Способ определения динамических деформаций материала

(51)5 С 01 В 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР гщииаиаъймвю ЪЙЪещОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ(71) Институт проблем механикиАН СССР(53) 531.781/.2(088,8) вышение чувствительнос е апазона изме и расширени и формаций. Поставленная ся тем, что в качестве ьзуют пьезоэлектричесатели, выполненные в пипеда с прямоугольным следующим соотношением амиче достигаеиков испо кие пр иде п снова зо аллел ем со Ьразмеров: - (8-10), где Ь - высота(54) СПОСОБДЕФОРМАЦИЙ МА (57) Изобрет бам определе ций и может личных отрас ении, судост ИНАМИЧЕ С КИХ ПРЕДТЕРИАЛА а пьезо- ндикуляр тся к спосоеских деформ зовано в раз ние отно енци- лрмиия динамыть исп- машиностроп. Цель изобх техн рассчи 4 ил.оении Изобретение относится определения динамических может быть использовано в фи спо со бам формаций азличных иняты сл дующи - шир 2 начения:2 Ь - толщСпосо длинпреобществл н теля.ледующим траслях техники - машиностроостроении.Целью изобретения являетс ии, с т азом. повыш На объек станавливают в лениях два пье е чувст теля, вь педа, ко показана установ пр ллелеп вой гр еометью на а, а по каьрмацляют я ю опр стей; з сле пазона изм маций.На фиг, образовател рия; на фи грамм коле трех различ тельности и расширение ди рений динамических дефоря на объекте и его 2-4 пример интер аний круглой пласт ных частот.большая сторона основ рение производится следующ На исследуемый объект в ин нас области наклеиваются д электрических датчика перп но друг другу. По измеренн алам, снятым с датчиков пр ровании объекта и датчиков ваются искомые деформа нальных направ трических прео ных в виде парразмещают боко ности материал дому направлен дующих зависим ортогооэлекполненторыеоверх5 163 Для суммы деформаций (1., +; ) при помощи приведенных формул и соотношений электроупругости после некоторых преобразований получаем Е(5) где верхние индексы (О) и (1) означают принадлежность величины к внутреннему электроупругому состоянию или погранслою соответственно.Погранслой должен снимать невязки в граничных условиях на свободных краях х = +а, появившиеся после расчета внутреннего электроупругого состояния (напряжения внутреннего электроупругого состояния постоянны по всей пластинке). Так как на краю датчика(у,)= сопзс, то имеет место проо)порциональностьИ (о)в,аз = ра 5,. (6) Коэффициент пропорциональности р определяется из решения задачи для погранслоя, но он может быть определен и экспериментально, как и предлагается в данном способе. По отдельности определить компоненты широкой пластинкой не удается.В случае выполнения пьезоэлектрического преобразователя в виде параллелепипеда с квадратным основанием погранслой, которым раньше пренебрегали, становится соизмеримым с внутренним электроупругим состоянием, вносит свой вклад в наведенный электрический потенциал и тем самым дает возможность выделить направление измерения (т.е. и = а).Полное электроупругое состояние пьезостержня представим в виде суммы внутреннего электроупругого состояния .и погранслоя. Учитываем только погранслои, возникающие у длинных сторон стержня х 1 = 1 а, и для определенности считаем, что стержень наклеен вдоль оси хВ данном случае выражение (1) на поверхности 2 = Ь запишется какО15 Используя соотношения (2) - (6) для внутреннего электроупругого состояния и погранслоя, можем получить следующие формулы для определения деформаций, ЯЕ = В(СЧ-СЧ, )/(С,-С);Я = В(СЧ, -С Ч )/(С,-С ), (7) где С = 1 + 1-р;С = 1 -1 (1-р);Я (1-1) зз (р) Кз 1 1В -- (1+--- /+Ч 1,Ч у - измеряемые потенциалы сдатчиков, наклеенных20Вдоль хх линии соответствейно,Таким образом, формулы (7) связывают величины электрических потенциалов Ч 1, Ч с двух пьезодатчиков с ди 25 намическими деформациями в упругомтеле.П р и м е р 1. Способ экспериментально проверялся для случая колебаний круглой стальной жестко защем 30 ленной пластины 9160 мм, толщиной1,8 мм. Колебания пластины возбуждались с помощью бесконтактного электромагнитного вибратора, управляемогозвуковым генератором и усилителем мощности. Частота возбуждаемого сигналаизмерялась цифровым частотомером сточностью + 1 Гц. Экспериментально исследовались параметры колебаний пластины в случае резонансных частот. Дат 4 О чики для реализации предлагаемого способа представляли собой стержни с размерами 1,5 10 х 1,510 х 1,3-310 м , вырезанные из пьезокерамической пластины марки ЦТС. Исполь 45 зовались два датчика, расположенныена расстоянии г = 40 мм от центрапластины в месте пучности перпендикулярно друг другу. Датчики приклеивались к поверхности пластины клеем ти 50 па циакрин. Сигналы с датчиков подавались на однолучевой запоминающийосциллограф С-13,В основу тарировки была положенаголографическая методика, позволяющая5 5 получить усредненные по времени голографические интерферограммы пластины,совершающей установившиеся гармонические колебания. С помощью интерферограмм (фиг. 2) определялось распре 1631259деление амплитуд прогибов по поверхности пластины, По величинам прогибов пластины теоретически рассчитывались деформации для мест размещениядатчиков. По рассчитанным таким образом величинам деформаций и показаниям, снятым с датчиков для случаяформы колебаний пластины ш х и == 0 х О, находилась константа р=-2,5,На другой раскачке этой же резонансной формы при известной величине росуществлялись измерения деформаций;1 Я(касательных к поверхностипластины) при помощи значений, измеренных с датчиков потенциалов Ч,Ч.Например, значения измеряемых потенциалов были равны 140 10 ЭЧ и1610 Ч, Экспериментальное значениедеформации 5 при этой раскачке оказалось равным при этом 0,5110теоретическое 0,49 10-, Значение деформации Я было близко к нулю, поэтому измерение его не проводилось.П р и м е р 2. Способ реализовался, как описано в примере 1, но указанными пьезодатчиками измерялись деформации на частоте 1340 Гц, Формаколебаний которой имеет две полуволны по угловой координате (фиг. 2 б), 30Измеренные значения потенциалов былиЧ = 460 10 Ч, Чд = - 61010 Ч.Экспериментально определенные деформации составляли Яр= 3,1710 , 5=-61,8 10, теоретические Яу = 3,2к 10 , Я= 1,6, 10 . Линейная зависимость от амплитуды колебаний контролировалась.Таким образом, данный способ даетвозможность измерять малые динамические деформации л 10 - 10 8,Формула из о бре тенияСпособ определения динамических 45 деформаций материалана плоскости,включающий размещение на поверхности матери- ала двух датчиков,оси чувствительностикоторых перпендикулярны друг другу, регистрацию сигнала с датчиков и по соотношению их определение величины деформации, о т л и ч а ю щ и й с ягде В= С= + 1-р; Ч и Ч - измеряемые электричес 2кие сигналы с датчиков Ч;С 2 = 1 + 1 (1-р);- упругая податливостьпьезокерамического материала из которого из 2готовлены датчики,м /н;- коэффициент Пуассонапьезокерамики;пьезоэлектрический модуль пьезокерамики,кл/н;- относительная диэлектриззческая проницаемостьпьезокерамики;- толщина пластины;- коэффициент, характеризующий конкретный пьезодатчик;коэффициент электромеханической связи пьезокерамики;- любое натуральное число;- проводимость регистрирующей цепи;- круговая частота волныизмеряемой деформации;площадь электрода,тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения диапазона измерения, в качестве датчиков используют пьезоэлектрические преобразователи, выполненные в виде параллелепипеда, которые размещают боковой гранью на поверхности материала, а деформацию по каждому направлению определяют из следующих зависимостей.1631259 Составитель В.Савичеведактор Н,Швыдкая Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенк и ГКНТ С роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 з 533НИИПИ Государст Тираж 383 Подписноенного комитета по изобретениям и открытия3035, Москва, Ж, Раушская наб , д. 45