Датчик напряженного состояния деформируемой среды

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХРЕСПУБЛИН 4(51) С 01 Ь 1/22, 9/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪ 9(7) Московский автомобильный заводимени И.А.Лихачева (производственноеобъединение ЗИЛ)(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 694780, кл. С 01 Ь 1/04, 1978.2. Авторское свидетельство СССРУ 268705, кл. С 01 Ь 1/20, 1968(54) (57) ДАТЧИК НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОИ СРЕДЫ, содержащийупругий элемент, выполненный в форме криволинейной поверхности, и тензопреобразователи в количестве не менее чем ко одному на каждый измеряемый компонент тензора напряжения,установленные на поверхности упругого элемента, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, криволинейная поверхность упругого элемента ограничена диаметральной плоскостью, выполненной в виде жесткого основаниядатчика, при .этом один конец упругогоэлемента соединен с основанием шарнирно, а другой с возможностью перемещения.1137350 Изобретение относится к областиисследования деформируемой среды,например грунта с низкой несущей способностью,Известно устройство для определения напряжений в сыпучей среде, содержащее тензометрический датчик си".лы, размещенный в свободном концештанги, другой конец которой установлен в корпусе, с. возможностью осевого перемещения для замера напряжений внутри сыпучей среды 13.Недостатком устройства является.невысокая точность измерений, таккак в оощем случае нагружения сыпучей среды, когда нормальные и тангекциальные напряжения образуют систему, произвольно ориентированнуюотносительно датчика, оно измеряеттолько одну составляющую вектора напряжения.Наиболее близким по техническомурешению к изобретению является датчикнапряженного состояния деформируемой среды, содержащий упругий эле- .25сект, имеющий криволинейную поверхность, например шар,и тензопреобра-зователи в количестве не менее чемпо одному ка каждый измеряемый компонент тензора напряжения, установленные на поверхности упругого эле"мента 2 .Недостатком этого датчика является невысокая точность в случае пе-.:ремещения в средах с ограниченнымивосстанавливающими деформациями, например в грунтах .с влажностью нижепредела текучести, так как он измеряет искаженные значения компонентов тензора напряжений вследствие наличия областей на поверхности упругсго элемента датчика, не имеющихконтакта со средой.Цель изобретения - повышение точности измерений напряжений в случаеперемещения в средах с ограниченнымивосстанавливающими деформациями,Указанная цель достигается тем,что в датчике напряженного состояниядеформируемой среды, включающем упругий элемент, выполненный в формекрйволикейной поверхности, и тензопреобразователи, установленные вкем в количестве не менее,чем по одкому на каждый измеряемый компоненттензора напряжений, криволинейная поверхкасть упругого элемента ограничена дчаметральной плоскостью, выполненной в виде жесткого основания датчика, при этом один конец упруго- го элемента соединен с основанием шарнирно, а другой - с возможностью перемещения.На чертеже показан датчик напряженного состояния деформируемой среды, общий вид.Датчик напряженного состояния деформируемой среды состоит из упругого элемента 1, один конец которого посредством податливой серьги 2 закреплен с воэможностью перемещения относительно жесткого основания 3, а другой конец прикреплен шарнирно нри помощи оси 4 к основанию 3, яв= . ляющемуся базой датчика. Тензопреобразователи 5 установлены в фиксированных точках на упругом элементе, Снятие сигналов с тензопреобраэователей производится известным устройством (не показано).В случае измерения компонентов тензора напряжений, действующих в плоскости, достаточно использовать упругий элемент, выполненный в виде криволинейного бруса, образующе-; го криволинейную тензобалочку с тремя закрепленными текзопреобразователями.Работу датчика, напряженного состояния деформируемой, среды можно описать следующими зависимостями и соотношениями, которые получены расчетным путем и экспериментально.Дифференциальные зависимости между внутренними силовыми факторами и нагрузкой в кривом брусе имеют вид: фф35 =) 38 О35(3) где Ы 5 - дифференциал длины осибруса;р - радиус кривизны;с), и- интенсивности распределенных нагрузок, соответственно перпендикулярныхи параллельных оси бруса;6, И, М - поперечная и продольнаясилы и изгибающий моментбруса.Известны сотношения:х 2 К Ер " " соэ 2(3+Ф э 1 о 2/ (4)г 2 ХЯ ф з 1 п 2 р+ Т сов 2 р, (5)) 1 Э2 25 30 35 Составитель В.РодинТехред Л.Коцюбняк КорректорО.Луговая Редактор Л.Веселовская Заказ 10512/0 Тирах 898 Бодписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3 1137 где 6, 6,Т - напряжения, действующиех 1в грунте вблизи площадки с углом наклона кбазовым координатамСчитают, датчик напряжений на столько мал, что в близлежащем объеме грунта напряжения 6, 6 и Ф не меняются.Для криволинейного бруса постоянной кривизны 10 Если за базовые координаты принятыоси 1, 3 главных напряжений, то уравнения (4) и (5) упростятся:й- Яс 052 Ы (7) 6,6 - главные максимальное иминимальное напряжения;0 - угловая координата всистеме (1,3).Продифференцировав уравнение (2) и подставив затем в уравнение (3) с учетом (6), (7) и (8), получают- у-+Я=Зр 451 п 2 о . (9)п(Решение дифференциального уравнения (9), есть 9=-1 Р 5 М 2 о( (1 О)Подставив решение (9) в уравнение:(-2 с 020 С- Д+4 с 05 20)Р:-(Ъ+4 с 05 2 а)р. 350 4Положение координат 1, 3 относительно базовых неизвестно. Выражают их через угол 9 , как о = Д - О а для определения трех неизвестных величин Ъ, 4, 6 при заданных М инеобходимо иметь систему трех уравнений:и,.:-оао Оооо г(е,-е 11, Сц) где 1= 1, 2, 3.Решение системы уравнений (12):ю ФРЬ -ю 516 Ь4 с 05 Ь -О( с 05=бгс 1 + ЗТ Кг 2о к оооо (о -Е - -е;о(Ь-Е)Р 1.2 ."1 г22 2.Разрывное продольное усилие М; определяют по показаниям трех тензопреобразователей, установленных на поверхности криволинейного бруса в местах с координатамиРазмеры упругого элемента подбирают иэ условия усреднения неоднородности исследуемой среды, а его жесткость должна превьппать жесткость деформируемой среды.Технико-экономическая эффективность заключается.в повышении точности измерений напряжений, действующих в легкодеформируемой среде при перемещении датчика внутри сре- ды, Кроме того, точность измерений не зависит от положения датчика и степени текучести среды.