Способ измерения изгибающих моментов в элементах конструкций

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ПУБЛИК 151)5 0 01 В 5 ИЗО ЕТЕНИЯ ОПИСАН ВТО аллургически машиностроес, 572.ные машины и с. 176 - прото- ЗГИБАЮЩИХ Х КОНСТРУКГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИМОМЕНТОВ В ЭЛЕМЕНТАЦИЙ Изобретение относится к технике измерений и касается измерения изгибающих моментов в элементах конструкций,Известен способ измерения поперечной нагрузки, заключающийся в регистрации относительного прогиба стержня на концах продольного измерительного участка. Недостатком этого способа является низкая точность, особенно при малых стрелах прогиба элемента.Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому техническому решению является способ измерения нагрузки в сечениях стержня, заключающийся в регистрации относительных прогибов продольной оси в двух сечениях, равноотстоящих по разные стороны от основного сечения, причем об изгибающем моменте судят по разности прогибов.Недостатком этого способа является прямое измерение стрелы прогиба относительно базы измерения.Это приводит к тому, что такое непосредсгвенное измерение стрелы прогиба(57) Изобретение относится к технике измерений, касается измерения изгибающих моментов в элементах конструкций и позволяет повысить точность измерения. С этой целью измерение проводят путем перемещения от центра 0 базового участка 3 вдоль него калиброванного по высоте измерительного стержня (ИС) 4 до касания им поверхности деформируемого элемента, фиксируют это перемещение Ь = ОС ИС 4 относительно центра 0 базы 3, а действующий изгибающий момент М определяют по формуле, приведенной в тексте описания. 1 ил. сложно по техническому осуществлению является неблагоприятным с точки зрения точности, поскольку ошибка в измерении стрелы прогиба многократно увеличивается при определении кривизны объекта измерения. Тем самым ставится задача определе-ния изгибающего момента в элементе конструкции путем выбора оптимальной последовательности измерений для достижения максимальной точности.Целью изобретения является повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения, заключающемся в, том, что измеряют прогиб на базовом участке деформируемого элемента и по результа-, там измерения определяют изги 5 ающий момент, измерение проводят путем перемещения от центра базового участка вдоль него калиброванного по высоте измерительного стержня до касания им поверхности деформируемого элемента, фиксируют это перемещение, а изгибающий момент определяют по формулех( Во 3,сти мате ия элемента меритель но ст и+(а- Йо 1изгибная жесткость элемента, Нм ы оценить точность предложенн ба измерений, необходимо взя дную от изгибающего момента М ряемому параметру (в данном сл где И -Чтобго спосопроизвопо измечае Ь): дМ где Е - модуль упруго риала элемента конструкции;.1 - момент инерции сеченконструкции;Ь - высота калиброванного из 0го стержня;2 а - длина базового уча ка;Ь - величина перемещен я измерительного стержня;Р 0 - начальный радиус кривизны эле мента конструкции.Перемещение калиброванного стержня вдоль установленной на поверхности. элемента базы вплоть до касания его поверхности позволяет исключить технически 20 сложно осуществимую и не обладающую достаточной точностью операцию измерения стрелы прогиба элемента и заменить ее на достаточно простую операцию измерения смещения калиброванного измерительного 25 стержня относительно центра базы. Точность определения изгибающего момента повышается в 5-10 раз.На чертеже представлена схема осуществления измерений на криволинейном 30 стержневом элементе 1 конструкции, который до загружения имел начальную упругую пинию 2 с радиусом кривизны Вс. Под действием момента М упругая линия стержня 2 искривляется и приобретает радиус кривиз ны й. На заданный участок АВ элемента 1 устанавливают базу 3 измерения длиной 2 а, от центра которой 0 сдвигают калиброванный измерительный стержень 4 высотой Ь. При осуществлении способа следует изме рить смещение Ь = ОС измерительного стержня 4 относительно центра 0 базы 3, а действующий изгибающий момент М определить по формулеМ=Е 3 х 452 Ь( а+Ь а-Ь )2+(а+Ь)2 Ь 2.1 (а Ь)2Поскольку измерения будут производиться исходя из условий Ь а 2; Ь а то формулу можно упроститьЬ = - з Е (а)бМ 4 ЬОпределяют точность при использовании существующих способов, когда измеряют стрелу прогиба Ь конструкционного элемента 1, Для этого находят производную от изгибающего момента по ЬдМ -2 Ь Ец Р- , - ,)1.цгУ; )г1-п ( + )+) +) 1 фь+) . )цПри тех же условиях элемент умеренной кривизны Ьа, а измеряют как обычно2 2максимальную стрелу И его прогиба, когда Ьа, получают после упрощений 2г 1 Ь 2бМ 2 нных зависимо- равной точности мм) линейных весте и) или Ь (при , предложенный ающих моментов Из сравнения получестей (а) и (б) видно, что приизмерения(например +.1личин Ь (призаданной высзаданном Ь), т.е. Ь Ь = ЬЬспособ определения изгибточнее традиционного в ебЧ 1 аОМ 2 И Если учесть, что Ча= 0,10,05, то точность измерений предложенного способа увеличивается в я = 5-10 раз. Такого повышения точности всегда можно достигнуть путем выбора соответствующего размера АВ измерительной базы 3. Можно показать, что добиться большей точности, чем в предложенном способе измерений, не удается (например, путем вариаций длины базы и т,д,). Поэтому данный способ измерения наиболее предпочтительный для практической реализации. В качестве примера конкретного,выполнения способа показательны измерения действующих изгибающих моментов в стальной рамной арочной крепи КМП-АЗ из спецпрофиля СВП, установленной в полевом откаточном штреке гор. 717 м ш. им.50-летия ССС п,о. "Краснодонуголь", Начальный радиус кривизны верхняка крепи составлял Ко = 2,37 м, модуль упругости стали Е = 2 10 Па, момент сопротивленияЗ 1спецпрофиля 1 = 6.39 10" м . После проведения горной выработки и установки крепи, которая подверглась нагружению со стороны массива горных пород в результате про 1768929явлений горного давления, верхняки крепи прогнулись и их радиус кривизны В увеличился. Измерения производили в верхней части арочной крепи (вершине свода) устройством с базой 3 длиной 2 а = 1,0 м и 5 измерительным стержнем 4 с калиброванной высотой Ь = 0,05 м, Установив базу 3 на верхняк 1, перемещали вдоль базы 3 закрепленный на ней (с возможностью перемещения) измерительный стержень 4 10 вплоть до касания спецпрофиля и регистрировали смещение (Ь = 0,157) стержня 4 относительно центра 0 базы 3, после чего определяли изгибающий момент М, действующий на этой части элемента, подставляя 15 все известные величины в исходную формулу. М=Е) х 2 й20 17 1= 203Определяют тучен данный резуформулой (а):дМ Ь=ф4 5 где Е - модуль упругости матер ла элем 0 та конструкции;3 - момент инерции сечения згементаконструкции;Ь - высота калиброванного измерительного стержня;5 2 а - длина базового участка;Ь - величина перемещения измерительного стержня:,Яо - начальный радиус кривизны элемента конструкции.0 ен ществуюле (б) ОМ10+10224- Во = 2 10"6,39 10 б.х 26 н.м. = 20,326 Кн.м.очность, с которой польтэт, воспользовэвщис ХЕ ЛЬ -2 10" 639 Х053Х 10 10 =2063 н,м. =2,1 Кн.м,где ЬЬ - точность, с которой определяетсяположение измерительного стержня 4 относительно центра 0 базы 3, ЬЬ = +10м,Окончательно получаютМ = (20,3,1) Кн.м.,что гарантирует 10 точность определенияизгибающего момента М, вполне достаточную для принятия технических решений.Оценивают точность традиционного (сущега) метода измерений по форму-р - ЛЬ=+ - Е 3 - +2236,3910 10н,м, = .ф.10,2 Кн.м. где Ь - точность измерения стрелы проглба, ЬЬ = +-10 м.Отсюда следует, что точность оказалась ниже в 5 раз и составляет 50 оь от измеряемого момента, что недопустимо.Таким образом, использование изобретения позволяют в 5-10 раз повысить точность измерения изгибающего момента при сравнительно простой конструктивной реализации предложенного способа, что важно при массовом обследовании состояния изгибаемых конструктивных элементов.В настоящее время даны теоретические обоснования способа, разработано устройство и проведечо его шахтное испытание. Внедрение способа намечено при строительстве и реконструкции угоЛьных шахт в Донбассе лабораторией горной геомеханики КГМИ.Формула изобретения Способ измерения изгибающих моментов в элементах конструкций, заключающийся в том, что измеряют прогиб на базовом участке деформируемого элемента и по результатам измерения определяют изгибэющиймомент,отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измерение проводят путем перемещения от центра базового участка вдоль него калиброванного по высоте измерительного стержня до касания им поверхности деформируемого элемента, фиксируют это перемещение, а изгибающий момент определяют по формулеМ=ЕЛ х1768929 оставитель Н. Ярославцеваехред М. Морге нтал Корректор 3. Са эктор роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина 101 каэ 3636 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушскэя наб 4/5