Устройство для нагрева контура участка полимерной конструкции

Полезная модель относится к нагревательным устройствам и может быть использована в измерительной технике при определении напряжений в элементах конструкций из полимерных материалов.
Наиболее близким к заявляемому объекту является устройство для определения полных напряжений в элементах полимерных конструкций способом местного снятия нагрузки путем освобождения исследуемого участка от связи с конструкцией нагревом контура участка до высокоэластического состояния, поддерживая температуру внутри контура постоянной и измеряя деформации исследуемого участка [Способ определения полных напряжений в элементах термопластовых конструкций: А.с. 1534338 СССР: МКИ5 G 01 L 1/00 / Асташкин В.М., Ильин О.А., Степанов Ю.А. - Заявлено 26.04.88; опубл. 07.01.90, Бюл. № 1].
Указанное устройство содержит полый корпус, с одной стороны которого, устанавливаемого на конструкцию, по контуру закреплен нагреватель, а с другого установлен вентилятор для подачи воздуха к нагревателю для охлаждения зоны внутри контура сопла.
Недостатками известного устройств являются широкая зона нагрева от щелевого сопла и невозможность поддержания обдувом наружным воздухом температуры внутри контура, равной температуре конструкции, что снижает точность определения полных напряжений.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в  повышении точности определения полных напряжений в элементах полимерных конструкций за счет более эффективной локализации зоны нагрева.
Указанный технический результат заявляемой полезной модели достигается тем, что в устройстве для нагрева контура участка полимерной конструкции, содержащем полый корпус, с одного конца которого, устанавливаемого на конструкцию, по контуру закреплен нагреватель, а с другого - установлено устройство подачи воздуха, согласно полезной модели, нагреватель выполнен накладным контактным, один конец корпуса, противоположный устанавливаемому на конструкцию открытому концу, выполнен закрытым, устройство подачи воздуха выполнено в виде патрубка, установленного в закрытом конце корпуса и соединенного с кондиционером, при этом устройство для нагрева контура участка полимерной конструкции дополнительно содержит патрубок с заслонкой, установленный в закрытом конце полого корпуса и полую кольцевую камеру, закрепленную снаружи полого корпуса со стороны открытого конца, и сообщающуюся с ним и с окружающей средой через отверстия.
Накладной нагреватель обеспечивает узкую зону нагрева, а подача воздуха от кондиционера позволяет точно поддерживать температуру поверхности конструкции внутри контура нагревателя, равной температуре конструкции, что повышает точность определения полных напряжений в элементах полимерных конструкций.
Полая кольцевая камера обеспечивает циркуляцию охлажденного воздуха, поступающего из сообщающегося с ней корпуса, и охлаждение этим воздухом участка конструкции, непосредственно примыкающего снаружи к нагреваемому, локализуя тем самым зону нагрева. Ограничение зоны нагрева необходимо, поскольку при повышении температуры в нагреваемой зоне возникают температурные напряжения, которые вносят погрешность в начальное напряженное состояние выделяемого нагревом участка, на котором определяются полные напряжения.
Устройство подачи воздуха, выполненное в виде патрубка, установленного в закрытом конце корпуса и соединенного с кондиционером, обеспечивает подачу холодного воздуха внутрь корпуса и в сообщающуюся с ним кольцевую камеру, за счет чего происходит охлаждение участков конструкции, соприкасающихся с нагреваемым контуром.
Патрубок с заслонкой обеспечивает выравнивание температуры между участками, непосредственно соприкасающимися с нагреваемым контуром внутри и снаружи корпуса. Выравнивания добиваются за счет регулирования заслонкой пропускной способности патрубка, через который выходит из корпуса отработанный охлажденный воздух. При увеличении пропускной способности патрубка количество охлажденного воздуха, попадающего в кольцевую камеру, уменьшается, и, наоборот, - при уменьшении пропускной способности патрубка количество охлажденного воздуха, попадающего в кольцевую камеру, увеличивается. Таким образом, меняется интенсивность охлаждения участков, примыкающих к нагреваемому контуру.
На фиг. 1 показано заявляемое устройство, на фиг.2 - разрез А-А по заявляемому устройству.
Устройство (фиг.1) содержит корпус 1 в виде полого цилиндра, один конец 2 которого открыт для установки на поверхность исследуемой конструкции 3, а другой конец закрыт крышкой 4, через которую проходят патрубок 5 для подачи охлажденного воздуха от кондиционера (на фигурах не показан) и патрубок 6 с заслонкой 7 для выхода отработанного охлаждающего воздуха. Со стороны открытого конца на торце 2 на корпусе 1 установлен контактный нагреватель 8, например в виде электрической спирали, который для плотного прилегания к конструкции 3 может быть в эластичном чехле, например из термостойкого силикона. Там же на торце 2 закреплена снаружи корпуса 1 полая кольцевая камера 9, сообщающаяся с полостью корпуса 1 через отверстия 10, а с атмосферой через  отверстия 11 по всему контуру в нижней части камеры 9.
Устройство работает следующим образом.
На исследуемый участок элемента 3 нагруженной конструкции устанавливают тензодатчик 12, например, наклеивают розетку тензорезисторов и снимают их показания. Затем осуществляют местное снятие нагрузки с исследуемого участка, нагревая контур исследуемого участка элемента 3 с тензодатчиком 12 контактным нагревателем 8, в результате кольцевая зона 13 исследуемого участка конструкции 3 нагревается до температуры стеклования исследуемого полимера, что приводит к его переходу в высокоэластичное состояние и потере жесткости, как следствие он  перестает препятствовать свободной деформации участка внутри нагретого контура. Температура зоны 13 контролируется термопарой 14, температура участка конструкции внутри кольцевой зоны 13 термопарой 15, температура участка, прилегающего снаружи к зоне 13 - термопарой 16 и температура самой конструкции термопарой 17. Регулируя температуру поступающего в патрубок 5 от кондиционера (на фигуре не показан) охлаждающего воздуха и перераспределяя его выход  в патрубок 6 и в отверстия 11, с помощью заслонки 7 добиваются выравнивания температуры в зонах установки термопар 15, 16 и 17, то есть поддерживают температуру исследуемого участка постоянной и равной температуре конструкции 3. При этом контролируемая термопарой 14 температура кольцевой зоны 13 подачей напряжения на нагреватель 8 поддерживается равной температуре перехода материала конструкции 3 в высокоэластичное состояние (например, для винипласта это около 120°С). Затем повторно снимают показания тензодатчика 12 и по их разности определяют полные напряжения в конструкции. Затем выключают нагрев нагревателя 8, устройство снимают с конструкции, которая остается неповрежденной. После остывания участка полимерной конструкции его жесткость восстанавливается.
По сравнению с прототипом заявляемое устройство повышает точность определения полных напряжений в элементах полимерных конструкций за счет более эффективной локализации зоны нагрева и возможности выравнивания температуры зон конструкции.
Заявка подготовлена в рамках проекта FENU-2020-0019 (2020073ГЗ).