![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ТЕНЗОМЕТРИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХСтр 1 из 5Следующая ⇒ Тензометрия– это способ экспериментальной оценки напряженно- де-формированного состояния (НДС) конструкции. Методы оценки НДС конструктивных элементов и образцов путем пря-мого измерения деформаций и напряжений называются тензометрическими методами. При исследовании конструкций необходимо выбрать такое коли-чество точек, в которых должны быть определены компоненты напряжений. При этом необходимо так задать их расположение на конструкции, чтобы имелась возможность выявления наиболее напряженных зон. Надежность и долговечность технических устройств железнодорожного транспорта в значительной степени зависят от результатов их диагностирова- ния и неразрушающего контроля (НК). Несущие элементы металлоконструк- ций пути (рельсы), детали буксового узла колесной пары (внутренние кольца подшипников на оси) циклически нагружаются при эксплуатации, что сов- местно с высоким уровнем остаточных напряжений и накопленными микро- повреждениями приводит к трещинообразованию, разрушению и катастро- фическим последствиям. Современная концепция технической диагностики и НК базируется на ме- тодах обнаружения дефектов в виде разрывов сплошности, снижающих проч- ность сечений механически нагруженных деталей машин и конструкций. Совершенствование методов и средств НК в последние десятилетия позво- лило существенно повысить чувствительность и надежность выявления дефектов в металлоконструкциях. Тензометрический метод обследования конструкций широко использует- ся на железнодорожном транспорте. Например, вследствие длительной
Известно, что при полигармоническом нагружении уменьшается долговеч- ность сварных соединений, а при повторных ударах в условиях пониженных температур снижается их предел выносливости. Учет этих факторов позволит повысить точность расчета ресурса несущих конструкций подвижного со-става. Влияние на путь подвижного состава длительно эксплуатируемого с повышенной скоростью движения с учетом деградации механических свойств материалов, практически не изучено.
Целью экспериментальных исследований является определение факти-ческих внешних нагрузок, действующих от подвижного состава на рельсы, получение качественной закономерности и количественных значений, харак-теризующих особенности интенсивности изменения ширины колеи в кривом участке пути в зависимости от параметров пути, массы и скорости движения подвижного состава. Тензометрический метод обследования конструкций, используемый при ресурсных испытаниях, обеспечивает надежность, безопасность и позволяет прогнозировать и предотвращать их преждевременное разрушение в про- цессе прочностных испытаний. Определение механических напряжений, усилий и деформаций, возникающих в конструкции во время эксплуатации, можно производить расчетным и экспериментальным методами. При прове- дении прочностного эксперимента необходимо: - определить усилия, возникающие в отдельных сечениях элементов конст- рукции и конструкции в целом; - найти распределение напряжений, возникающих в элементах конструкции при различных видах ее нагружения; - определить динамические усилия и напряжения, причиной которых являют- ся колебания, удары и т.д. Классификация основных задач тензометрии может быть сделана по сле- дующим признакам: - по характеру нагружения объекта контроля (ОК) во времени и виду полу- чаемой при этом информации; - по особенности НДС исследуемого объекта; - по особым свойствам материалов объекта исследования; - по внешним воздействиям, которым подвергается ОК при тензометрирова- нии. При статическом тензометрировании осуществляют получение и обработ- ку информации о деформациях под действием статических или квазистати- ческих нагрузок на исследуемый объект. Экспериментальное решение этой задачи позволяет установить распределение деформаций в узлах и на участ- ках ОК под действием внешних статических нагрузок, температурных полей и т.д. Эта задача характеризуется большим числом точек измерения (до десятков тысяч). Существенное увеличение объема информации потребовало автоматизации процесса ее получения и обработки. При исследовании напряженного состояния элементов конструкции определяются как величина, так и направление вектора деформаций. Кроме исследования общего напряженного состояния конструкции, при статических испытаниях возникают потребности изучения местной прочности в зонах нерегулярности (вырезы, стыки и т.д.) с выявлением мест концентрации.
При проведении прочностных и теплопрочностных испытаний необхо-димо исследовать поля распределения деформаций и температур при реаль-ных нагрузках, действующих на конструкцию в процессе эксплуатации. Эти параметры определяются в отдельных наиболее нагруженных и ответст- венных местах конструкции. Увеличение размеров современных конструк- ций, детальное исследование прочности отдельных элементов требуют уста- новки на ОК множества датчиков местных и общих деформаций. Число дат- чиков местных деформаций (при современных статических и повторно-ста- тических испытаниях) достигает нескольких тысяч. Поэтому для обеспече- ния многоточечного измерения местных деформаций требуются информа- ционно-измерительные системы (ИИС), обладающие высокими метрологи- ческими характеристиками (МХ) с автоматизацией обработки и представле- ния информации. Методы тензометрии подразделяются на следующие группы: рентгеновс- кие, поляризационно-оптические (методы фотоупругости), муаровых полос, хрупких и гальванических покрытий, методы, основанные на преобразовании деформаций поверхности ОК с помощью тензодатчиков. Для определения напряжений в конструкциях при линейном напряженном состоянии применяют одиночные тензодатчики, оси которых располагают параллельно оси элемента. Элементы, находящиеся в сложно-напряженном состоянии, требуют измерений относительных деформаций. Наиболее часто экспериментатора интересуют следующие механические величины, непосредственно связанные с предельными состояниями: - напряжения и деформации в наиболее характерных точках на поверхности или внутри элементов и образцов; В процессе эксплуатации железнодорожных колес на их поверхности ка- тания образуются дефекты. В нашей стране и за рубежом для определения степени дефектности колес в движении используют тензометрию. При диаг- ностике колес используют тензодатчики, измеряющие механические напря- жения на участках рельса, по которым проходят колесные пары. Тензометрические методы используются для измерения боковых и верти- кальных сил по деформации рельса в его сечении. Дефекты поверхности катания колес, являясь причиной больших ударных нагрузок, оказывают негативное влияние как на верхнее строение пути, так и могут привести к излому колеса. Возникающие в результате взаимодействия динамические процессы и ударные воздействия, вызванные наличием дефектов их поверх- ности катания, приводят к распространению упругих колебаний как в колесе, так и в рельсе.
Для записи регистрируемых параметров применяется программно-аппа- ратный комплекс, состоящий из измерительного модуля и компьютера. Новые типы вагонов после отработки конструкции на опытных образцах или партиях установочной серии проходят всесторонние испытания. После приемки вагона государственной (межведомственной) комиссией строится головная (контрольная) серия вагонов. По результатам изготовления и испы- тания опытных образцов и контрольной серии корректируется конструкторс- кая документация, проверенная по технологическому процессу. При серий- ной постройке вагонов производится контрольная проверка в условиях ваго- ностроительного завода. Кроме того, периодический контроль качества пост- ройки и работоспособности вагона производится в эксплуатации. Специ-альные эксплуатационные испытания вагона в целом и его отдельных эле-ментов позволяют заранее за сравнительно короткий срок установить факти-ческую прочность и долговечность различных частей, оценить его динами-ческие качества и воздействие на железнодорожный путь. В зависимости от
Проводятся также динамические испытания (ходовые) – общединами- ческие (заводские, приемочные, поездные) и специальные (тормозные, на устойчивость вагонов, определение величины и характера распределения во времени динамических сил за время длительной эксплуатации вагона). При заводских испытаний проводится проверка работы отдельных узлов вагона и его конструкции в целом. Приемочные поездные испытания прово- дятся для определения динамических (ходовых) качеств вагона, динамичес- ких сил, установления пригодности вагона к эксплуатации на железнодоро- жной сети России и стран СНГ и условий обращения с указанием макси- мально допустимой скорости движения вагона, при которой обеспечивается требуемая прочность, устойчивость и плавность хода пути с типовым верх-ним строением.
и кузова, предельных величин продольных сил, при которых может прои-зойти разрушение рамы или кузова вагона, а также для оценки соответствия характеристик поглощающего аппарата автосцепки массе вагона и д-пуска-емой скорости соударения вагонов при эксплуатации. Испытания могут про-водиться на эксплуатационных путях железнодорожной станции или на спе-циальном стенде-горке с лебедкой. Для измерения продольной силы удара через автосцепку применяется специальная динамометрическая автосцепка с наклеенными на хвостовике корпуса тензодатчиками. Эксплуатационные линейные испытания проводятся выборочным контролем состояния вагонов рабочего парка в эксплуатации для изучения работоспособности, долго-вечности и интенсивности износов узлов и механизмов, причин и характера повреждений систем и отдельных деталей вагонов. Статический режим нагружения характеризуется однократным и дли- тельным приложением внешней нагрузки к узлам вагона, монотонно дос- тигающей своей максимальной величины. Основными задачами статических прочностных испытаний являются:
частичным изменением конструкции вагона; отдельных элементов; При статических прочностных испытаниях важное значение имеет пра-вильный выбор мест наклейки тензодатчиков для измерения деформаций, по которым впоследствии определяются напряжения в элементах вагона. Тен-зодатчики должны наклеиваться в местах ожидания наибольших напряже-ний, в местах предположения излишней затраты металла конструкции ваго-на; в местах, позволяющих проверить расчетную схему и результаты рас-четов, а также на наиболее ответственных элементах, от которых непосред-ственно зависит безопасность движения вагона по условиям его прочности. Таблица 1.1 – Размещение тензодатчиков для измерения деформаций при различных нагружениях силой Р и изгибающим моментом М при одно-осном напряженном состоянии Примечание: μ – коэффициент Пуассона, для стали μ = 0,25-0,3; К – компенсационный датчик, наклеенный на ненагруженную металлическую пластину.
Для оценки усилий, которые способна воспринимать обшивка кузова, определяется с деформация, возникающая от усилий сжатия или растяжения. Деформация изгиба возникает из-за технологических неровностей на обшив-ке кузова или из-за неровностей, возникающих вследствие местной потери устойчивости обшивки кузова. Для измерения на испытательном стенде напряжений в оси колесной пары от статической вертикальной нагрузки тензодатчики наклеиваются на подступичной и средней частях оси по двум схемам (рисунок 1.1). При второй схеме установки тензодатчиков, соединенных между собой в единую электрическую цепь, чувствительность измерительной схемы увеличивается в два раза. Активные тензодатчики А ориентированы вдоль продольной оси, а температурные тензодатчики К — поперек продольной оси рядом с актив-ными тензодатчиками. В этом случае действительная деформация металла оси будет меньше измеренной деформации в (1,25—1,3) раза (с учетом ко-эффициента Пуассона u = 0,25—0,3).
Рисунок 1.1 – Размещение активных (А) и компенсационных (К) тензодатчиков на оси колесной пары Для измерения напряжений в прутках цилиндрической пружины от дефор- мации кручения, сдвига и изгиба применяется схема наклейки датчиков, показанная на рисунке 1.2. Активные датчики А наклеиваются на внешней стороне прутков под углом 45° к продольной оси прутка, а компенсационные датчики К — на отдельной металлической пластине. Определяются напряжения в двух сече- ниях пружины с целью подтверждения положения о равенстве напряжений при последовательном соединение витков пружины. Рисунок 1.2 -Размещение тензодатчиков 1 и 2 на пружине
Рисунок 1.3 – Размещение тензодатчиков на продольной боковой балке типа ТВЗ – ЦНИИ (а) и электрическая схема соединения тензодатчиков в каждой точке В-В (б)
|