В. И. Феодосьев - СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ (Учебник - Сопротивление материалов - В. И. Феодосьев), страница 71

В случае пластических деформаций напряжения при испытаниях конструкций обычно не определяют, а устанавливают только разрушающую нагрузку или то значение силы, при котором наблюдаются признаки возникновения пластических деформаций. Лля замера деформаций применяют различные методы. Ниже мы остановимся на определении деформаций при помощи приборов (тензометров) с механическим и электрическим принципами замера; рассмотрим оптический и рентгенографический методы, метод муаровых полос и метод лаковых покрытий.

14.2. Определение деформаций при помощи механических тензометров Принцип работы механического тензометра основан на замере расстояния между какими-либо двумя точками образца до и после нагружения. Первоначальное расстояние между двумя точками носит название базы тензометра 1. Отношение приращения базы Ы к 1 дает значение среднего удлинения по направлению установки тензометра. Если деформированное состояние однородно, то в результате замера определяют точное значение искомой деформации, как это имеет место, например, при растяженик стержня (рис.

14.1, а). В случае, если деформация вдоль базы изменяется, то замеренное среднее значение ее будет тем ближе к местному истинному, чем меньше база тензометра (см. случай изгиба бруса на рис. 14.1, б). Рис. 14.1 Прн испытании материалов на растяжение, когда однородность деформации обе~лечена, база ограничивается размерами образца. Обычно в этом случае база! имеет значения 50, 100, 150 и 200 мм. При испытании конструкций увеличение базы ограничено погрешностью, связанной с неоднородностью деформаций, а ее уменьшение определяется потерей точности вследствие инструментальных погрешностей.

Как правило, база механических тензометров, применяемых при испытании конструкций, лежит в пределах 2...20 мм. Пля точных замеров упругих удлинений при определении модуля упругости материала широко используется тензометр Мартенса с оптическим рычагом (рис.

14,2). З44 Тензометр состоит из жесткой планки Я, прижимаемой к образцу при помощи струбцины Я. Верхний нож 1 планки неподвижен. В качестве второго ножа используется каленая призма 4 имеющал ромбовидное сечение. Блина диагонали призмы равна а. С призмой жестко связано зеркальце 5. На расстоянии Ь от зеркальца неподвижно установлена шкала 6.

При уплиненнн образца зеркальце поворачивается, и наблюпатель через трубу 7производит отсчет по отраженной шкале. Увеличение, даваемое прибором, определяется отношением разности показаний по шкале в миллиметрах к значению Ы, измеренному также в миллиметрах. Угол поворота зеркальца а = Ж/а. Разность отсчетов по шкале до и после нагруження в силу малости о равна Ь = Ь 2а. Исключая угол а, находим коэффициент увеличения прибора Ь 2.Б Ы а Обычно у тензометра Мартенса шкалу (размер Ь) выбирают так, что 1- 500.

Пля исключения погрешностей, связанных с внецентренным растяжением образца и возможным его изгибом, практикуют установку сразу двух тензометров, как это показано $4в Рис. 14.3 на рис. 14.3. Осреднение показаний двух приборов исключает влияние изгиба. Сдвоенный тензометр Мартенса неупобен тем, что требует сравнительно кропотливой работы прн установке.

Менее точными, но более удобными в употреблении являются хорошо зарекомендовавшие себя большебазные тензометры МИЛ и Бояршинова, показанные на рис. 14.4 и 14.5. Рис. 14.4 Тензометр МИЛ (см. рис. 14.4) имеет базу 100 мм и является шарнирно-рычажным. Это — сдвоенный тензометр, устанавливаемый на образце при помощи пружинного зажима. Нижняя опора 1 является неподвижной, верхняя же представляет одно целое с рычагом 4'. Перемещение нижнего конца этого рычага передается планке 8, а от нее — стрелке о. При по- моши винта Я имеется возможность приводить стрелку перед экспериментом в нулевое положение.

Если деформации образца велики настолько, что стрелка выходит за пределы шкалы, тем же винтом можно вернуть ее в исходное положение и во время опыта. Увеличенке тензометра МИЛ равно 500. А-А У Рис. 14.5 В тензометре Бояршинова (см. рис. 14.5) вместо механических шарниров применен упругий шарнир, состоящий из двух плоских пружин 2 н 8. Алюминиевые детали 5 и 6 поворачиваются при растяжении образца относительно точки пересечения пружин. Упругий шарнир обладает тем преимушеством, что не имеет зоны застоя, которал характерна для обычных механических шарниров вследствие наличия сухого трения.

Тензометр имеет два стальных каленых ножа 1, 7, которыми он прижимается к образцу при помощи винтов У. 647 В момент установки прибор арретируется (запирается) при помощи штифта 4, соединяющего наглухо детали б, 6. Отсчет деформаций ведется при помощи индикаторов 8. Тензометром Бояршинова можно производить отсчеты без перестановки шкалы в пределах деформаций, достигающих 4 %. Таким широким диапазоном измерении другие тензометры не обладают. База тензометра 1 = 50 мм, увеличение около 500. Прн замере деформации образцов, испытываемых на растяжение и сжатие, отлично зарекомендовал себя тензометр Лихарева с "гидравлическим рычагом" (рис. 14.6). Основнымн частями этого тензометра являются металлические гофрированные коробки (сильфоны 4), образующие замкнутую по- 548 базой, а при испытании конструкций тензометры заменяют проволочными датчиками сопротивления.

14.3.Применение датчиков сопротивления В технике испытания конструкций за последние десятилетия широкое распространение получили проволочные датчики сопротивления. Проволочный датчик представляет собой наклеенную на полоску бумаги тонкую зигзагообразно уложенную проволочку (рис. 14.8) толщиной О, 015... О, 030 мм. К концам проволочки сваркой либо пайкой присоединяются провода. Рнс. 14.В Латчик наклеивают на поверхность исследуемой детали так, чтобы размер базы 1 совпадал с направлением, в котором желательно замерить деформацию.

При деформации объекта проволочка удлиняется (укорачивается) и ее омическое сопротивление изменяется. Опыт показывает, что относительное изменение омического сопротивления проволоки ЬВ/В пропорционально ее удлинению, ЬВ/В = 7ее, где 70 — коэффициент тензочУвствительности — безразмерная величина, зависящая от физических свойств материала. Лля материалов, применяемых в датчиках сопротивления, значение 7е колеблется в пределах 2... 3, 5. Лля константана, например, 7о = 2,0...2,1, для нихрома 2,1...2,3, для элинвара 3,2...3,5. У проволочного датчика вследствие закруглений на концах петель обнаруживается чувствительность не только к продольным, но и к поперечным деформациям, и Ь — =7Я,+й„, вво где в, и вя — удлинения в направлениях осей * и у (см.

рис. 14.8), .у и б — коэффициенты продольпой и поперечной тензочувствнтельности датчика, определяемые путем тарировки. Значение у вследствие наличия закругленик на концах петель оказывается несколько меньше козффициента тензочувствнтельностн проволоки ув. По мере увеличения базы 1 разница между т и 7о уменьшается и для обычно применяемых датчиков с базой 1 = 20 мм оказывается ничтожно малой. Того же порядка малую величину представляет собой и коэффициент б.

Для датчиков, имеющих малую базу (1 < 5 мм), значение б соизмеримо с т, и при подсчете напряжений козффициент поперечной тензочувствительности следует принимать во внимание. Рис. 14.9 Рис. 14.10 При исследовании напряженного состояния в злементах сложной конструкции часто возникает необходимость определить не только значение, но и направление главных напряжений.

В таком случае практикуют установку в исследуемой области сразу трех датчиков в направлениях, составляющих углы 48е (рис. 14.9), так называемой розетки датчиков. По трем замеренным удлинениям могут быть без труда определены главные удлинения н угол, определяющий положение главных осей. Делают это следующим образом: положим, заданы деформации по главным осям х и у (рис. 14.10). Из рис. 14.10 нетрудно установить, что разность отрезков А'В' и АВ, т.е. абсолютное приращение длины АВ, равно да де — Йа сов р + — Ив вш дв дв где и и е — перемеп1ения по осям х и у, Относительное удлинение вдоль оси 1 составляет ди де .

в~ = — сову+ — вшу, дв дв или ди 2 ди в = — сов ~р+ — вш дя д ! откупа а1 = весов 1в+ ввв1п у. г Для трех осей, совпадающих с осями датчиков в розетке (рис. 14.11), получаем соответственно в~ =евсов ~Р+евв1п ф; 2 ° 2 вп — — вв сов (у + 45') + вм в1п (1в + 45'); вш — — вв сов~(~р+ 90 ) + вв в1п~(у+ 90 ), откуда после несложных преобразований находим ги21в = в~ — 2вп + в1п Е! — Еш ~+ п1 2 г. 2 2 + — (в~ — еш) + (в1 — 2вп + сш) 2 2 вв —— + — (в~ — вш) + (в~ — 2вп + вш) . 2 2 Таким образом, в общем случае получены выраженим пля определения К значения и направления главных де- формаций. 45 Главные деформации с равным успехом могут быть найдены и при помощи трех механических тензомег тров.

В некоторых случаях практи- 0 куется определение главных осей при помощи лаковых покрытий (см. даРис. 14.П лес) с последующей установкой тен- зометров по главным направлениям. В современной технике эксперимента датчики сопротивления используют не только для замера деформаций. Во многих силоизмерительных устройствах их используют как чувствительные элементы, реагирующие на изменение внешних нагрузок. Для замера усилий датчики сопротивления наклеивают на деформируемый упругий элемент (стержень, вал), к по изменению сопротивления датчика судят о действующем усилии. Такой способ удобен тем, что позволяет весьма просто осуществить дистанционный замер, без введения сложных дополнительных устройств. При статических испытаниях датчик, наклеенный на поверхность исследуемой детали, включают в из- 11~4' 1г~ мернтельный прибор по мостовой Я1 схеме (рис 14.12) с отсчетом показаний по гальванометру.