Балки равного сопротивления для динамических нагрузок

Балки равного сопротивления исторически используются в статических измерительных системах для тарировки тензорезисторов.

Балка равного сопротивления — это металлическая консоль обычно треугольной формы, которая при воздействии на нее внешней статической нагрузки имеет во всех поперечных сечениях одинаковые нормальные напряжения.

Данный метод является наиболее оптимальным за счет простоты расчетов, удобства монтажа тензорезисторов и линейной зависимости относительной деформации и напряжения от величины внешней нагрузки по всей длине балки. Однако, все расчеты справедливы при воздействии на балку статической нагрузки. Как же быть, если требуется провести трарировку тензорезисторов в системе с нарузками динамического характера?

Рассмотрим динамическую нагрузку балки в виде гармонической вибрации на резонансной частоте на первой изгибной моде колебаний. В данном случае балка будет совершать знакопеременные колебания с возрастающей амплитудой ускорения от закрепленного основания к концу балки. При колебаниях к статическим деформациям добавляются динамические, зависящие от частоты колебательного движения и от величины размаха (амплитуды) колебаний. В итоге все сводится к вычислению динамических добавок к статическим деформациям и соответствующим им напряжениям.

Для динамических нагрузок смоделируем балки равного сопротивления, максимально приближенные по характеристикам к балкам равного сопротивления для статических нагрузок в программе SolidWorks. Дополнительно произведем аналитический расчет полученных балок.

Расчет балок велся из соображений определения области наиболее равномерных высоких напряжений на балке, возникающих при явлении резонанса. Для этого в программе были рассчитаны частоты собственных колебаний балок равного сопротивления для динамических нагрузок.

В таблице ниже приведены основные параметры балок равного сопротивления из стали (модуль Юнга E = 210 ГПа)  при консольном ее закреплении для аттестации испытательного оборудования при динамических нагрузках объекта.

Длина балки, мм Область равномерного напряжения, мм Частота сосбственных колебаний, Гц Перемещение конца балки, мм Напряжение, МПа (кгс/мм²)
140 40 2011 4,29 67,5 (6,88)
105 30 4075 4,25 135 (13,77)
81 20 8031 4,18 260 (26,51)

Теперь когда все расчеты проведны, перейдём к описанию процедуры аттестации измерительного оборудования при помощи балок равного сопротивления для динамических нагрузок.

Состав оборудования для проведения динамических нагрузок объектов обычно включает в себя:

  • вибростенд с усилителем мощности;
  • контроллер для формирование воздействия заданного уровня на вибростенде, а также для регистрации показаний с контрольных датчиков;
  • контрольный тензорезистор;
  • лазерный датчик перемещения;
  • акселерометр для контроля амплитуды заданного ускорения.

Для подготовки к проведению аттестации необходимо приклеить контрольный тензорезистор на балку равного сопротивления в зоне равномерного напряжения, при помощи остастки закрепить консольным образом балку на столе вибростенда.
Акселерометр установить на оснастку таким образом, чтобы его положение было максимально приближено к центру стола вибростенда.
Лазерный датчик перемещения закрепить на штативе таким образом, чтобы можно было контрольровать перемещение свободного конца балки.
Все датчики подключить к измерительным каналам контроллера, а выход генератора контроллера подключить к усилителю мощности вибростенда.

Аттестация оборудования сводится к определению соответствия показаний контрольного тензорезистора, наклеенного на балку в зоне равномерного напряжения, показаниям датчика перемещения, установленного для регистрации амплитуды перемещений конца балки при вынужденных гармонических колебаниях на частоте равной первой моде колебаний балки.

Проведение аттестации измрительной аппаратуры для динамических нагрузок с использованием балок равного сопротивления представляет собой понятный и удобный способ подтверждения точностных характеритсик измерительного тракта системы, что является залогом получения достоверных результатов при тестировании изделий и образцов. При этом балки равного сопротивления просты в изготовлении, а соответственно не требуют значительных затрат и доступны для широкого круга лабораторий.

Авторизация
*
*

Потеряли пароль?

Политика конфиденциальности персональных данных

Регистрация
*
*
*

Политика конфиденциальности персональных данных

Генерация пароля