rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2024-20-1-7-15rmjournal-472Research ArticleЭталоныStandardsПрименение установок с балками равного сопротивления изгибу в качестве рабочих эталонов деформацииApplication of Installations with Uniform-Strength Beams as Working Deformation StandardsТрибушевскаяЛ. А.TribushevskaiaL.  A.

Трибушевская Лидия Александровна –  и. о. заведующего лабораторией метрологии силы, массы и линейно-угловых величин

620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, д. 4

Researcher ID: ABI-7037–2020

Lydia A. Tribushevskaia –  Acting Head of the laboratory of metrology of force, mass and linear-angular magnitudes

4 Krasnoarmeyskaya str., Yekaterinburg, 620075

Researcher ID: ABI-7037–2020

form233@uniim.ruМитрофановВ. В.MitrofanovV. V.

Митрофанов Владимир Витальевич –  инженер лаборатории метрологии силы, массы и линейно-угловых величин

620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, д. 4

Vladimir V. Mitrofanov –  Engineer of the laboratory of metrology of force, mass and linear-angular magnitudes

4 Krasnoarmeyskaya str., Yekaterinburg, 620075

form233@uniim.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1106-8038ОсиповЛ. Е.OsipovL. E.

Осипов Леонид Евгеньевич –  инженер лаборатории метрологии силы, массы и линейно-угловых величин 

620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, д. 4

ResearcherID: ABB-6879–2020

Leonid E. Osipov –  Engineer of the laboratory of metrology of force, mass and linear-angular magnitudes

4 Krasnoarmeyskaya str., Yekaterinburg, 620075

ResearcherID: ABB-6879–2020 

osipovle@uniim.ruУНИИМ – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»РоссияUNIIM – Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation202408042024201715Copyright © Трибушевская Л.А., Митрофанов В.В., Осипов Л.Е., 20242024Трибушевская Л.А., Митрофанов В.В., Осипов Л.Е.Tribushevskaia L.A., Mitrofanov V.V., Osipov L.E.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/472

Рассмотрены способ получения однородной деформации по длине рабочего участка балки равного сопротивления изгибу и возможность ее применения в составе рабочего эталона деформации. Изложены результаты анализа модели изгиба и конструкции балки равного сопротивления. В фокусе внимания – п араметры, входящие в уравнение измерений и связанные с методическими факторами, а также оказывающие влияние на результат измерений относительной деформации. Предметами исследования являются наличие сил контактного трения, неоднородность свойств материала, особый характер приложения нагрузки (изгиб, кручение, наличие остаточных напряжений в теле, геометрические параметры градуировочной балки, ориентация первичных преобразователей на балке, приложение изгибающей нагрузки, измерение прогиба и смещения нейтрального слоя). Установлены преимущества и недостатки применения балки равного сопротивления изгибу для определения характеристик первичных преобразователей деформации при испытаниях, калибровке и поверке. Экспериментально выявлено отклонение сигналов первичных преобразователей, расположенных вне осевого сечения, при ориентации вдоль оси балки и вдоль силовых линий, сходящихся в точке приложения нагрузки. Погрешность, обусловленная ориентацией первичных преобразователей на балке в зависимости от угла между боковыми гранями, может составлять от 0,15 до 0,23 %. Исследование пополнит теоретическую базу знаний о возможности использования консольной балки равного сопротивления как несущего элемента в градуировочных установках. Выводы могут быть полезны для проведения испытаний, калибровки и поверки первичных преобразователей деформации.

A method for obtaining homogeneous deformation along the length of the measuring section of a uniform-strength beam and the possibility of its application as part of a working deformation standard are considered. The results of the analysis of the bending model and the design of a uniform-strength beam are presented. In the focus of attention are the parameters included in the measurement equation and related to methodological factors, as well as influencing the result of relative deformation measurements. The subjects of research are the presence of contact friction forces, heterogeneity of material properties, the special nature of the load application (bending, torsion, the presence of residual stresses in the body, geometrical parameters of the calibration beam, orientation of primary transducers on the beam, application of bending load, measurement of deflection and displacement of the neutral layer). The advantages and disadvantages of using a uniform-strength beam for determining the characteristics of primary strain transducers during testing, calibration, and verification were established. The deviation of signals of primary transducers located outside the axial cross-section when oriented along the beam axis and along the force lines converging at the point of load application was experimentally revealed. The error due to the orientation of the primary transducers on the beam depending on the angle between the lateral faces can range from 0.15 to 0.23 %. The study adds to the theoretical knowledge base on the possibility of using a cantilever uniform-strength beam as a load-bearing element in calibration installations. The conclusions may be useful for testing, calibrating, and verifying primary strain transducers.

балка равного сопротивления изгибуизмерение деформацииметрологияuniform-strength beamstrain gaugesmetrologyReferencesDevelopment of a novel adaptive range strain sensor for structural crack monitoring / Z. Jia [et al.] // Journal of Marine Science and Engineering. 2022. Vol. 10. P. 1710. https://doi.org/10.3390/jmse10111710Jia Z., Ma G., Su X., Li Y., Xing C., Ye S. et al. Development of a novel adaptive range strain sensor for structural crack monitoring. Journal of Marine Science and Engineering. 2022;10:1710. https://doi.org/10.3390/jmse10111710Chen G., Liu H., Gao R. Calibration technology of optical fiber strain sensor // Journal of Shanghai Jiaotong University (Science). 2022. Vol. 28. P. 551–559. https://doi.org/10.1007/s12204-022-2406-9Chen G., Liu H., Gao R. Calibration Technology of optical fiber strain sensor. Journal of Shanghai Jiaotong University (Science). 2022;28:551–559. https://doi.org/10.1007/s12204-022-2406-9Применение оптоволоконных технологий при создании встроенных систем самодиагностики авиационных конструкций / А. Н. Серьезнов [и др.] // Системы анализа и обработки данных. 2016. Т. 64, № 3. С. 95–105.Serious A. N., Kuznetsov A. B., Lukyanov A. V., Bragin A. A. Application of fiber-optic technologies in the creation of embedded selfdiagnosis systems for aircraft structures. Analysis and data processing systems. 2016;64(3):95–105. (In Russ.).Zubin D. Theoretical design of calibration beams for strain gauge factor measuring apparatus // Strain. 1998. Vol. 34. P. 99–107. https://doi.org/10.1111/j.1475–1305.1998.tb01092.xZubin D. Theoretical design of calibration beams for strain gauge factor measuring apparatus. Strain. 1998;34:99–107.Standard stand for determining the metrological characteristics of resistance strain gages / V. S. Volobuev [et al.] // Measurement Techniques. 2000. Vol. 43. P. 1052–1056. https://doi.org/10.1023/A:1010939718310Volobuev V. S., Klokova N. P., Kosov L. I., Kamkova V. D., Minakov V. P., Tikhomirov V. I. Standard stand for determining the metrological characteristics of resistance strain gages. Measurement Techniques. 2000;43:1052–1056. https://doi.org/10.1023/A:1010939718310Calibration model optimization for strain metrology of equal strength beams using deflection measurements / Y. Yan [et al.] // Sensors. 2023. Vol. 23, № 6. P. 3059. https://doi.org/10.3390/s23063059Yan Y., Wu Z., Cui J., Chen K., Tang Y., Yang N. Calibration model optimization for strain metrology of equal strength beams using deflection measurements. Sensors. 2023;23:3059. https://doi.org/10.3390/s23063059Research on a precision calibration model of a flexible strain sensor based on a variable section cantilever beam / Q. Wang [et al.] // Sensors. 2023. Vol. 23. P. 4778. https://doi.org/10.3390/s23104778Wang Q., Cui J., Tang Y., Pang L., Chen K., Zhang B. Research on a precision calibration model of a flexible strain sensor based on a variable section cantilever beam. Sensors. 2023;23:4778. https://doi.org/10.3390/s23104778Анализ и проектирование конструкций. В 2 т. Т. 7. Ч. 1 / Г. Сендецки, А. Викарио мл., Р. Толанд и др. ; ред. К. Чамис ; Перевод В. В. Васильева ; под ред. Ю. М. Тарнопольского. 1978. 344 с.Sendetski G., Vikario A. ml., Toland R. Analysis and design of structures. In 8 vol. of vol. 7. Is. 7. New York: London; 1978. 300 p. (In Russ.).Манжосов В. К. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов. Ульяновск: УлГТУ, 2016. 59 с.Manzhosov V. K. Laboratory workshop on the resistance of materials. Ulyanovsk: UlGTU; 2016. 59 p. (In Russ.).Zheng W.-H., Dan D.-H., Cheng W. Calibration of 0.1 µε-level resolution FBG sensor by the equal strength beam // Journal of Optoelectronics Laser. 2017. Vol. 28, № 4. P. 365–370. https://doi.org/10.16136/j.joel.2017.04.0245Zheng W., Dan D., Cheng W. Calibration of 0.1µε-level resolution FBG sensor by the equal strength beam. Journal of Optoelectronics Laser. 2017;28(4):365–370. https://doi.org/10.16136/j.joel.2017.04.0245Oore S., Oore M. Uniform strength for large deflections of cantilever beams under end point load // Structural and Multidisciplinary Optimization. 2009. Vol. 38. P. 499–510. https://doi.org/10.1007/s00158–008–0291-yOore S., Oore M. Uniform strength for large deflections of cantilever beams under end point load. Structural and Multidisciplinary Optimization. 2009;38:499–510. https://doi.org/10.1007/s00158–008–0291-yResearch on a precision calibration model of a flexible strain sensor based on a variable section cantilever beam / J. Cui [et al.] // Sensors. 2023. Vol. 23. P. 4778. https://doi.org/10.3390/s23104778Cui J., Tang Y., Pang L., Chen K., Zhang B. Research on a Precision Calibration Model of a Flexible Strain Sensor Based on a Variable Section Cantilever Beam. Sensors. 2023;23:4778. https://doi.org/10.3390/s23104778Тимошенко С. П. Прочность и колебания элементов конструкций. М.: Наука, 1975. 704 с.Timoshenko S. P. Strength and vibrations of structural elements. Moscow: Nauka; 1975. 704 p. (In Russ.).Романов А. Н. Разрушение при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1988. 280 с.Romanov A. N. Destruction under low-cycle loading. Moscow: Nauka; 1988. 280 p. (In Russ.).Пачурин В. Г., Галкин В. В., Пачурин Г. В. Оценка деформационной неоднородности в раскатанных изделиях с клиновым профилем // Фундаментальные исследования. 2014. № 11, Ч. 4. С. 765–773.Pachurin V. G., Galkin V. V., Pachurin G. V. Assessment of deformation heterogeneity in rolled products with a wedge profile. Fundamental research. 2014;11(4):765–773. (In Russ.).Орлов П. И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Кн. 1. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1977. 623 с.Orlov P. I. Fundamentals of design. A reference manual in 3 books. Book 1. 2nd ed. Moscow: Mashinostroenie; 1977. 623 p. (In Russ.).Tu Y., Gong H., Chen J., Jin Y. Simulation and experimental investigations on the strain measurement of the uniform strength beam using a FBG sensor // Journal of Physics Conference Series. 2011. Vol. 276, № 1. P. 012145. https://doi.org/10.1088/1742–6596/276/1/012145Tu Y., Gong H., Chen J., Jin Y. Simulation and experimental investigations on the strain measurement of the uniform strength beam using a FBG sensor. Journal of Physics Conference Series. 2011;276(1):012145.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.