Применение установок с балками равного сопротивления изгибу в качестве рабочих эталонов деформации

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.

1. Development 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/jmse10111710

2. Chen 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/s12204-022-2406-9

3. Применение 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.

4. 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.x

5. 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:1010939718310

6. Calibration 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/s23063059

7. Research 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/s23104778

8. Анализ 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.

9. Манжосов В. К. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов. Ульяновск: УлГТУ, 2016. 59 с.

10. 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.2017.04.0245

11. Oore 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-y

12. Research 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/s23104778

13. Тимошенко С. П. Прочность и колебания элементов конструкций. М.: Наука, 1975. 704 с.

14. Романов А. Н. Разрушение при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1988. 280 с.

15. 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.

16. 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.

17. 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/10.1088/1742–6596/276/1/012145