Способ определения напряжений в конструкциях

. СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК сЮ 4 С 01 В 5/30 ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫ 1 ИИОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ч ии.(46) 23.12.85. Бюл. В 47 (71) Институт механики АН УССР и Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов Мингазпрома СССР(56) Авторское свидетельство СССР У 807039, кл. С 01 В 5/30, 1979.Авторское свидетельство СССР В 1024691, кл. С 01 В 5/30, 1982, (54)(57) СПОСОБ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В КОНСТРУКЦИЯХ,. заключающийся в том, что на поверхности исследуемой конструкции устанавливают чувствительный элемент, нагружают конструкцию, освобождают чувствительный элемент, растягивают его, измеряют предел текучести и определяютнапряжения в конструкциях, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей, перед установкой на конструкцию чувствительный элементрастягивают до предела упругости,после освобождения фиксируют длинучувствительного элемента, во время растяженияфиксируют начало егоразгрузки и полученные данные используют при определении напряже5О15 55 Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения напряжений в конструкциях,Известен способ определения напряжений в конструкциях, заключающийся в том, что на поверхности исследуемой конструкции устанавливаютчувствительный элемент в.виде упругого элемента с размещенным на немтензодатчиком, нагружают конструкциюи измеряют деформацию чувствительного элемента и по ней определяютнапряжения,Недостатком известного способаявляется невысокая точность определения уровня напряжений и виданапряженного состояния из-за дискретности их измерения и неоднородности материала упругого элементаи клеевого соединения.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способопределения напряжений в конструкциях,. заключающийся в том, что наповерхности исследуемой конструкцииустанавливают чувствительный элемент, нагружают конструкцию, освобождают чувствительный элемент,растягивают его, измеряют пределтекучести и определяют напряженияв конструкциях,Чувствительный элемент выполняютв виде пластины, из которой посленагружения и освобождения изготавливают образцы,Недостатком данного способа является ограничение его примененияобластью контроля пластических деформаций растяжения, так как в упругой области материал не упрочняется и пределы текучести не изменяются, а при сжатии чувствительныйэлемент теряет устойчивость и изгибается, и сложность, связанная снеобходимостью разрезки чувствительного элемента-пластинки и изготовлением образцов,Целью изобретения является расширение йункциональных возможностейспособа. Цель достигается тем что, в способе определения напряжений в конструкциях, заключающемся в том, что на поверхности исследуемой конструкции устанавливают чувствительный элемент, нагружают конструкцию,20 25 30 35 40 45 50 освобождают чувствительный элемент,растягивают его и измеряют пределтекучести и определяют напряженияв конструкциях, перед установкойна конструкцию чувствительный элемент растягивают до предела упругости, после освобождения фиксируютдлину чувствительного элемента, вовремя растяжения фиксируют началоего разгрузки и полученные данныеиспользуют при определении напряжений,На фиг.1, 2 и 3 представленыграфики зависимостей удлинения чувствительного элемента 6 1 от величины нагрузки в различных случаях (на фиг.1 - в случае нагруженияконструкции растягивающей нагрузки;на йиг,2 - растягивающей нагрузкойс последующей частичной разгрузкой;на фиг.3 - сжимающей нагрузкой,вызвавшей частичную разгрузку чувствительного элемента; точками, с, б на графиках обозначены различные состояния чувствительногоэлемента); на фиг,4 - диаграммы растяжения чувствительного элементаб(Я) и Б 1 - кривые 1 и 2 соответственно,Описываемый способ реализуетсяследующим образом,Перед установкой на конструкциючувствительный элемент предваритель 1но растягивают до предела упругости (точка ц на фиг.1,2,3), устанавливают на конструкцию при помощизажимов и нагружают ее, При этомпредварительно растянутый чувствительный элемент перейдет в состояние, определяемое точкойв случае на фиг,1, в состояние, определяемое точкой 5, а затем 3 в случае на фиг,2, в состояние определяемое точкойна фиг.3. Затем освобождают чувствительный элемент(освобождением одного из зажимов),Чувствительный элемент начинаетсокращаться (точка с на йиг,1,2,3),Фиксируют длину чувствительногоэлемента,Затем чувствительный элемент растягивают, фиксируют начало разгрузки чувствительного элемента (точкав случаях на фиг, 1 и 3 и точкав случае на фиг.2).Определяют деформации д 4 ио и новый предел текучести материала чувствительного элемента,дЕ, Е7 Е, 0 Е,10 15 20 25 30 По этим величинам, определенным восевом и окружном направлениях спомощью двух чувствительных элементов, определяют относительные деформации в этих направлениях и напряжения по известным зависимостям: где 1 г - база измерений;и Е - относительные деформацииасоответственно в осевоми окружном направлениях;и ь - деформации соответственно е чв осевом и окружном направлениях,По значениям деформаций К и Г 1 находят соответствующие напряжения в трубопроводе по формулам Е(ЕгцЕ 0 ЦЕ,111 Е 1(1)Л3 1 г ) Я 1,г где Е - модуль Юнга, а 1 ц - коэффициент поперечной деформации, определяемый в зависимости от величины отношения интенсивности напряжений б, к интенсивности деФормаций Е, по формуле1 1-29 Й2 ЗЕ Я(3) Четыре уравнения (1) (3) образуют систему с пятью неизвестными ЫУ,(И, Е;, д; ). Учитывая, чтоявляется известной функцией Е; инвариантной к виду напряженного состояния и определяемой на основании диаграммы одноосного растяжения, указанная система уравнении решается методом последовательных приближений. Вначале задаются величиной б; , затем по графику.б, (Я;) (см. Фиг. 4) находят Е; , а по Формулам (2) и (1) - 1, б и б 0По формуле (3) определяют уточненное значение б; . Процесс повторяют до тех пор, пока разница ь ; в двух последующих приближениях не станет меньше заданной погрешности 35 40 45 50 3, т,е. пока не удовлетворится условие 1," - б(.е 3 гдеЪ 1Ф номер приближения,Способ можно проиллюстрировать чис 1 товым примером.К поверхности цилиндрической оболочки с заглушенными торцами, изготовленной из стали 09 Г 2 ФБ, точечной сваркой приваривают зажимы для крепления чувствительных элементов в осевом и окружном направлениях. Чувствительные элементы изготовлены из той же стали, что и оболочка. Размеры поперечного сечения элеменгтов 61 мм . Диаграммы растяжения о(Я) и И; (Е,) стали 09 Г 2 ФБ показаны на Фиг,4 соответственно кривыми 1 и 2.При установке на оболочку оба чувствительных элемента растягивают так, что удлинение в пределах базыизмерений (1 = 20 мм, цена деленияшкалы прибора 0,001 мм) составляет0,04 мм ( относительная деформацияпри этЬм равна Я = 0,27), и в такомположении закрепили. При снятых натяжном устройстве и измерительномприборе оболочку нагружают внутренним давлением до г = 115 атм. Сучетом размеров оболочки (отношение толщины стенки к диаметру равно0,016) такому давлению соответствуютнапряжения: 1 = 182,1 а =364 МПа и интенсивность напряжений б =315 МПа.Как следует из диаграммы д;( Я;)(на фиг.4) указанный уровень напряжений соответствует упругой области деформирования.После установки натяжного устройства и тензометра крепежныйболт правого зажима отпущен и чувствительные элементы частично разгружены. При повторном растяженииосевого и окружного чувствительныхэлементов в момент достижения стрелкой тензометра нулевого положениябыли зафиксированы нагрузки, которымна диаграмме Р - й 6 соответствуютудлинения 0,046 мм в осевом направлении и 0,076 мм в окружном. Вычитая удлинение йри начальном натяжении чувствительных элементов, найдемудлинение чувствительных элементов (в пределах базы тензометра),вызванное деформацией оболочки:60 = 0,006 мм; р,О = 0,036 ж. Разделив эти значения на 1 г, ползучим: Я = О,ОЗХ и Я, = 0,182. Иэ условиясовместности деформирования оболочки