14.2. Определение деформаций при помощи механических тензометров

Принцип работы механического тензометра основан на замере расстояния между какими-либо двумя точками образца до

и после нагружения. Первоначальное расстояние между двумя точками носит название базы тензометра Отношение приращения базы дает значение среднего удлинения по направлению установки тензометра. Если деформированное состояние однородно, то в результате замера определяют точное значение искомой деформации, как это имеет место, например, при растяжении стержня (рис. 14.1, а). В случае, если деформация вдоль базы изменяется, то замеренное среднее значение ее будет тем ближе к местному истинному, чем меньше база тензометра (см. случай изгиба бруса на рис. 14.1, б).

Рис. 14.1

При испытании материалов на растяжение, когда однородность деформации обеспечена, база ограничивается размерами образца. Обычно в этом случае база имеет значения 50, 100, 150 и 200 мм.

При испытании конструкций увеличение базы ограничено погрешностью, связанной с неоднородностью деформаций, а ее уменьшение определяется потерей точности вследствие инструментальных погрешностей. Как правило, база механических тензометров, применяемых при испытании конструкций, лежит в пределах мм.

Для точных замеров упругих удлинений при определении модуля упругости материала широко используется тензометр Мартенса с оптическим рычагом (рис. 14.2).

Рис. 14.2

Тензометр состоит из жесткой планки 2, прижимаемой к образцу при помощи струбцины 3. Верхний нож 1 планки неподвижен. В качестве второго ножа используется каленая призма 4, имеющая ромбовидное сечение. Длина диагонали призмы равна а. С призмой жестко связано зеркальце 5. На расстоянии от зеркальца неподвижно установлена шкала 6. При удлинении образца зеркальце поворачивается, и наблюдатель через трубу 7 производит отсчет по отраженной шкале. Увеличение, даваемое прибором, определяется отношением разности показаний по шкале в миллиметрах к значению измеренному также в миллиметрах.

Угол поворота зеркальца Разность отсчетов по шкале до и после нагружения в силу малости а равна Исключая угол а, находим коэффициент увеличения прибора

Обычно у тензометра Мартенса шкалу (размер ) выбирают так, что и 500.

Для исключения погрешностей, связанных с внецентренным растяжением образца и возможным его изгибом, практикуют установку сразу двух тензометров, как это показано

Рис. 14.3

на рис. 14.3. Осреднение показаний двух приборов исключает влияние изгиба.

Сдвоенный тензометр Мартенса неудобен тем, что требует сравнительно кропотливой работы при установке. Менее точными, но более удобными в употреблении являются хорошо зарекомендовавшие себя большебазные тензометры МИЛ и Бояршинова, показанные на рис. 14.4 и 14.5.

Рис. 14.4

Тензометр (см. рис. 14.4) имеет базу 100 мм и является шарнирно-рычажным. Это - сдвоенный тензометр, устанавливаемый на образце при помощи пружинного зажима. Нижняя опора 1 является неподвижной, верхняя же представляет одно целое с рычагом Перемещение нижнего конца

этого рычага передается планке 5, а от нее - стрелке 5. При помощи винта 2 имеется возможность приводить стрелку перед экспериментом в нулевое положение. Бели деформации образца велики настолько, что стрелха выходит за пределы шкалы, тем же винтом можно вернуть ее в исходное положение и во время опыта. Увеличение тензометра равно 500.

Рис. 14.5

В тензометре Бояршинова (см. рис. 14.5) вместо механических шарниров применен упругий шарнир, состоящий из двух плоских пружин 2 и 3. Алюминиевые детали 5 и 6 поворачиваются при растяжении образца относительно точки пересечения пружин. Упругий шарнир обладает тем преимуществом, что не имеет зоны застоя, которая характерна для обычных механических шарниров вследствие наличия сухого трения. Тензометр имеет два стальных каленых ножа 1, 7, которыми он прижимается к образцу при помощи винтов 9.

В момент установки прибор арретируется (запирается) при помощи штифта 4, соединяющего наглухо детали 5, 6. Отсчет деформаций ведется при помощи индикаторов 8.

Тензометром Бояршинова можно производить отсчеты без перестановки шкалы в пределах деформаций, достигающих 4 %. Таким широким диапазоном измерения другие тензометры не обладают. База тензометра мм, увеличение около 500.

Рис. 14.6

При замере деформации образцов, испытываемых на растяжение и сжатие, отлично зарекомендовал себя тензометр Лихарева с “гидравлическим рычагом” (рис. 14.6). Основными частями этого тензометра являются металлические гофрированные коробки (сильфоны образующие замкнутую

полость, сообщающуюся с капилляром 1. Полость между сильфонами заполнена жидкостью. При удлинении образца объем полости увеличивается и уровень жидкости в капилляре понижается на

Из условия неизменности объема жидкости, очевидно,

где - средний радиус большого и малого сильфона, соответственно; - площадь сечения капилляра. Таким образом, увеличение тензометра равно и зависит от размеров выбранных сильфонов и капилляра. Обычно коэффициент увеличения прибора около 2000.

Тензометр на образце устанавливают с помощью винтов 2. Для изменения уровня жидкости в капилляре и для установки прибора на нуль служит винт 3. Наименьшая база прибора около 20 мм.

Среди механических тензометров, применяемых не только при механических испытаниях материалов, но и при испытаниях конструкций, имеющих сравнительно малую базу, наиболее широкое распространение в лабораторной практике получил шарнирнорычажный тензометр Гугенбергера (рис. 14.7) с базой 20 мм и увеличением около 1000.

Механические тензометры с меньшей базой не имеют широкого распространения и являются уникальными. Попытки отдельных исследователей внедрить такие тензометры в лабораторную практику успеха не имели, поскольку при испытании материалов более предпочтительными являются тензометры с большой

Рис. 14.7

базой, а при испытании конструкций тензометры заменяют проволочными датчиками сопротивления.