Способ определения деформаций поверхности

(5) 5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМ АВТ ИДЕТЕЛ ЬСТВУ Волоконно-оптиче Приборы и систем , деп, в ЦНИИТЭ М 3608, 25.11.86 ЛЕНИЯ ДЕФОРМАительным элементом Щ оконный световод, ривизну. При дефоривизна световода изизменяются потери Проводят предвариика, По данным измет поверхностныеаавЪ уса его изгиба. Чувст датчика является во имеющий начальную мации поверхности кр меняется, при этом интенсивности света тельно тарировку датч рений определяю деформации. ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЦИЙ ПОВЕРХНОСТИ Изобретение относится к экспериментальной механике, а именно к определению деформированного состояния конструкций тенэометрическими методами,Известен способ определения деформаций с помощью оптических тензометров. При этом для измерения деформаций используется световой луч. Отсчет ведут по перемещению светового пятна по шкале тензометра, возникающему за счет поворота зеркала при деформации объекта.К недостаткам указанного способа относятся относительно большая база измерения, значительная удаленность шкалы тензометра от поверхности объекта, высокая погрешность, особенно при динамических измерениях, и сложность конструкции,Наиболее близким к предлагаемому является способ определения поверхностных деформаций с помощью волоконнооптических тензодатчиков, В основу способа определения деформаций положена зависимость потерь в световоде от ради(57) Изобретение относится к экспериментальной механике, к определению деформированного состояния конструкций тензометрическими методами. Цель изобретения - повышение точности и надежности, На поверхности объекта закрепляют изогнутую пластину с диффузно-отражающей поверхностью, направляют на поверхность пластины излучение, регистрируют интенсивность зеркальной или диффузной составляющей отраженного поверхностью излучения и по изменению интенсивности в процессе нагружения судят о деформациях, 4 ил 2 табл. Недостатками известного способа являются относительно низкая точность, особенно при определении малых(-10 - 10 ) деформаций, а также сложность конструкции датчика,Цель изобретения - повышение точности и надежности.Поставленная цель достигается тем, что на исследуемой малой локальной зоне закрепляют узкую пластину (ширина которой определяется диаметром пятна зондирующего излучения), имеющую начальную кривизну и шероховатую поверхность(параметры шероховатости обеспечивают диффузное отражение),При деформации поверхности абсолютная величина кривизны пластины изменяется (уменьшается при растяжении и увеличивается при сжатии). Направляют на пластину излучение и регистрируют величины зеркальной или диффузных составляющих интенсивности света. По этим данным определяют величину и знак соответствующей поверхностной деформации.Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что НДС поверхности определяют не за счет измерения потерь в волоконном световоде при изменении радиуса его кривизны, а путем измерения величин интенсивности зеркальной или диффузных составляющих отраженных лучей света при изменении кривизны шероховатой поверхности.На фиг. 1 показано изменение абсолютной величины кривизны датчика (уменьшение) при растягивающих напряжениях (при этом интенсивность зеркальной составляющей диффузно отраженного света возрастает:о); на фиг. 2 - изменение абсолютной величины кривизны датчика (увеличение) при сжимающих напряжениях (при этом интенсивность зеркальной составляющей диффузно отраженного света падает:о); на фиг. 3 - уменьшение абсолютной величины кривизны датчика при растяжении (аналогично фиг. 1), при этом интенсивность диффузной составляющей падает:о; на фиг. 4 - увеличение абсолютной величины кривизны датчика при сжатии (аналогично на фиг. 2), при этом интенсивность диффузной составляющей возрастает;о.Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.В исследуемой зоне закрепляют датчик, обладающий некоторой начальной кривизной и шероховатой поверхностью (обеспечивающей диффузное отражение света).При деформации поверхности происходит изменение абсолютной величины кривизны датчика, при этом изменяются величины интенсивностей зеркальной и диффузных составляющих отраженного света. Фиксируя эти изменения и проведя предварительно тарировку датчика, определяют деформации поверхности,Способ реализуют в следующей последовательности операций,Изготавливают датчики деформаций, чувствительные элементы которых представляют собой пластины с некоторой начальной кривизной и шероховатостью поверхности (обеспечивающей диффузное отражение света),Производят тарировку датчиков. Дляэтого крепят датчик к пластине и нагружают ее рядом фиксированных растягивающих нагрузок. Направляют на чувствительный 5 элемент датчика излучние и устанавливаютвзаимосвязь между поверхностными деформациями и изменением интенсивности зеркальной или диффузных составляющих отражен ного света.10 Крепят датчики в исследуемых точкахповерхности объекта.Направляют на чувствительные элементы датчиков излучение до нагружения объекта и в процессе нагружения.15 Фиксируют величины интенсивностейзеркальной и диффузных составляющих до нагружения объекта и в процессе нагружения,По этим данным определяют величины 20 соответствующих деформаций поверхности.П р и м е р 1, Пластину из низкомодульного материала на основе полистирола размерами 50 х 10 х 0,7 мм изгибали дугой 25 (стрелка дуги Ь = 10 мм, хорда= 16 мм) и втаком положении приклеивали вдоль оси к пластине из оргстекла (плексигласа) размерами 150 х 70 х 4 мм. Предварительно с помощью катетометра были определены 30 механические константы плексигласа (Е == 3140 МПа; р = 0,36) и материала пластины (Е = 570 МПа; и = 0,36), Используемый для приклеивания клей на основе эпоксидной смолы ЭД, отверждаемый при комнатной 35 температуре полиэтиленполиамином.На изогнутую пластину направляли световой луч под углом а = 30 к нормали в точке падения, Поверхность изогнутой пластины шероховатая (происходит диффузное 40 отражение света).С изготовленным образцом производили два эксперимента:1) измеряли интенсивность световогопотока, отраженного под углом зеркального 45 отражения а = 30 от шероховатой поверхности изогнутой пластины для ненагруженного состояния и нагрузок 392; 784; 1176 и 1568 Н (растяжение);2) измеряли интенсивность светового 50 потока, диффузно отраженного от шероховатой поверхности под углом 3 = 45 для ненагруженного состояния и нагрузок 392;784; 1176 и 1568 Н (растяжение).Предварительно образец был протари рован, По данным измерений по эмпирической формулео-- 1ь, 1, - (для эксперимента 1) (1)К 11716317 или 45 1-- 1е 1 = ц (для эксперимента 2) (2)1 ОК 2определяли главную деформацию(формулы применимы для малых деформаций);1 О (МВт) - интенсивность света, попадающего на приемник при ненагруженном состоянии пластины;1 (МВт) - интенсивность света, попадающего на приемник при нагружении пластины определенной нагрузкой;К 1, 2- константа, зависящая от параметров шероховатости, оптических свойств материала пластины, схемы проведения измерений,Та же величина рассчитывалась по закону Гука01 Рт= 1= (3) где Е(Н- приложенная нагрузка;А(м ) - площадь поперечного сечения пластины из плексигласа;Е (МПа) - модуль Юнга рода для плексигласа.Экспериментально определенные деформации сравнивали с теоретическими данными.Результаты приведены в табл. 1.П р и м е р 2. Образец изготовлен аналогично, как и в экспериментах на растяжение, за исключением размеров пластины из оргстекла. Они равны: 90 х 70 х 4 мм.При тех же схемах измерения и уровнях нагрузки, что и в экспериментах 1 и 2, произведены измерения при сжатии пластины. Затем по формулам (1) и (2), но с другимиконстантами определены величиные 1 поформуле (3) - величина е 1,.Результаты измерений и вычисленийприведены в табл,Для проведения экспериментов использовали пресс ч 11-7, лампч накаливания МН(Р =15 Вт, 0 =26 В); систему линз; стабилизированный регулируемый блок питания"АГАТ"; стабилизированный измерительмощности оптического излучения "Кварц -. 1 н и катетометр КМ,Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключаетсяв получении реальной картины состоянияповерхности, находящейся в сложном деформированном состоянии. Формула изобретения Способ определения деформаций поверхности, заключающийся в том, что закрепляют на поверхности объекта торцами чувствительный элемент, направляют на элемент излучение, регистрируют интен сивность излучения после элемента и по ееизменению в процессе нагружения судят о деформациях,отл ич а ю щи йс ятем,что, с целью повышения точности и надежности, элемент выполняют в виде изогнутой пластины с диффузно-отражающей поверхностью, излучение направляют на поверхность пластины, а в качестве регистрируемой интенсивности излучения выбирают интенсивность зеркальной или 35 диффузной составляющей отраженного поверхностью излучения,1716317 оо е вфа мфлсчм ф- сГм - фФФФ млсч1 -. - ОВ М ф М М 3 с 3 с 3 СЧО СО О м Ф счв м о.о - ооо ооо о ос фСЧф Фвм сг сом о О О ф- о ооо ооо ооо фСчф фСЧСО фФвм свсф) ФсОм Ффм ооо -ооо ооо ооо ООО ООО ООО ООО со в в офЛфф 3 3 ОСОс 3 с 3 сГ с 3сч сч сч сч в в в в сч м е и) фф ф сй 0-Г лффСЧ СЧ СЧ СЧЮ 01 30 30 в в в 30 .0 0 .0СЧ Сч СЧ СЧСч СЧ Сч Сч С 0 В Л 30"СЧ СЧ СЧ СЧф ф ф ф Сч Сч Сч СЧ фффффффф мммммммм ОООООООО фффффффф мммммммм ОООООООО ОООООООО Е 3 а ОООООООО Ч с 3 Г Ф й Ч" Ф с 3 мммммммм СфСЧ ФфСЧ СЧ сйСЧ Й ФфСЧ с 3 фСЧ - СЧ Ф - СЧ с 3 л л Ъ ОООООООО СО СО СО СО СО СО СО СО СЧ Сч Сч СЧ СЧ СЧ СЧ Сч ОООООООО СО ф СО СО СО СО СО СО СЧ С 4 СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧсф СЧ ЗфОВф ОВСО мл мл СЧфО В СОО В СОмл сф)л Ж ь О й ч(Ц ) 1- цо С: Б Ш 1 С ХС ФоМ 5Л С 3. ОМО Й мсО С 3 ВМ ЗЗо ооо ооо ф СЧ ф т в м сГ сО м оо ооо ооо ооо 5 с Ю Ж о о й ц) 1 Ь ЩСЧ ФСЧ мфв с 3 ф м оооо ооо ООО ооо ч мм СЧ ЬОЛ с сом оо ооо ооо ооо, / с фф 7 1 С Хд Р 81 дРаг.4Составитель Ю,Рудяк Редактор А.Лежнина Техред М.Моргентал Корректор Э,Лончакова аказ 603 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1