д) Измерение деформаций и напряжений

д) Измерение деформаций и напряжений

Деформации измеряют непосредственно, а напряжения — косвенно, используя расчет по формулам связи напряжений и де­формаций. Устройства для непосредственного измерения деформаций называют тензометрами. Среди тензометров наиболее распространены резистивные тензодатчики для измерения деформации удлинения в заданном направлении. При измерении поверхностных деформаций обычно предполагают, что на пло­щадке xy (рис.2.17), к которой прикреплены датчики, напряжения    отсутствуют   . .

Резуль­тирующая относительная деформация  рассматриваемого  элемента в силу малости деформаций равна

   (2.38)   

При объемном деформированном состоянии относительная деформациямалого линейного элемента   в  направлении, имеющем направляющие косинусыв системе координат хуz :

 (2.39)

где— относительные удлинения (сжатия)  внаправлении

осей  ;

     — относительные деформации   сдвига  в плоскостях

ху, хz, уz.

    В соответствии с уравнением (2.38) деформированное состояние в точке пол­ностью определяется значениямии ?xy. Когда главные направления известны, то при измерениях используют два датчика.

 

Рисунок 2.17 -  Малый кубический элемент тела с действующими на гранях компонентами напря­жений

 

Рисунок 2.18 - Направления измеряемых удлинений в типовых тензометрических розетках:а — розетка типа «дельта»;   б — прямоугольная розетка;   в — розетка типа «Т-дельта»

   Если же главные направления неизвестны, то для определенияинеобходимо решить систему из трех уравнений вида (2.38), которые получают при измерении трех относительных удлинений  в различных направлениях. При измерениях обычно используют стандарт­ные наборы датчиков, называемые розетками. Ниже для типовых розеток (рис. 2.18) приведены выражения для главных деформацийи   напряжений

    , для максимальных деформации и напряжения   при    сдвиге

и   для угла  между первым главным направлением и осью х, представленные в функции от измеряе­мых деформаций .

 Для розетки типа «дельта»

 

Для прямоугольной розетки

 

При измерении динамических деформаций и напряжений приведенные выражения позволяют вычислить искомые величины для каждого момента времени.  Для измерения объемной деформации в точке в тело помещают розетку из шести  датчиков, что позволяет получить систему из шести независимых уравнений вида (2.39).

Следует указать также, что при исследовании полей напряжений и деформаций существенную помощь оказывает применение оптических методов — метода фотоупругости и метода муара.

Изучение влияния совместного действия силовых и физико-химических факторов на поведение твердых тел в процессе их эксплуатации привело к появлению нового направления — физико-химической механики материалов. Здесь делается попытка привлечения физики твердого тела, физической химии, химии твердых состояний и неравновесной термодинамики для изучения деформации и разрушения твердых тел, работающих в условиях одновременного действия нагрузок, температур, коррозионно-агрессивных сред и ядерных облучений.

 Рассмотрение закономерностей на уровне микрокартины явлений — необходимый этап для дальнейшего распространения полученных зависимостей на весь объем твердого тела, т. е. на всю деталь или ее поверхность. 

   Ниже дана иллюстрация возможностей физики твердого тела, показывающая, как с её помощью  раскрывается сущность двойственной природы прочности металлов, т.е. объясняется, почему в пластической области деформирования любая остаточная деформация в металлах, в том числе и макроскопическая остаточная деформация удлинения при осевом растяжении, осуществляется только за счет касательных напряжений, вызывающих деформацию сдвига на соответствующих площадках.