Диссертация (1141565), страница 27

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 27)

По результатам этих испытаний коэффициенттензочувствительности составил k  2.13.В проведенном эксперименте тензорезисторы были собраны по пяти проводной четвертьмостовой схеме с одним активным (рабочим) и одним пассивным (компенсационным)тензорезистором.Компенсационные тензорезисторы были предусмотрены для уменьшенияпогрешности в измерениях из-за возможных небольших колебаний температуры в помещении инагрева соединительных проводов.Вследствие того, что деформации сдвига xyнапрямую тензорезисторами измеритьнельзя, так как они реагируют только на линейные деформации, в эксперименте былаиспользована трехэлементная прямоугольная конструкция тензорозеток (рисунок 4.17). В такомтипе тензорозеток тензорезисторы расположены под углом 45° по отношению к друг другу.178а)б)Рисунок 4.17.

Прямоугольная трехэлементная тензорозетка: а) общая схема (рисунок взят изработы [35]), б) общий вид в экспериментеДанный вид тензорозеток используется в том случае, когда заранее известнынаправления главных напряжений (деформаций). В нашем случае, для ортотропного материаланаправления главных напряжений (деформаций) будут совпадать с направлением нитей основыи утка, т.е. с главными осями технической ткани с покрытием.

С помощью данного типатензорозеток будут вычислены главные нормальные и максимальные касательные напряженияв исследуемых точках конструкции с помощью классических выражений (1.2) и (1.3),приведенных в диссертационной работе.Согласно работе [35] общее уравнение преобразования деформаций при повороте осейкоординат имеет следующий вид:    x cos 2    y sin 2    xy cos  sin  ,    x cos 2    y sin 2    xy cos  sin  ,(4.1)    x cos    y sin    xy cos  sin  .2где2 x ,  xy ,  y , - искомые деформации по направлениям x (0°) xy (45°), y (90°), ,   ,   , - показания деформаций тензорезисторов в трех разных направлениях.Так как, в испытании используется трехэлементная прямоугольная конструкциятензорозеток, то углы 0°, 45°, 90° и выражения (4.1) преобразуется в следующий вид:   x ,   ( x   y   xy ) / 2,(4.2)   y .Для вычисления деформации сдвигавыражение: xyиз выражения (4.2) получаем следующее179 xy  2      (4.3)В соответствии с предварительными численными исследованиями конструкции изтехнической ткани с покрытием в форме гиперболического параболоида в ANSYS, а также сцелью и задачами, поставленных в диссертации, были найдены наиболее характерные иинтересующие точки на поверхности конструкции.

Схема размещения исследуемых точек наповерхности гипара, и схема установки тензорозеток представлена на рисунках 4.18 и 4.19.Рисунок 4.18. Расположение исследуемых точек для тензорезисторов в эксперименте180Рисунок 4.19. Общий вид установленных тензорозеток и тензорезисторов и YFLA-20 висследуемых точках гипараКомпенсационные тензорезисторы располагались непосредственно под исследуемойконструкцией (рисунок 4.20) и были приклеены на тот же самый материал Polymar 8212.Рисунок 4.20.

Схема расположения компенсационных тензорезисторовДля контроля показателей измерений с помощью тензорезисторов YFLA-20 былипоставлены в трех контрольных точках индикаторы часового типа, установленные в специальноразработанные под них алюминиевые элементы (рисунок 4.21).181Рисунок 4.21. Контроль деформаций тензорезисторов с помощью индикаторов часового типафирмы Hann+KolbДля определения усилий на двух из четырех опор в конструкции был установлен датчиксилы CAS SBA-1 и динамометр ДПУ-5-2 (рисунок 4.22). Тензорезисторы YFLA-20 и датчиксилы CAS SBA-1 были соединены в одну общую измерительную систему с помощью цифровыхдатчиков ZET 7010 и преобразователя интерфейса ZET 7070 компании ZETLAB.

Общая схемаподключения измерительного оборудования представлена на рисунке 4.23. С помощьюпрограммного обеспечения ZETLAB SENSOR производилась запись и обработка результатовиспытания (рисунок 4.24). Документы по поверке цифровых датчиков ZET 7010 приведены вприложении 3.а)б)182в)Рисунок 4.22. Общий вид положения датчика силы CAS SBA-1 (а), динамометра ДПУ-5-2 (б)и схема их расположения (в) в экспериментеРисунок 4.23.

Общая схема подключения измерительного оборудования к компьютеру183Рисунок 4.24. Запись результатов с помощью программы ZETLAB SENSORВлияние температуры на механические свойства технических тканей с покрытиемпоказано в разделе 2.1.5. Температура непосредственно при испытании конструкции былапостоянной и равнялась +20°С. Возможными незначительными колебаниями температуры прииспытании конструкции на кратковременную прочность пренебрегалось.Весь процесс испытания конструкции из технической ткани с покрытием былзафиксирован с помощью видеосъемки фотоаппаратом Canon, установленным на штатив(рисунок 4.25).Рисунок 4.25.

Видеосъемка фотоаппаратом Canon испытания конструкцииСогласно п. 10.3 и 10.4 СП 20.13330.2016 [67] снеговую нагрузку можно рассматриватьна половине или четверти площади покрытия, если это ведет к более неблагоприятной работе184конструкции, чем при полном загружении покрытия. В связи с этим, а также в соответствии сцелью и задачами, поставленных в диссертационной работе, и предварительными численнымирасчетами в ANSYS, при испытании конструкции из технической ткани с покрытием былрассмотрен вариант с несимметричной равномерно-распределенной нагрузкой, расположеннойна половине покрытия конструкции.При испытании конструкции из технической ткани с покрытием суммарная величинанесимметричнойравномерно-распределеннойнагрузкисоставила1,5кПа.Нагрузкаприкладывалась к конструкции шестью ступенями, величина каждой составляла 0,25 кПа.

Сцелью облегчения обработки результатов и решению конкретных поставленных задач вдиссертациивэкспериментезначениепоследовательныхзагруженийбыловыбраноодинаковым. За одну ступень прикладывалось 0,25 кПа. Общий вид конструкции передиспытанием и схемы приложения нагрузки представлены на рисунках 4.26 и 4.27.Рисунок 4.26.

Общий вид конструкции непосредственно перед проведением испытания185а)б)Рисунок 4.27. Схема приложения нагрузки на конструкцию в эксперименте:а) 1 ступень (0,25 кПа), б) 6 ступень (1,5 кПа)Сравнение результатов экспериментальных и численных исследований строительнойконструкции из технической ткани с покрытием в форме гиперболического параболоида принесимметричнойравномерно-распределеннойнагрузкепредставленывразделе4.6диссертационной работы.4.4.Численное исследование работы конструкции под нагрузкойВ диссертационной работе численный эксперимент, имитирующий проведенноеиспытание конструкции из технической ткани с покрытием в форме гиперболическогопараболоида, был выполнен в программном комплексе ANSYS.Моделирование металлического стенда в программном комплексе не выполнялось.

Такоерешение было принято из-за ничтожно малых перемещений металлического стенда дляиспытания по сравнению с перемещениями конструкции из технической ткани с покрытием, всвязи с большим сечением элементов труб (80х4 мм) и толщин пластин (5 мм) относительнотехнической ткани с покрытием с толщиной 0,5 мм.Общий вид исследуемой конструкции в программном комплексе ANSYS представлен нарисунке 4.28. Сварные швы моделировались удвоенной толщиной материала, как это и было вдействительности. Расположения сварных швов в численной модели в ANSYS полностьюсоответствовало расположению сварных швов в исследуемой конструкции.

Опорные узлыгипара моделировались в программе одной металлической пластиной с толщиной равной сумметолщин двух металлических пластин в опорном узле гипара (рисунок 4.7). Талрепы186моделировались металлическим стержнем с круглым сечением эквивалентным сечению талрепаМ12. Как и в исследуемой конструкции, по контуру гипара было выполнено моделированиеконтурного элемента - кедера.Рисунок 4.28.

Общий вид геометрии гипара в программном комплексе ANSYSВ численном эксперименте, имитирующем проведенное испытание конструкции, былиспользован тип элемента SHELL181 со специальной мембраной опцией (keyopt (1) = 1),которая предполагает работу элемента только на растяжение. Согласно руководству ANSYSMechanical APDL Element Reference [125] в расчетах с учетом геометрической нелинейности(large deflection) и с включенной мембраной опцией в элементах типа SHELL181 рекомендуетсяиспользовать треугольную форму элемента, как более надежную.Дляопределенияоптимальногоразмераконечногоэлементабыливыполненыпредварительные численные расчеты.

С учетом габаритов строительной конструкции былпринят максимальный размер ребра конечного элемента равным 50 мм. Кроме того, указанныйразмер конечного элемента обеспечил моделирование образования складок, совпадающих среальным распределением складок в конструкции в эксперименте. На рисунке 4.29 представленобщий вид конечно-элементной модели гипара в ANSYS.187Рисунок 4.29. Конечно-элементная модель конструкции в ANSYSВажно было согласовать направление главных осей материала (направление вдоль нитейосновы и утка) в соответствии с расположением главных осей в технической ткани с покрытиемв исследуемой конструкции (рисунок 4.30).Рисунок 4.30.

Расположения осей материала в конструкции в численном эксперименте вANSYS (ось X – направление вдоль нитей основы, Y –вдоль нитей утка)В практике проектирования выбор направления главных осей материала в строительныхконструкциях из технических тканей с покрытием является важной составляющей. В работе[136] показано влияние раскроя гипара (расположение нитей основы и утка в конструкции),значения модуля сдвига и соотношения высоты к пролету на перемещения конструкции(рисунок 4.31а).

При диагональном раскрое гипара главные оси технической ткани с покрытием188(нити основы и утка) располагаются от вершины к вершине конструкции (классическийвариант), при ортогональном – перпендикулярно стороне конструкции. В диссертациипроведены численные расчеты конструкции в форме гиперболического параболоида сдиагональным и ортогональным расположением главных осей материала и различнымзначением модуля сдвига. Результаты этих численных исследований представлены на рисунке4.31б.а)б)Рисунок 4.31. Влияние значение модуля сдвига материала в конструкции из технической тканис покрытием в форме гиперболического параболоида: а) на напряжения (рисунок взят из работы[136], б) на перемещения (первая цифра – значение модуля сдвига, вторая – перемещения)Предварительное натяжение в ANSYS на заданное усилие осуществлялось с помощьютемпературных воздействий на конструкцию.

Характеристики

Список файлов диссертации