|
Недостатки и ограничения расчета заставляют прибегать к экспериментальным способам определения напряжений. В случаях, не поддающихся теоретическому анализу, эксперимент является единственным способом определить, хотя бы приближенно, распределение напряжений.
Тензометрирование. Тензометр представляет собой прибор, позволяющий измерять изменение длины между двумя точками образца при приложении нагрузки. Напряжения определяют косвенно .через упругую деформацию на основании закона Гука.
Наиболее удобны электротензометры с датчиками сопротивлений, представляющими собой петли из проволоки или фольги (рис. 74, а, б) толщиной 0,01—0,03 мм, наклеенные на полоску плотной бумаги. Датчик наклеивают на исследуемый участок детали так, чтобы длина петель совпадала с направлением ожидаемой деформации.
Измерительный прибор состоит из мостика Уит-стона с четырьмя уравновешенными сопротивлениями, одно из которых (1?|) служит датчиком. Гальванометр прибора устанавливают на ноль. Прн деформации детали длина петель датчика изменяется, вследствие чего изменяется его омическое сопротивление, и в цепи гальванометра возникает ток, пропорциональный деформации.
Для исключения влияния температуры датчики изготовляют из константана (60% Си н 40% Ni + Со), омическое сопротивление которого постоянно в широком диапазоне температур.
Тензометрированием можно измерять значительные упругопластические деформации (до 15 — 20%). Определение напряжений возможно только в области упругих деформаций. Тензометрированием определяют напряжения в поверхностном слое детали, которые или совпадают с напряжениями в толще металла (случай растяжения и сжатия), или чаще (изгиб, кручение, сложные напряженные состояния) превосходят их и, следовательно, достоверно характеризуют прочность детали в целом.
Для определения внутренних напряжений на исследуемую поверхность наклеивают датчик прибора, который настраивают на ноль. Затем исследуемый участок металла вырезают и по изменению размеров вырезанного участка находят имевшиеся в нем внутренние напряжения.
При изучении быстроизменяющихся деформаций, например при циклических нагрузках, в схему включают усилитель; деформации записывают с помощью осциллографа. Деталь устанавливают на стенде и подвергают действию вибраторов (пульсаторов), воспроизводящих рабочие нагрузки на деталь. В некоторых случаях можно изучать деформации деталей на работающей машине.
В настоящее время выпущены тензодатчики с базой измерения до 0,5 мм. Появились полупроводниковые (кремниевые и германиевые) тензодатчики с коэффициентом чувствительности Р = 100 — 200, т. е. на два порядка больше, чем у ко стантановых датчиков, и с диапазоном измерения относительных упругопластических деформаций до 20%.
Для испытаний на усталость разработаны многоканальные приборы, позволяющие измерять одновременно во многих точках (до 200) циклические напряжения в диапазоне частот 50 — 50000 кГц с цифровой либо кодовой записью напряжений на пленке или ленте, либо с дистанционной передачей кривых напряжений на световое табло.
Для измерения деформаций при высоких температурах разработаны температурно компенсированные тензодатчики, исключающие влияние кажущихся напряжений, вызванных тепловым расширением поверхности. Компенсированные датчики из константа-новой проволоки позволяют измерять температуру до 300 °С, нихромовые — до 750 °С и платиновые — до П00°С. Высокотемпературные тензодатчики закрепляют на поверхности деталей с помощью термостойких керамических цементов.
Оптико-поляризационный метод изучения напряжений основан на свойстве многих прозрачных упругих материалов (акрилатов, поли-стиролов, эпоксидов, фторопластов) становиться двоякопреломляющими под действием напряжений. Обычно определяют напряжения на плоских образцах. Образец, изготовленный из оптически активного материала, устанавливают в пучке поляризованного света и рассматривают через второй поляризатор (анализатор), скрепленный с первым. В качестве поляризаторов вместо призм, склеенных из природных двоякопреломляющих кристаллов (исландский шпат), сейчас применяют более дешевые и удобные поляриоды Ленда (одно-осно растянутые и обработанные йодом листы поливинила), которым можно придать практически неограниченные размеры.
При отсутствии в образце напряжений анализатор гасит световые лучи, прошедшие через поляризатор, и изображение получается затемненным. Под нагрузкой материал образца, становясь двоякопреломляющим, разлагает поляризованный свет на две взаимно перпендикулярные и совпадающие с направлением главных напряжений волны с разностью фаз, пропорциональной разности главных напряжений. В анализаторе волны снова совмещаются, и благодаря приобретенной разности фаз на изображении возникает система интен-ференционных полос. При освещении белым светом образуются цветные полосы (изо-хромы), цвет которых зависит от разности главных напряжений а, — а2, а частота расположения — от нагрузки.
| 
