Лабораторная работа №2

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ

1. Цель работы

Изучить устройство тензометров и сдвигометров, познакомится со способами их установки, получить навыки снятия отсчетов и вычисления деформации.

2. Порядок выполнения работы

Ознакомится с описанием лабораторной работы и изучить устройство и технические характеристики измерительных приборов, а также возможные варианты их установоки при проведении испытаний. Получить навыки снятия показаний с приборов и вычисления деформаций. В специальном журнале изобразить схемы приборов, привести их технические характеристики, указать достоинства и недостатки, ответить на предлагаемые вопросы, помещенные в конце описания лабораторной работы. По указанию преподавателя выполнить необходимые исследования и сделать соответствующие выводы.

Приборы и оборудование

Тензометры Гугенбергера и Аистова, сдвигометр ТСА и струбцины к ним.

Описание лабораторной работы

1. Тензометры

Наибольшее распространение для и змерения продольных и поперечных деформаций волокон при испытании конструкции получили приборы систем Гугенбергера и Аистова.

Механический тензометр Гугенбергера

Принципиальная схема тензометра показана на рис.9.

Прибор состоит из корпуса 1. Опирающегося на поверхность исследуемого элемента неподвижной опорой 3 и подвижной -2, с которой наглухо соединен рычаг 4. К стойке 5 на шарнире подвешена стрелка 7, соединенная с рычагом 4 при помощи поводка 6.

Тензометр измеряет линейную деформацию волокна на участке между опорами, именуемом базой прибора. При деформации этого волокна на величину ∆L опора 2 повернется на некоторый угол в ту или иную сторону в зависимости от того, растянулось или сжалось волокно на участке L.

Рис. 1. Принципиальная схема тензометра Гугенберга

Вместе с ней повернется на тот же угол рычаг 4, и его верхний конец переместится на расстояние а:

.

Где - длина рычаго 4; - размер подвижной опоры 3.

На то же расстояние а переместится точка с на стрелке 7, а свободный конец ее пройдет расстояние и, которое больше величины а на отношение где S – длина стрелки, а r- расстояние стрелки 7 до точки а.

Величины S, r, подобраны с таким расчетом, чтобы b = 1000∆l$ следовательно, цена одного миллиметрового деления шкалы равно ).001 мм. Диапазон измерения- 0÷0,05 мм (от 0 до 50мкм). Размер базы тензометров Гугенберга обычно равен 20 мм, но он может быть увеличен при помощи специальных удлинителей до 200 мм.

На поверхности исследуемого элемента тензометр укрепляется с помощью струбцин различных систем, одна из которых показана на рис.10.

Рис. 2. Схема установки тензометра

Гугенберга: 1- тензометр;

2- элемент конструкции; 3 – струбцина

Струбцина проходит через отверстие в корпусе прибора и закрепляется гайкой.

Достоинства тензометра Гугенберга:

1. Простота конструкции; 2) удобство снятия показаний.

К недостаткам прибора относятся:

1. Наличие тонких, легко повреждающихся частей;

2) невозможность измерения деформации свыше 50 микрон без перестановки стрелки;

3) трудность работы с прибором на открытом воздухе в ветреную погоду;

4) несовершенство шарнирных соединений, которые могут явиться причиной мертвого хода и погрешностей в отсчетах.

Электромеханический тензометр Аистова ТА-2

Принципиальная схема модели ТА-2 изображена на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальная схема тензометра ТА-2

Прибор имеет станину АВС, у которой часть А электроизолирована от части ВС. С одной стороны на ВС закреплен опорный нож 1, а на противоположном конце этой части шарнирно укреплена призма « с жестко соединенным с ней рычагом 3. В верхней части станины прибора А расположен микрометрический винт 5, на который насажен диск 4 со шкалой, имеющей 100 делений. Конец микрометрического винта имеет форму конуса. Для взятия отсчетов по шкале диска рядом с последним на кронштейне помещен указатель 6. К частям станины А и ВС присоединяются провода электросигнализатора 7.

Установив тензометр на поверхности испытуемого элемента и прижав его к последнему посредством струбцинки, вывинчивают микрометрический винт вращением диска 5 до того положения, пока острие винта не коснется верхней части рычага 3, что определяется по электросигналу. В этот момент по шкале диска напротив черты указателя 6 берут начальный отсчет . Отсчет следует брать точно в момент появления сигнала, но не позже, т.к. вращая лимб дальше, можно острием винта несколько отогнуть рычаг 3 в сторону и взять неверный отсчет.

После взятия отсчета вращают диск в обратную сторону, чтобы прекратит действие электросигнала и дать свободу перемещениям верхней части рычага 3. После приложения нагрузки исследуемый элемент деформируется, что приведет к изменению длины базы прибора l на величину ∆l (см. рис.11) при этом призма 2 с рычагом 3 повернется в ту или иную сторону. Вращая диск снова, доводят острие винта 4 до соприкосновения с рычагом 3. По диску снимают новый отсчет . Разность отсчетов ∆ = - пропорциональна деформации ∆l , то есть

∆l = m( - ),

где m – цена деления прибора, равная 0,001 мм.

В конструкции прибора предусмотрено изменение длины базы l в пределах от 20 до 50 мм, что достигается передвижением опорного ножа 1 вдоль станины ВС.

Увеличение длины базы до 100, 150, 200 мм производится специальными удлинителями. Ход микрометрического винта позволяет измерить деформации до 800 микрон без перестановки тензометра.

Прибор ТА-2 имеет более надежную конструкцию по сравнению с тензометром Гугенберга, что позволяет измерять деформации на открытом воздухе и в достаточно широких пределах ( от 0 до 800 мкм).

Недостатком ТА-2 является необходимость вращения диска перед каждым взятием отсчетов. При отсутствии навыка это может внести погрешности в измерениях.

В общем случае величина деформации по показаниям тензометра определяется следующим образом

∆l = ( - )mk,

где и – отсчеты, взятые соответственно до и после приложения нагрузки;

m – цена деления шкалы прибора;

k – поправочный коэффициент, принимаемый по паспорту прибора.

Тогда напряжение определяется по формуле

= = E,

где l – база прибора;

Е – модуль упругости материала конструкции.

Вопросы для НИР

1. Предложить способы повышения точности измерения тензометров.

2. Как изменится цена деления тензометров при укорочении подвижной призмы в два раза?

3. С какой целью у тензометров предусмотрено увеличение базы?