Лабораторна робота № 5 Визначення напружень при згині за допомогою метода електротензометрії

Мета: ознайомитись з методом електротензометрії і за допомогою цього методу визначити максимальні напруження у відповідних перерізах двоопорної балки; визначити теоретичне значення напружень в цих перерізах і порівняти їх з отриманими експериментально.

Короткі теоретичні відомості

Електротензометрія в теперішній час широко викорис­товується при проведенні наукових і інженерних випробувань – для визначення деформацій напружень зусиль і тисків лінійних і кутових прискорень та інших величин.

Особливо цінний цей метод коли вказані величини не вдається отримати теоретичним розрахунком.

Сутність методу електротензометрії полягає в наступному. Як відомо реальні тіла деформуються під дією зовнішніх сил. Причому до певних меж залежність між деформаціями і викликав­шими їх зусиллями прямопропорційна.

При розтягу ця обставина відображається законом Гука:

 =  , (5.1)

де  – нормальне напруження;

 – відносне видовження;

Е – модуль пружності І роду матеріалу бруса.

Якщо експериментально визначити яким-небудь способом в певному місці деталі відносне видовження  то знаючи модуль пружності матеріалу можна у випадку простого розтягу розрахувати по формулі (5.1) діючі в цьому місці напруження. Знаючи деформації можна розрахувати напруження при складному напруженому стані.

Для визначення деформацій широко використовуються тензоресистори (тензодатчики). Тензодатчики виготовляються з дуже тонкої константанової чи ніхромової проволоки діаметром 15-30 мікрометрів яка намотується в решітку певної форми. Решітка прикріплюється до паперової основи.

Існують різні типи решіток. Найбільш проста показана на рис.5.1. Крім проволочних існують решітки з фольги і напівпро­відникові тензодатчики.

Готові тензодатчики наклеюються на зачищену і обезжирену поверхню деталі спеціальними клеями і отже при деформації деталі відповідно деформуються (розтягується або стискається) проволочка тензодатчика. При деформуванні проволоки змінюється її омічний опір: при видовженні – збільшується при стиску – зменшується.

Доведено що між деформацією проволочки і зміною її опору існує проста залежність:

R/R = k , (5.2)

де R/R – відносна зміна омічного опору проволоки тензодатчика;

k – коефіцієнт який визначає чутливість тензодатчика до деформації.

Таким чином тензодатчик перетворює деформацію деталі що випробовується в зміну омічного опору проволочки тензодатчика.

При вимірюваннях деформацій тензодатчик частіше всього вмикають в міст Уітстона як показано на рис. 5.2. До діагоналі АВ підводиться живлення моста а в діагональ СД вмикається чутливий гальванометр. Міст балансується тобто так підбирається решта (крім робочого тензодатчика) резисторів щоб в діагоналі СД струм був відсутній і отже стрілка гальванометра залишалась би на нулі. Для цього необхідно щоб між опорами резисторів моста існувало відношення:

. (5.3)

Балансування моста може бути досягнуто зміною опору або .

Деформація деталі призводить до зміни опору тензодатчика і отже до розбалансу моста. При цьому через діагональ СД проходить струм силу якого можна прийняти пропорційною зміні опору тензодатчика. Тому покази гальванометра пропорційні відносній деформації деталі що випробовується. Тепер залишається лише протарувати покази гальванометра тобто створити в якій-небудь простій деталі деформацію розтягу (стиску) виміряти її іншим способом і встановити відповідний цій деформації показ гальванометра.

Як правило тарування проводиться за допомогою спеціального тарувального пристрою не з робочим датчиком а з іншим з тієї ж партії (датчики з однієї партії мають практично однакові робочі параметри).

Часто струм розбалансу в робочій діагоналі моста посилюють посилювачем струму і подають на вібратори (шлейфи) шлейфового осцилографа який фіксує зміну величини що вимі­рюється в часі на осцилограмі.

Визначивши деформації в місці наклейки тензодатчика напруги при простому розтягу можна знайти по приведеній вище формулі закону Гука.

Якщо деталь з датчиком тарувального пристрою має той же модуль пружності що і деталь що випробовується то тарування при необхідності можна проводити по напругам тобто навантажувати тарувальний пристрій відомим зусиллям розраховувати напругу в місці наклейки тарувального датчика і встановлювати відповідні показники гальванометра. Очевидно в цьому випадку деталь з тарувальним тензодатчиком можна використовувати як динамометр.

Прилад (рис. 5.3) складається з робочої 1 і тарувальної 2 балочок. Тензодатчики наклеєні в перерізах а-а обох балок як показано на рисунку. Міст Уітстона збирається з цих двох тензорезисторів які підключаються до клем 1 2 3 приладу ІД – 70 та двох резисторів що знаходяться в самому приладі. Така схема називається напівмостовою (рис. 5.4). Прилад має також мікро­амперметр який увімкнутий у вимірювальну діагональ моста; він виконує також живлення моста.

Рис. 5.1

Рис. 5.2.

Рис. 5.3.

Рис. 5.4.