми камери - фото та фотоелектронні прилади, а також основані па методах взаємоіндукції та вихрових струмів.

Механічні прилади реєструють коливальні процеси і поділяються на такі:

- вібрографи - заміряють і записують лінійні переміщення предмета, що коливається;

• сейсмографи ~ записують коливання грунту від землетрусів чи вибухів і мають точність, більшу від вібрографів;

• торсіографи - заміряють крутильні коливання;

• велосіографи - заміряють і записують швидкості тіл, що колива­ються;

• акселерографи - заміряють і записують прискорення тіл, що коли­ваються.

Електричні прилади для запису коливальних процесів досконаліші проти механічних, точніші, можливі вплив інерції та дистанційне зняття параметрів у багатьох точках, менш трудомісткі.

Вони складаються із первинних (вібродавачів) та вторинних (запи­сувальних та реєструвальних) пристроїв. Вібродавачі встановлюють па конструкцію. Вони перетворюють механічні коливання в зміни елект­ричних параметрів, які реєструються вторинними приладами. Вторинни­ми приладами є осцилографи (шлейфові, електронні, струменеві), магні­тографи, швидкодійні самозаписувальні прилади. Значно розширюються можливості вимірювання завдяки використанню ЕОМ, що дозволяє не тільки фіксувати параметри коливань, але й обробляти та аналізувати результати з допомогою спеціальних програм.

Віброграф

Ручним вібрографом міряють амплітуди коливань від 0,05 до 6 мм з масштабом 6:1, 2:1, 1:1 при частоті 5... 100 Гц. Інерційною є маса приходу. Віброграф тримають в руках чи встановлюють на штативі так, щоб напрямок коливань збігався з повздовжньою віссю рухомого стержня, а наконечник впирався в точку конструкції, коливання якої записують. Записують віброграми на червоній восковій стрічці шириною 25 мм гострим металевим пером, з'єднаним з важелем. Відзначити часу працює від внутрішньої батареї чи зовнішнього джерела струму і нано­сить па стрічку мітки із заданим інтервалом 1с.

1- корпус; 2- трубка; 3 -гвинт (стопор); 4 — конусоподібний наконеч­ник; 5- стержень; б - пружина; 7 - загостре­ний важіль; 8 - восковий папір; 9 - визнач- £ пик часу; 10 - касета;11-ручка;12 - стрічко-протяжний механізм.

Вібромарка

Найпростіша для вимірювання амплітуд є вібромарка. Вібромарка дозволяє вимірювати постійну амплітуду коливань від 1 до 20 мм при частоті 7... 15 Гц. Для заміру малих амплітуд порядку 0,1...0,2 мм на чорний папір наклеюють тонкий блискучий дріт і освіт­люють яскравим світлом. Ширину розмитого зображення міряють з допомогою мікроскопа.

Постійну амплітуду коливань можна заміряти індикатором годинни­кового типу. Його кріплять до нерухомої точки, не зв'яза­ної з конструкцією, так, щоб шток впирався в поверхню конструкції паралельно її коливанням. Розмах коливань, рівний подвоєній амплітуді 2А, вираховують за шкалою приладу, на якій з'являється затемнений сек­тор (за крайніми положеннями стрілки).

Амплітудомір

Амплітудомір А.М. Ємельянова і В.Ф. Смотрова скла­дається із масивного кільця З, що є інерційною масою і опирається на диск 4, закріплений до основи 6 чотирма стрічковими пружинами /. В кінець кільця вставлений індикатор 2, шток якого впирається в мікро­метричний гвинт 5, встановлений па нижньому диску 6. Частота власних коливань інерційної маси приладу 2,5 Гц. Прилад ставлять на поверхню конструкції, індикатор можна вважати закріпленим нерухомо і за край­німи відхиленнями його стрілки, яка створює затемнений сектор, визна­чати амплітуду коливань.

Частотомір

Багатоязичковий частотомір Фрама складається із набо­ру пластинок з вантажами на кінцях, змонтованих на загальній підставці. Пластинки мають різну довжину. Залежно від їх розміру і ваги ван­тажів кожна з них має деяку частоту власних коливань. Ці частоти підібрані так, щоб перекрити певний діапазон.

На досліджуваній конструкції частотомір встановлюють так, щоб на­прямок коливань був перпендикулярний пластинкам. Під час коливань конструкції разом з нею коливається частотомір. Якщо частота коливань конструкції знаходиться в діапазоні вимірів приладу, відповідна пластинка попаде в резонанс. її амплітуда помітно відрізнятиметься від інших. На кожній пластинці маркована її власна частота. Частота коливань конст­рукції рівна власній частоті пластинки, яка иайсильиіше коливалась. За однакової вібрації двох пластинок частота коливань конструкції знахо­диться між ними. Якщо жодна пластина не потрапляє в резонанс, то це значить, що частота коливань знаходиться за межами вимірювального діа­пазону і необхідно використати частотомір з іншим діапазоном частот.