Цифровая автоматизированная установка для исследования деформации тонкостенных элементов методом муаровых полос
DIGITAL AUTOMATED UNIT FOR STUDYING DEFORMATION OF THIN-WALL ELEMENTS BY MOIRE BANDS METHOD

Изобретение относится к области исследования упругих свойств конструкций, в частности, к технике экспериментального исследования напряженного состояния тонкостенных элементов конструкций, вызванного статическими или динамическими нагрузками, неравномерным нагревом, внутренними изменениями структуры материала и другими факторами.
Наиболее близкой, к заявленному устройству для исследования, является муаровая установка, состоящая из вогнутого вертикального экрана с растром, фотоаппарата, объектив которого помещен в отверстие, расположенное по центру экрана, загрузочного устройства в виде пространственной рамы, обеспечивающего регулировку положения исследуемого элемента и его закрепление, (Патент SU 316959, Муаровая установка для исследования деформации тонкостенных элементов / В.В. Новицкий, В.К. Нефедьев. - №1290152/29-14; - Опубл. 07.10.1971, Бюл. №30). Принято за прототип.
Недостатком известного устройства для исследования напряженного состояния тонкостенных элементов конструкций является большая трудоемкость, многооперационность и длительность процесса исследования при его использовании, а также низкое качество муаровых полос на снимках.
Технический результат изобретения - повышение качества муаровых полос на снимках, сокращение времени на испытательные эксперименты при исследовании напряженного состояния и деформации тонкостенных элементов, повышение точности результатов исследования и оперативности их получения.
Технический результат достигается тем, что в известной муаровой установке для исследования деформации тонкостенных элементов, состоящей из вертикального экрана с механизмом поворота и установленным на нем вогнутым растром, фотоаппарата, объектив которого помещен в отверстие, расположенное по центру экрана с растром, загрузочного устройства, обеспечивающего регулировку положения исследуемого элемента, его закрепление и ступенчатое нагружение, выполненного в виде пространственной рамы, с возможностью параллельного перемещения относительно экрана с растром особенность заключается в том, что использован цифровой фотоаппарат, а установка дополнительно снабжена цифровым автоматизированным устройством с программным обеспечением, к которому присоединен фотоаппарат, с возможностью передачи ему снимков. Экран с растром и загрузочное устройство расположены на станине, при этом экран с растром закреплен на станине неподвижно, а загрузочное устройство имеет возможность перемещаться по направляющим станины. Станина имеет форму прямоугольника и снабжена регулировочными винтами, расположенными по ее углам. Загрузочное устройство снабжено опорной и фиксирующей планками, предназначенными для надежного закрепления исследуемого элемента, при этом опорная планка имеет одну горизонтальную и две, разнесенные друг от друга, вертикальные направляющие, которые выполнены с отверстиями для различных вариантов закрепления исследуемого элемента.
На фигуре изображена схема цифровой автоматизированной установки для исследования деформации тонкостенных элементов, где приняты следующие обозначения: металлическая станина - 1, экрана с растром - 2, фотоаппарат - 3, загрузочное устройство - 4, опорная планка - 5, фиксирующая планка - 6, регулировочный винт - 7, исследуемый элемент - 8, осветительный элемент - 9, подвеска с грузом - 10, цифровое устройство - 11.
Цифровая автоматизированная установка для исследования деформации тонкостенных элементов методом муаровых полос состоит из металлической станины 1, имеющей форму прямоугольника, которая может быть изготовлена, например, из металлических уголков и снабжена регулировочными винтами 7, предназначенными для ее регулировки при выравнивании линии горизонта. Регулировочные винты 7 расположены по углам металлической станины 1. С одного конца металлической станины 1 надежно закреплен экрана, на котором установлен вогнутый растр. Объектив цифрового фотоаппарата 3 устойчиво зафиксирован в отверстиях, расположенных по центру экрана и растра. С другого конца металлической станины 1 расположено загрузочное устройство 4, которое снабжено опорной и фиксирующей планками, предназначенными для установки, регулировки положения и фиксации исследуемого элемента 8. При этом опорная планка 5 имеет одну горизонтальную и две, разнесенные друг от друга, вертикальные направляющие. Для различных вариантов закрепления исследуемого элемента 8, вертикальные направляющие имеют ряд отверстий, расположенных по всей их длине. Загрузочное устройство 4 имеет возможность перемещаться по направляющим станины относительно экрана с растром 2, например, за счет того, что оно надежно закреплено на уголках, установленных поверх уголков металлической станины 1. Фотоаппарат 3 присоединен к цифровому устройству 11 с программным обеспечением, позволяющему принимать и обрабатывать поступающие от него снимки, производить расчеты, с последующей выдачей результатов исследования. В качестве цифрового устройства 11 может быть использован, например, персональный компьютер. Установка также снабжена осветительными элементами 9, позволяющими равномерно освещать экрана с растром 2 и подвеской с грузом 10, закрепленной на пространственной раме загрузочного устройства 4 и предназначенной для ступенчатого нагружения исследуемого элемента 8.
Данная конструкция установки позволяет корректировать положение исследуемого элемента в горизонтальном направлении для совмещения оптической оси фотоаппарата с геометрическим центром исследуемого элемента. На заявленной муаровой установке применяется разновидность метода муаровых полос - метод с отраженной сеткой (метод Лигтенберга).
Цифровая автоматизированная установка для исследования деформации тонкостенных элементов работает следующим образом. Регулировочными винтами 7 выравнивают металлическую станину 1 по линии горизонта. На исследуемом элементе 8 подготавливают зеркальную поверхность, например, нанесением на внутреннюю поверхность исследуемого элемента 8 битумного лака, и устанавливают его на опорную планку 5. Затем корректируют положение исследуемого элемента 8 в горизонтальном и вертикальном направлении для совмещения оптической оси фотоаппарата 3 с его геометрическим центром. После этого исследуемый элемент 8 надежно, неподвижно закрепляют при помощи фиксирующей планки 6 посредством болтов. Включают осветительные элементы 9, при этом сетка растра отражается от зеркальной поверхности исследуемого элемента 8. Отражение сетки растра фотографируется фотоаппаратом 3, а снимки автоматически передаются на цифровое устройство 11. Количество снимков отражения сетки растра на поверхности исследуемого элемента 8 фотографируется необходимое количество раз в нагруженном и ненагруженном состоянии. При этом подвеской с грузом 10, закрепленной на пространственной раме загрузочного устройства 4 производят ступенчатое нагружение исследуемого элемента 8.
На цифровом устройстве 11 при помощи программного обеспечения производится совмещение кадров нагруженного состояния на кадры ненагруженного состояния исследуемого элемента 8, в результате чего получается картина муаровых полос. Затем по муаровой картине осуществляется определение расстояния до центров светлых и темных полос растра и производится определение деформаций и напряжений по известным методикам.
Заявленная цифровая автоматизированная установка для исследования деформации тонкостенных элементов методом муаровых полос за счет использования цифровой техники и автоматизированного программного обеспечения позволяет повысить качества муаровых полос на снимках, значительно упростить процесс исследования, за счет исключения из процесса экспериментальных испытаний операций, связанных с проявлением и обработкой снимков, полученных на механическом фотоаппарате, и, следовательно, сократить время на испытательные эксперименты при исследовании напряженного состояния тонкостенных элементов, а также повысить точность результатов исследования и оперативность их получения, за счет автоматизированной обработки снимков и автоматизированного расчета при определении напряженного состояния и деформации исследуемого элемента.