Напряженное состояние служит критерием прочности, которое, однако, не может быть оценено прямыми методами. Как правило, напряженное состояние определяется через деформации или какие-либо сопутствующие изменению напряжения эффектами (изменение оптических или магнитных свойств, частотных характеристик и т.п.).
Тензометрирование является основным методом исследования прочности,
деформативности, надежности конструкций и материалов.
Тензометрические исследования имеют большое значение вследствие усложнения форм и условий эксплуатации конструктивных элементов, поскольку при этом существенно снижаются точность и достоверность инженерных расчетов.
Тензометрические методы могут быть использованы для решения многих задач связанных с эксплуатацией инженерных конструкций, задач, решение которых аналитическими и численными методами невозможно.
- Тензометрический метод исследования НДС натурных конструкций
НДС определяется расчётными и экспериментальными методами в виде распределения напряжений, деформаций и перемещений в конструкции и является основанием для оценки статической прочности. При расчётах НДС определенным образом идеализируется расчётная схема. Различают общее и местное НДС. Общее НДС определяется в силовых элементах конструкции без учёта концентрации напряжений, вызванных местными
технологическими особенностями (отверстиями, выточками и пр.).
Местное НДС определяется вблизи концентратора напряжений с учётом вида концентратора и приложенной нагрузки. При расчётном методе исследования местного НДС вид нагрузки может быть определён из предшествующего расчёта общего НДС.
Изменение НДС конструкций может быть вызвано множеством причин: плохое качество строительных материалов, нарушения в проекте и в строительных работах, неравномерная осадка фундамента инженерного сооружения, просчеты в проектировании нагрузок и многие другие.
Рассмотрим тензометрический метод определения напряжённого состояния конструкций, основанный на измерении местных деформаций. Методы и средства тензометрии обеспечивают выявление причин разрушений по результатам исследования напряжённо-
деформированного состояния элементов конструкции, позволяют находить наиболее оптимальные и совершенные конструктивные решения, изучать влияние различных технологических факторов на прочность конструкций и т. п.
Филипас 1. Термодинамическое исследование скважин
... термозондирование пласта для определения его параметров. Эти исследования также можно применять и для изучения газовых скважин. 1. Термодинамическое исследование скважин. Известно, что колебания температуры на земной ... от исходных температур смешивающихся потоков, от их расходов и теплоемкостей и определяется калориметрической формулой, предполагающей равенство отданной и полученной теплоты: , (6 . ...
Тензометрический метод объединяет большинство известных способов оценки напряженного состояния, однако чаще под тензометрией понимают совокупность прямых методов и средств измерения деформаций.
Для перехода к напряжениям используют специальные зависимости, связывающие напряжения и деформации в упругой и за пределами упругой работы материала.
Тензометрический метод базируется на определении напряжений и деформаций в наружных слоях детали с помощью тензодатчиков и регистрирующей аппаратуры.
Тензодатчик представляет собой резистор, сопротивление которого изменяется при деформации. Его приклеивают к поверхности тестируемой детали, так, чтобы он деформировался вместе с ней. Используются одиночные тензорезисторы или блоки тензорезисторов, соединённые по схеме моста или полумоста.
Регистрирующая аппаратура называется тензостанция. До 1980-х годов она представляла
собой комплекс самописцев, регистрирующих значения сигналов датчиков на бумаге. Развитие
компьютерной техники и аналого-цифрового преобразователя изменило облик этой аппаратуры. На настоящий момент стала возможна не только регистрация сигналов тензодатчиков, но и их компьютерный анализ в реальном времени и автоматическая выдача управляющих сигналов для изменения режима работы тестируемой конструкции.
1.2 Требования, предъявляемые к тензометрии
Инженерные конструкции работают в широком диапазоне температур, переменной влажности, при высоких давлениях, циклических и импульсных внешних воздействиях, в них имеются остаточные сварочные и технологические напряжения. По этим причинам к методам и средствам тензометрии при исследовании инженерных сооружений предъявляются
- широкий диапазон (1…100 000 е.о.д.) для измерения малых и больших (пластических)
деформаций;
- обеспечение измерений на ограниченных участках в зонах концентрации напряжений при измерительной базе 0,5…5 мм, а также на элементах из макронеоднородных материалов при размерах базы свыше 50…100 мм;
циклическом и динамическом тензометрировании с частотами до нескольких десятков кГц;
- высокая стабильность, постоянство масштаба измерений и относительная независимость от внешних воздействий в течение длительного времени (месяцы и годы);
- возможность автоматической дистанционной регистрации деформации (до 100 м и более) во многих точках конструкции (1000 и более) и т.п.
Из известных методов и средств тензометрии перечисленным требованиям в наибольшей степени отвечает метод резистивной тензометрии, использующей в качестве первичных средств тензопреобразователи активного сопротивления или тензорезисторы.
1.3 Классификация тензометров
Для мониторинга динамики развития напряжений в конструкциях здания используются тензометрические датчики различных видов. Выбор тензодатчика определяется местом и способом установки, а также примерной нагрузкой на датчик.
По принципу действия тензометры делятся на механические, оптические,
пневматические, струнные (акустические) и электрические.
Применение тензорезисторов
... Конструкция такого тензорезистора с подложкой показана на рис 1 а. Конструкция пленочного тензорезистора показана на рис. б; тензорезисторы выполняются в виде одной проводящей полоски, которая покрывается слоем лака. тензорезистор электрический сопротивление ...
При выборе тензодатчиков основное внимание уделяется точности измерений,
устойчивости к химическому и физическому воздействию, сроку службы. К этим общим требованиям на нашем рынке на выбор еще влияют доступная цена, экономичность в процессе эксплуатации, работоспособность в различных природных условиях, при очень низкой или высокой температуре.
Для надежности и долгого срока службы многие тензодатчики имеют специальную защиту от грязи и влажности. Данные о защите тензодатчика от влияния внешних факторов используется рейтинг IP (Ingress protection rating), который обязательно прописывается в технической документации на тензодатчик.
Самыми востребованными тензодатчиками являются датчики с электронной системой для обработки сигнала. Принцип работы таких тензодатчиков заключается в том, что сила,
воздействующая на конструкцию, вызывает деформацию упругой конструкции тензодатчика.
Деформация вызывает сопротивление тензорезистора, которая отражается в выходном сигнале.
Струнные тензометрические датчики (изготавливаются из закаленного металла для надежности) — для контроля напряженно-деформированного состояния стальных и железобетонных несущих конструкций.
Закладные струнные тензометрические датчики — для контроля армирующих металлоконструкций непосредственно перед заливкой их бетоном для измерения деформаций в наиболее нагруженных по результатам расчетов конструктивных элементах зданий:
фундаментной плите, стенах, колоннах и т.д.
Но наибольшее применение при тензометрировании натурных конструкций находят электрические тензометры сопротивления — тензорезисторы. Диэлектрическая подложка тензорезистора соединяется с чувствительной решёткой и исследуемой конструкцией связующим материалом. Принцип действия тензорезисторов основан на изменении электрического сопротивления чувствительной решётки при ее деформировании вместе с конструкцией. Изменение деформации конструкции (ε) определяется по формуле
(ε) = (∆)R/kR,
где (∆)R — изменение номинального сопротивления R, k — коэффициент чувствительности.
Используют следующие виды тензорезисторов: проводниковый и полупроводниковый, у
которых чувствительные элементы выполнены соответственно из металлической проволоки или фольги и из полупроводникового материала; термо- и тензорезистор, содержащий термо- и
тензочувствительные элементы и тензорезисторную розетку, у которой на общей подложке устанавливается несколько чувствительных элементов с главными осями, ориентированными под определёнными углами друг к другу. Выпускаются тензорезисторы для криогенных (ниже
—150(°)С), нормальных (20(±)15(°)С), повышенных (до 300(°)С) и высоких (до 600(°)С)
температур, что позволяет осуществлять тензометрирование при нестационарных тепловых процессах. Температурные приращения сопротивления в рабочем диапазоне температур учитываются путём применения различных схем компенсации или внесением соответствующих поправок при обработке результатов. Тензорезистор является составной частью информационно-измерительной системы для тензометрирования конструкций и представляет собой комплекс технических средств, обеспечивающих получение информации о тепловом,
деформированном и напряжённом состояниях. В такой комплекс для тензометрирования натурной конструкции входят тензорезисторы, измерительные коммутаторы и устройства,
Наладка датчиков
... и перемещает рычаг потенциометра, при перемещении которого меняется выходное сопротивление датчика. Датчик сильфонного типа является тонкостенной гофрированной трубкой из упругого материала, ... и стабильность метрологических характеристик. Недостатками же описанной конструкции датчика давления является то, что данная конструкция датчика не имеет защиты резистивного элемента, поэтому ресурс ...
пульты оператора, аппаратура связи, ЭВМ, средства оперативного представления и оформления информации.
1.4 Методика тензометрии
Принцип действия основан на свойстве электропроводящих материалов изменять свое электрическое сопротивление под действием приложенной к ним силы.
Рис. 1
Проволочные тензорезисторы представляют собой отрезок специальной проволоки,
концы которой жестко приклеиваются к обследуемой конструкции. В результате деформации конструкии проволока подвергается растяжению и сжатию. Следовательно, изменяется ее длина, поперечное сечение и удельное сопротивление, а значит, и электрическое сопротивление. Большое значение для чувствительности тензорезистора имеет качество подложки (основы) и клея.
