Важность измерений для развития естествознания и техники становится все более очевидной.
В области испытания материалов и исследования их прочности данные по напряжениям в деталях и по характеристикам прочности материалов получаются преимущественно на основе измерения напряжений и деформаций.
Полученные данные по распределению в детали деформаций и напряжений и их изменению во времени не только дополняют расчеты, но часто их заменяют, особенно при решении сложных задач, когда расчеты чрезмерно трудоемки или вовсе не могут быть
выполнены.
Для возможности правильного проведения измерений в области напряжений и деформаций экспериментатор должен хорошо знать методы измерения, данные по необходимой аппаратуре и правильно их выбрать применительно к конкретным условиям.
Предлагаемая вниманию читателя книга содержит сведения по различным методам измерения напряжений и деформаций, их возможностям и пределам применения и может быть полезна при решении указанных выше задач, Приведенные в книге многочисленные практические указания по технике эксперимента могут быть полезны для специалистов и облегчат первоначальную ориентировку начинающим работать в рассматриваемой области.
При составлении книги использованы материалы Конференции по экспериментальным методам исследования напряжений, проведенной в Дюссельдорфе с участием авторов книги и по инициативе нескольких исследовательских лабораторий и научно-технических объединений.
ОГЛАВЛЕНИЕ
11редш-лиоы1, ....
Глава I. Возможности и использование экспериментальных методов исследования напряжений ......................... 7
1. Деформации и запас прочности.................. 7
2. Различные типы диаграмм деформации............... 10
3. Возможности техники измерения деформаций............ 16
4. Оценка прочности путем анализа результатов измерения деформаций 20
5. Измерение деформаций и исследование прочности.......... 23
6. Исследование напряжений в деталях из чугуна........... 23
Литература........................... 25
Глава II. Поляризационно-оптический метод измерения напряжений..... 27
1. Введение ............................ 27
2. Основы оптического метода определения напряжений при плоском
напряженном состоянии...................... 30
Двойное лучепреломление при действии напряжений........ ^п
Плоское напряженное состояние..................
Двойное лучепреломление, вызванное напряжениями, и получение
изохром ............................
Изоклины, траектории главных напряжений, пластинка в четверть
волны............................. 34
Определение величин главных напряжений путем дополнительного
определения сумм главных напряжений.............
Приведение в соответствие величин и направлений главных напряжений .............................
Необходимые условия правильного определения напряжений оптическим методом........................ 40
3. Применение метода при измерениях на плоских моделях....... 41
Установка для определения напряжений оптическим методом .... 41
Нагрузочные устройства.................". . , , 43
Анализ картины полос ...................... 44
Фотографирование полос и изоклин................ 46
Измерение напряжений в отдельных точках модели......... 47
Тарировка материала модели................... 47
4. Исследование объемного напряженного состояния......... 49
Метод «замораживания» .,.,..,,...,.,,, „...... 49
34 К- Финк и X. Рорбах 406 529
Пример применения метода «замораживания» ........
Определение напряжений ................ ' '
5. Переход от модели к натуре ................
Простейшие случаи ..................
Задачи, требующие рассмотрения деформаций ........ ,-_
Общий случай напряженного состояния ........... t-fi
6. Материалы для изготовления моделей ........... г7
Требуемые качества материалов ............... с7
Краткая характеристика основных материалов для моделей ... gc
7. Изготовление моделей .................... §7
8. Отдельные методы исследования напряжений .......... go
Исследование плоского напряженного состояния ......... gg
Исследование объемного напряженного состояния ......... 72
9. Области применения оптического метода исследования напряжений 75
Литература ........................... 78
Глава III . Измерение напряжений рентгеновским методом ......... 81
1. Введение ............................ 81
2. Общие сведения о рентгеновском методе исследования тонких струк-
тур ............. " ................. 82
3. Определение напряжений рентгеновским методом .......... 86
Зависимости для напряжений ................... 86
Различные методы определения напряжений путем рентгенографиче-
ского исследования ....................... 87
Измерительные устройства . ................... 92
Обработка результатов измерения деформаций рентгеновским мето-
дом ..............................
Точность измерения напряжений рентгеновским методом ......
4. Применение рентгеновского метода определения напряжений ....
5. Измерение напряжений рентгеновским методом в чугуне .......
6. Некоторые особенности определения деформаций рентгеновским методом ...............................
Литература ...........................
Глава IV. Измерение деформаций с помощью хрупких покрытий .......
1. Введение ............................
2. Основы метода хрупких покрытий .................
Образование трещин, чувствительность хрупкого покрытия и тари-
ровка . . . ..........
Расшифровка картин трещин ...................
3. Свойства различных хрупких покрытий и практика работы с покрытиями ... ..... ..........
Хрупкое покрытие «майбах» ....................
Хрупкое покрытие «стресскот» ......... ..........
Хрупкое покрытие S.N.E.C.M.A. .................
Хрупкое покрытие «глазурит» ..................
Хрупкие эмали ................ ..........
Хрупкое покрытие Э. Лера и хрупкое покрытие «элоксаль» ......
4. Примеры применения....................... 132
Исследование статических напряжений, вызываемых внешними нагрузками ............................. 132
Измерение остаточных напряжений................ 140
Измерение динамических напряжений............... 143
Литература ........................... 144
Глава V. Измерение деформаций механическими и оптическими тензометрами ................................ 146
1. Измерительные приборы (тензометры)............... 146
Механические тензометры..................... 147
Оптические тензометры...................... 156
2. Основные особенности и области применения механических и оптиче-
ских тензометров ....................... 164
Механические тензометры .................... 164
Оптические тензометры...................... 166
3. Некоторые специальные механические тензометры.......... 168
Контактный тензометр...................... 177
Литература ........................... 180
Глава VI. Измерение деформаций пневматическими тензометрами...... 182
1. Принцип действия пневматического преобразователя........ 182
Прямой метод измерения..................... 183
Дифференциальный метод измерения................ 183
2. Конструкция пневматического преобразователя........... 184
Регулятор давления и показывающий прибор............ 184
Главное сопло .......................... 184
Измерительное сопло ....................... 185
3. Пневматический тензометр..................... 185-
4. Ограничения и преимущества пневматических тензометров ..... 187
Недостатки пневматических тензометров.............. 188
Особые преимущества пневматических тензометров......... 188
Опыт работы с пневматическими преобразователями......... 189
5. Дополнительные данные по пневматическим приборам дифференциального типа .......................... 190
Литература ........................... 193
Глава VII. Струнные тензометры и их применение.............. 195
1. Принцип действия струнного тензометра.............. 195
2. Струнный тензометр Шефера-Майгака............... 196
3. Характеристики струнных тензометров............... 198
4. Проверка точности струнного тензометра MDS 13.......... 201
Изменение нуля отсчета тензометра при нагружении образца..... 202
Линейность характеристики .................... 204
5. Струнные тензометры, закрепляемые шпильками.......... 206
6. Применение струнных тензометров при измерениях на стальных
конструкциях......................... 209
7. Применение струнных тензометров при измерениях в железобетонных конструкциях...................... . 2U
Конструкция тензометра и способ его установки в бетонной конструкции .............................. 214
Литература ........................... 220
Измерение деформаций с помощью индуктивных тензометров 221
Тензометры с базой больше 10 мм................. 221
Тензометры с поперечным и продольным перемещением якоря .... 221
Другие конструкции индуктивных тензометров........... 226
Характеристики индуктивных тензометров с большой базой..... 227
Примеры применения индуктивных тензометров с большой базой . . . 229
2. Тензометры с базой меньше 10 мм................. 231
3. Данные по применению индуктивных тензометров.......... 236
Литература........................... 237
Глава IX. Измерение деформаций с помощью проволочных тензометров
сопротивления
238
1. Введение ............................ 238
2. Проволочные тензодатчики сопротивления............. 238
Конструкция тепзодатчиков.................... 238
Характеристики проволочных тензодатчиков сопротивления..... 247
Характеристики тензодатчиков при длительном нагружении .... 256
Техника работы с тензодатчиками................. 262
3. Электрические измерительные схемы................ 270
Основные измерительные схемы.................. 270
Измерения на постоянном токе.................. 274
Измерения на переменном токе.................• . 277
Импульсные измерения...................... 280
4. Приборы проволочной тензометрии................ 280
Приборы для измерения сопротивления изоляции.........." 280
Переключатель тензометров.................... 281
Мосты постоянного тока для измерения статических деформаций . . 285 Мосты на несущей частоте для измерения статических деформаций . 287 Мосты на несущей частоте для измерения статических и динамических деформаций.......-................ . 288
Мосты постоянного тока с RC-усилителем для измерения динамических деформаций........................ 288
Импульсные приборы для измерения статических и динамических
1 _ 90Л
деформации......................... - ^JU
5. Соединительные провода...................... ^
6. Запись результатов измерения.................... -
7. Точность измерений........................
8. Сводка данных по методам измерения деформаций с помощью проволочных тензометров .......................
9. Измерение двухосных напряжений...............• •
10. Измерение механических величин ,..............- •
11. Измерения деформаций подвижных или вращающихся деталей .... 532
12. Тарировка тензометров...................... 307
13. Сопоставление проволочных тензометров сопротивления с другими
приборами для измерения деформаций............... 307
14. Тензометр сопротивления со свободной проволокой......... 309
Датчик сопротивления с двумя проволочными обмотками....... 309
Датчик сопротивления с четырьмя проволочными обмотками..... 311
Литература .........................,. . 313
Глава X. Устройства для тарировки тензометров............. 316
1. Устройства для статической тарировки тензометров......... 316
Тарировка путем осуществления известного изменения базы тензометра ............................. 317
Калибраторы с микрометрическим винтом............. 318
Тарировка путем осуществления известного относительного удлинения.............................. 322
2. Устройства для динамической тарировки тензометров........ 326
Вибрационный стенд механического типа.............. 328
Вибрационный стенд электродинамического типа.......... 329
Вибрационный стенд электромагнитного типа............ 330
Литература ........................... 332
Глава XI. Запись деформаций...................... 333
1. Общие условия неискаженной записи переменных величин...... 336
2. Приборы с инерционным пишущим устройством........... 340
Влияние собственной частоты и степени демпфирования пишущего
устройства на верхнюю границу полосы пропускаемых частот .... 340
Пишущие приборы с непосредственной записью........... 352
Пишущие приборы с записью световым лучом на фотобумаге..... 365
- 3. Пишущие приборы с безынерционной пишущей системой...... 373
Приборы с электронно-лучевыми трубками............. 373
Приборы с магнитной записью.................. 382
4. Цифровая запись измеряемой величины............... 384
Приборы для записи числа случаев превышения заданных значений
относительной деформации.................... 385
Приборы для записи деформаций в цифровой форме......... 385
Литература
Глава XII. Выбор метода измерения деформаций ............ 391
1. Общие положения ........................ 391
2. Исследование распределения напряжений в деталях и конструкциях 393
Метод хрупких покрытий ...................... 393
Поляризационно-оптический метод определения напряжений .... 393
Методы измерения деформаций в отдельных точках......... 393
3. Измерение напряжений и деформаций в отдельных точках детали .. . .. 394
Измерение статических напряжений................ 394
Измерение напряжений, изменяющихся во времени.......... 397
Литература............................ 398
-Глава Kill. Моделирование ......... ............ _ „
1. Задачи моделирования .............. . ...... OQQ
2. Техника моделирования и метод аналогии ............ лпо
3. Физическое подобие как основа моделирования .......... 404
Определение подобия и область его применимости ......... 4(),
Правила определения масштабов ..... ............ 4Q8
Особое значение геометрического подобия ............. 413
Критерии подобия, законы подобия, уравнения масштабов ...... 413
Законы подобия и физические постоянные ............. 4Ш
Закон подобия при нескольких характеристиках материала ...... 420
Значение частичного подобия. Проведение эксперимента при частичном
подобии ............................ 421
4. Статическое подобие квазитвердых тел .......... .. . 421
Статическое подобие при действии внешних нагрузок .......... 421,
Статическое подобие при действии объемных сил тяжести ....... 428
5. Динамическое подобие квазитвердых тел ............. 436
Применение в областях гидродинамики и аэродинамики ....... 440
6. Подобие упругих тел ....................... 443
Первый закон подобия — общи и закон подобия Гука ........ 443
Закон подобия Пуассона ..................... 446
Второй закон подобия ...................... 447
Применения закона подобия при больших упругих и пластических
деформациях и при нелинейной зависимости между силой и деформа-
цией ............................. 447
7. Исследование упругих тел при частичном подобии модели и натуры 452 Приближенное геометрическое подобие ненагруженной модели и натур-
ного объекта в направлениях, не представляющих интереса при
решении конкретной задачи ................... 452
Отступление от точного подобия в результате неодинаковых значений
коэффициента Пуассона ..................... 459
"• 8. Особые случаи применения закона подобия Кошп в статике сооружений 480
Приближенное подобие ...................... 481
Учет силы тяжести и проблема моделирования конструкций из бетона 485
9. Динамика упругих систем .................... 4Й7
Упруго-динамическое подобие, закон подобия Коши ......... 487
Влияние силы тяжести на колебания упругих систем ........ 494
Использование моделей при определении критических чисел оборотов 496 10.' Динамика квазитвердых тел и частиц жидкости при одновременном
действии силы тяжести и силы инерции ............... 497
Применение к исследованию моделей судов в опытном бассейне .... 499
11. Динамика частиц жидкости при одновременном действии сил инер-
ции и сил вязкости ...................... . . 500
12. Динамика колебательных систем с демпфированием ......... 504
Колебания под действием сил упругости или силы тяжести с демпфи- ^
рованием за счет сил трения .............. ...... J™
Колебания под действием сил упругости или силы тяжести с демпфиро-
ванием, пропорциональным квадрату скорости .......... 504
Колебания при демпфировании, пропорциональном скорости Исследование автоколебаний на моделях ....... '
534
13. Статика и динамика упругих систем при наличии деформаций от ^
14 Ис^едов^^ГдеГе^при упруго-пластической и при пластической ^
лиЬотшаииях при нагружении до разрушения............
15. Характеристики' пластмасс, применяемых для изготовления упругих ^
Упругие свойства'пластмасс: Пути устранения влияния ползучести 514
16 Проведение эксперимента и выполнение измерении.........
Закрепление и нагружение модели и измерение нагрузок....... 515
Измерение перемещении.................... ^
Измерение кривизны.......'„''''........ 524
Измерение относительных деформаций...............
Литература ..... ................... 531
