Bez nazwyU

104

gdzie:jc. y.z - trzy dowolne wzajemnie ortogonalne kierunki,

E - moduł Younga, v - współczynnik Poissona,

można uważać tensometrię za doświadczalną metodę wyznaczania stanu naprężenia (stąd nazwa).

W przypadku jednoosiowego stanu naprężenia prawo Hooke'a ma postać:

cr = Es.    (10.5)

Odkształcenie względne jest zdefiniowane jako

Al

£ = —,    (10.6)

‘o

gdzie Al jest odkształceniem bezwzględnym odcinka o długości początkowej l₀ Z powyższych dwóch wzorów wynika, że aby wyznaczyć naprężenia w jednoosiowym stanie naprężenia, wystarczy zmierzyć Al pewnego odcinka równoległego do kierunku naprężeń a Na tej zasadzie działa większość różnego typu tensome-trów. Ważny wyjątek stanowią tensometry rezystancyjne, których wskazania są bezpośrednio powiązane z odkształceniem względnym.

10.2. Tensometry mechaniczne

Rys. 10.1. Zasada dziaiania tensometrów mechanicznych

Zasadę działania tensometrów mechanicznych przedstawiono na rysunku 10.1. Dwa ostrza tensometru, stykające się z powierzchnią badanej konstrukcji, wyznaczają odcinek o długości początkowej /₀, zwany bazą tensometru. Jedno z ostrzy jest nieruchome, drugie stanowi zakończenie dźwigni łożyskowanej obrotowo w korpusie tensometru. Drugi koniec tej dźwigni stanowi wskazówkę. W wyniku odkształceń konstrukcji zmienia się długość bazy tensometru o Al, co powoduje przemieszczenie ostrza ruchomego, a tym samym obrót wskazówki.

Stosunek przemieszczenia końca wskazówki do przemieszczenia ostrza pomiarowego nazywamy przełożeniem tensometru k. Dla małych kątów obrotu a (rys. 10.1) jest on równy stosunkowi długości ramion dźwigni

.n r*l r-L

(10.7)

fi. th

E

Ze względów konstrukcyjnych przełożenie takich tensometrów przeważnie nie jest większe od okoto 30, co nie zapewnia wystarczającej dokładności pomiaru odkształceń w zakresie sprężystym, szczególnie przy mniejszych bazach tensometrów.

W celu zwiększenia przełożenia w tensometrach mechanicznych używanych w statycznej próbie rozciągania stosuje się czujniki zegarowe (rys. 10.2). Przełożenie takich tensometrów wynosi co Yr^-] i riT najmniej 100, co zapewnia przy stosunkowo dużej Z~ż + ? _    ^    bazie tensometru (50 do 100 mm) minimalną do

Rys 10.2. Tensomctr mechaniczny z czujnikami zegarowymi

kładność wystarczającą do przeprowadzenia tej próby.

W celu wyeliminowania błędów wiązanych z ewentualnym mimośrodowym obciążeniem próbki rozciąganej stosuje się zdwojone tensometry mierzące odkształcenia po obu stronach próbki.

Stosowanie w statycznej próbie rozciągania tensometrów o dużej bazie jest możliwe, ponieważ kształt próbki używanej w tej próbie zapewnia stałość odkształceń i naprężeń na długości bazy tensometru. Stosowanie dużych baz tensometrów do pomiaru naprężeń w miejscach, w których nie ma pewności, że naprężenia są stałe na długości bazy tensometru, powoduje, że zmierzone naprężenia to naprężenia średnie na długości bazy, a maksymalne naprężenia w tym miejscu mogą być znacznie większe od zmierzonych.

Z powyższego wynika, że w miejscach koncentracji naprężeń, tam gdzie występują duże gradienty naprężeń, należy stosować tensometry o małej bazie i dużym przełożeniu. W czasach gdy nie było jeszcze elektronicznej aparatury wzmacniającej, były używane tensometry mechaniczne i mechaniczno-optyczne o małej bazie i dużym przełożeniu (2000 do 5000), o bardzo delikatnej konstrukcji, nieodpornej na wstrząsy, nie nadające się do pomiarów naprężeń dynamicznych. Dzisiaj zostały one wyparte przez tensometry elektryczne współpracujące z elektroniczną aparaturą wzmacniającą.

Do grupy tensometrów mechanicznych można zaliczyć tensometry strunowe i pneumatyczne.

Najprostszy schemat budowy tensometru strunowego przedstawiono na rysunku 10.4. Zasada pracy tych tensometrów opiera się na zależności częstotliwości drgań swobodnych struny od naprężeń wywołanych jej napięciem. W wyniku odkształceń bazy tensometru zmienia się napięcie struny, co zmienia częstotliwość drgań swobodnych struny. Częstotliwość drgań struny można mierzyć przenośnymi czujnikami elektrycznymi podczas okresowych kontroli stanu odkształceń konstrukcji.