Приборы, методы и средства измерения тензометрии

     Тензометрия (от лат. tensus — напряжённый, натянутый и греч. мetr(éō) — измеряю) — экспериментальное определение напряжённого состояния конструкций, основанное 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 технолог факторов на прочность конструкций и т. п. Основные методы тензометрии : рентгеновские и поляризационно-оптические, муаровых полос, хрупких покрытий, гальванических покрытий и методы, основанные на масштабном преобразовании деформаций конструкций с помощью тензометров. По принципу действия тензометры делятся на механические, оптические, пневматические, струнные (акустические) и электрические. В авиастроении получили распространение электрические тензометры, действие которых основано на изменении параметров их электрической цепи или генерировании электрических сигналов в зависимости от измеряемой деформации. 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 авиационных 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, пульты оператора, аппаратура связи, ЭВМ, средства оперативного представления и оформления информации.  

                                                                                   генераторы импульсов 
осциллографы 

источники питания                                      частотомеры 
 

мультиметры                                                   вольтметры

     Метод тензометрии.

     Метод тензометрии, являющийся основным в  экспериментальном определении  напряжений при испытаниях, заключается  в измерении при помощи специальных  точных приборов, называемых тензометрами, деформаций в какой-либо точке (зоне) элемента конструкции и нахождении по величине этих деформаций, используя  зависимость Гука, величин напряжений. Деформации, измеряемые на отрезке, длина  которого до деформации называется базой S, при работе в упругой стадии характеризуются малыми величинами. Тензометрами измеряют абсолютное удлинение (укорочение) AS и по ним определяют среднюю относительную деформацию. Для того чтобы средняя относительная  деформация точнее отражала истинную, база S должна быть по возможности короткой.

     При линейном напряженном состоянии  для определения напряжения достаточно измерить AS на базе, расположенной вдоль  элемента.

     Специализированная  программа «Акустический тензометр» предназначена для контроля усилия затяжки резьбовых соединений со шпильками и болтами диаметром не менее 12 мм, при соотношении длины к диаметру не более 7, изготовленных из сталей и титановых сплавов. Контроль усилий затяжки производится методами акустической тензометрии, под которой понимается совокупность методов и средств контроля, основанных на измерении характеристик упругих волн, распространяющихся в среде. Практическая реализация этой методики находит самое широкое применение в авиакосмической и нефтегазовой промышленности для контроля степени равномерного натяжения резьбовых соединений и построения тензографического изображения.

     Объектами контроля, как правило, являются узлы болтовых соединений на ж/д транспорте и металлургических заводах, цилиндров высокого давления ТЭС и АЭС, сосудов высокого давления нефтегазодобывающей промышленности, элементов реактивных двигателей космических аппаратов и др.

     Программа реализует способ акустической (ультразвуковой) тензометрии, основанный на зависимости  скорости (времени распространения) УЗК в материалах, от действующих  на них механических напряжений. Расчёт действующей величины механических напряжений осуществляется на основе прецизионных измерений времени распространения УЗ волн в материале контролируемого изделия эхо методом (Рис. 1).

     Работа  с программой разделяется на 2 этапа: создание и сохранение в памяти прибора  настройки на контролируемое соединение и непосредственно контроль соединения с последующим сохранением результатов  контроля. Если настройка на данное соединение была ранее создана и  сохранена, 1-ый этап сводится к загрузке этой настройки из памяти прибора  в работу.

     Процесс создания настройки представляет собой  ввод параметров соединения, для контроля которого создается настройка, а  также параметров используемого  ПЭП. Параметры развертки, а также  стробов устанавливаются автоматически  в зависимости от введенных параметров соединения. Однако они могут быть скорректированы вручную в случае необходимости. В режиме ввода параметров соединения на экран выводится изображение болта (шпильки), а вводимый параметр подсвечивается (Рис. 2,3), что значительно повышает наглядность выполняемых действий и упрощает процесс создания настройки.

     Программа предназначена для контроля соединений, в состав которых входят болты (шпильки) одного типа, т.е. одного размера и  изготовленные из одного материала. Поэтому при создании настройки  вводятся параметры только одного болта (шпильки), а параметры остальных  болтов (шпилек) считаются идентичными  параметрам первого болта (шпильки). Основным параметром используемого  ПЭП, который необходимо ввести является его частота. При контроле усилий затяжки соединений обычно используются ПЭП типа П111-5-К12-040. Параметры используемого ПЭП могут быть введены вручную, либо загружены из архива ПЭП.

     Контроль  соединений может осуществляться в 3 режимах: сборка, разборка и перепроверка.

     Сборка – сначала измеряются времена распространения УЗК в болтах (шпильках) в незатянутом состоянии. Затем производится затяжка соединения и измеряются времена распространения УЗК в болтах (шпильках) в затянутом состоянии.

     Разборка - сначала измеряются времена распространения УЗК в болтах (шпильках) в затянутом состоянии. Затем производится ослабление соединения и измеряются времена распространения УЗК в болтах (шпильках) в незатянутом состоянии.

     Перепроверка – для соединения, которое уже был подвергнуто контролю ранее, производится повторное измерение времени распространения УЗК в болтах (шпильках) в затянутом состоянии с целью мониторинга состояния. При этом результат предыдущего контроля автоматически загружается из памяти, если он был сохранен, либо вводится вручную.

     В режиме контроля на экране отображается так называемая диаграмма усилий (Рис. 4), которая отражает распределение напряжений в каждом болте (шпильке), что позволяет добиться равномерной затяжки всех деталей соединения. С помощью цветовой гаммы изображается степень затяжки текущего (контролируемого) элемента. Так же отображение результатов контроля может осуществляться и в виде таблицы (Рис. 5).

     В режиме перепроверки наряду с текущей  диаграммой усилий отображается и диаграмма  усилий, которая была получена во время  предыдущего контроля данного соединения (Рис. 6). Это позволяет вести мониторинг состояния соединений за время их эксплуатации.

     Обработка результатов контроля может осуществляться как на приборе, так и на ПК. Для  обработки результатов, а также  формирования протоколов контроля на ПК используется программа АРМ Дефектоскописта. 
 
 
 
 
 
 
 

Министерство  образования РФ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образовательного

«Восточного – Сибирский государственный

Технологический университет» 
 

Реферат

на тему:

«Приборы, методы и средства измерения тензометрии» 

         Выполнила: Доржиева Д.В.

                                                                Ст-т 228 группы

                                                                    Проверил: Зубрицкий Э.В. 
 

Улан  Удэ, 2011