автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Исследование силоизмерительных информативных упругих элементов с отверстиями

РГБ (Ц ЮШСМИ ПОЛИТЕХН-'ЧвтШ ИНСТИТУТ '

1 Л Шеи

' ^ На правах рукописи

УДК 531.781.2:62-272.5

Укал (кс аинс чш выншнь

КНР

ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОИШЕРИТЕЯЬНЫХ ЙНФОШАТИВНЫХ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ С ОТВЕРСТИЯМ!!

05.11.13. Приборы и методы контроля природной среды,

веществ, материалов и изделий 05.11.01. Приборы и методы измерения механических величин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1994

Габота выполнена в Киевском политехническом институте.

Научный руководитель кандитат технических наук,

доцент Никитин А.К.

Официальные оппоненты доктор технических наук,

профессор Савченко В.И. кандидат технических наук, доцент Бондарь П.М.

Ведущая организация Производственное объединение

"Веда" /г.Киев/

Защита состоится " 13 " июня 1994 года в 15.00 часов на заседании специализированного совета Д068.14.08 в Киевском политехническом институте по адресу:252056, г.Киев-56,пр.Победы,37.Кор.1

Отзывы на автбреферат в одном экземпляре,, заверенном печатью, просим направлять в адрес совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Киевского политехнического института.

Автореферат разослан {{ ША 1994г.

Учений секретарь специализированного совета,

к.т.н. .доиент ./1 Бабак В.II.

¿И

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Вопросы измерения параметров механических силовых и тепловых воздействий находятся в центре внимания многих направлений научной, исследовательской и производственной деятельности разработчиков различных технических и энергетических систем, установок, аппаратов и приборов. Актуальность и важность этих работ объясняется необходимость!! создания новых эшргети-ческих установок (адцкостных и твердотопливных ракетных двигателей, авиационных двигателей), весоизмерительных и дозирующих устройств, гидродинамических средств измерения расхода жидкостей и газа, различных испытательных стендов, средств силемоментнсго очувствления роботов и др. Одним из основных направлений проводимых работ является направление, ориентированное- на создание и глубокие исследования современных эффективных информативных упругих элементов (КУЭ) и информативных упругих конструкций (КУК). Многочисленные исследования и длительный опьгг эксплуатации средств измерения параметров силовых воздействий показывает, что КУЭ и ИУК являются основньыи составляющими, определяющими метрологические, эксплуатационные, стоимостные и другие харачтеристики всего средства измерения.

Используемые в настоящее время ИУЭ обосновано не систематизированы, в своем подавляющем большинстве аналитически и экспериментально не исследованы. Это затрудняет решение многих практических вопросов, связанных с объективным выбором ввда ИУЭ и их конструктивных параметров. Учитывая особую роль, которую выполняют ШЪ и ИУК в средствах измерения силовых воздействий, можно констатировать, что работы, посвященные их созданию, ссеер-шенствованию и исследования, являются актуальньвш и представляв? большой интерес в научном и практическом плане.

Цель работы. Целью работы является разработка положений, основанных на глубоких аналитических и экспериментальных исследованиях, определяющих зависимости критериальных эксплуатационных показателей ИУЭ с отверстия!«! от конструктивных параметре® отверстий дли усломнй стационарных сквотых и теплотл воздействий.

Научная новизна.

1. Получены результаты аналитического исследования влияния параметров отверстий в ИУЭ на параметры напряжений и деформаций свободных поверхностей при стационарных силовых м тепловых воздействиях.

2. Разработана методика исследования ИУЭ с отверстиями с применением моделей из оптически-чувствительного материала для условий стационарных силовых и тепловых воздействий.

3. Расширены и углублены методы исследования и анализа ИУЭ.

4. Получили дальнейшее развитие методика и практика исследования температурных напряжений поляризационно-оптическим методом, сочетающая сопоставление результатов численного анализа и экспериментальных зависимостей.

5. Определены критериальные зависимости между параметрами напряжений, деформаций и перемещений и параметрами отверстий, имеющими различную форму и размеры, для условий силовых, и тепловых воздействий.

6. Экспериментально получены и обощены статистические результаты контроля качественных характеристик по предложенным в работе критериальным показателям реальных ИУЭ, выкошенных из легированной стали и имеющих отверстия с заданными конструктивными параметрами.

7. Предложена новая ферма классификации параметров силовых воздействий, методе® и средств их измерения, ИУЭ и их выходных параметров.

Методы исследований. При аналитических исследованиях напря-жеино-деферкированного состояния ИУЭ с отверстиями для условий стационарных силовых и тепловых воздействий при решении полученных дифференциальных уравнений был использован численный метод - метод конечных элементов.

Экспериментальные исследования, связанные с определением влияния параметров сквозных отверстий на напряженно-деформированное состояние ИУЭ, осуществлялись псяяризацисяно-оттическим методом на моделях, выполненных из оптически-активного материала ЭД-6М. в процессе проведения эксперименте® обеспечивалось силовое и тепловое стационарное нагружение моделей.

Экспериментальное определение параметров реальных ИУЭ с от-

верстиями, выполненных из легированной стали, осуществлялось путей применения метода тензометрирования с последующей статистической обработкой полученных результатов.

Практическая ценность диссертации заключается в следующем:

1. Разработанные методы и полученные результаты позволяет осуществить обоснованное проектирование эффективных силоизмери-тельных ИУЭ с различными видами отверстий для условий стационарных сил ежих и тепловых воздействия.

2. Предложенные критерии сценки эффективности ИУЭ с отверстиями могут быть успешно использованы для объективного качественного сопоставления различных ИУЭ, имеющих в качестве выходного информативного параметра деформации свободных поверхностей, с целью определения наиболее аффективных ИУЭ с учетом конкретных условий их использования и эксплуатации.

3. Получила дальнейшее развитие практическая методика экспериментального исследования поляризационно-оптическим методой тер-коупругого состояния упругих конструкций с отверстиями, как в части изготовления моделей и создания необходимых температурных полей, так и в части практической значимости полученных конкретных результатов.

4. Приведенные базовые методики иеследовани 1 ИУЭ и полученные результаты могут быть использованы в учебном процессе, ориентированием на подготовку специалисте® в области создания средств измерения механических величин, при рассмотрении вопросов проектирования силоизмерительных ИУЭ.

Реализация результате« работы. Разработать;;- методики аналитических и экспериментальных исследований ИУЭ, а также результаты исследований переданы на ПО "Веда" (г.Киев), где успешно используются в практической деятельности отделов, специализ^уюцихся на разработке ИУЭ весовой и дозирующей техники, при разработке новых, совершенствовании ранее разработанных и выпускаемых в настоящее время различных ИУЭ с отверстиями.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы обсуждались на научно-технических семинарах кафедры приборов точной механики КПИ, лаборатории й2 института новых физических и прикладных проблем АН Украины, лаборатории поляризшшонно-оптическгас ие~

тедов исследования напряжений Киевского университета. Отдельные результаты работы были обсуждены на международной конференции "Измерение расхода жидкостей и газов" (г.Ленинград, 1992 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано четыре научных работы.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, общих вьшсдов и списка литературы, основная часть работы излажена на 170 страницах и включает Ю таблиц и 86 рисунков. Список литературы содержит 97 наименований. Общий объем работы составляет 170 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформу-дированны цель работы, задачи исследований, научная новизна работы и основные положения, выносимые автором на защиту.

В первая разделе рассмотрено состояние вопроса и проведена постановка задачи исследования, приведены классификация сил и средств измерения силовых воздействий. Отмечены основные .выходные информативше параметры средств измерегия силовых воздействий. Опыт разработки и исследования преобразователей силовых воздействий показывает, что наиболее эффективными преобразователями силовых воздействий являются ИУЭ. Под ИУЭ понимаются упругие элементы, входящие в состав измерительных преобразователей, которые обеспечивают не только силовую компенсацию силового воздействия, но и используются как источник информативных параметре®.

В качестве основных выходных информативных параметров ИУЭ указаны: перемещения; деформация свободных поверхностей; напряжения; усилие, развиваемое ИУЭ; электрический заряд.

Приведенные в первом разделе материалы показывают, что наиболее эффективны* и универсальньм методом измерения силовых взаимодействий является метод, основанный на использовании ИУЭ, обладающих вьаедньм информативным параметром в виде деформации свободных поверхностей.

Одним из современны! и актуальных направлений развития и со-

вершенствования ИУЭ с выходным информативны* параметром в виде деформации свободных поверхностей является направление, основанное на создании условий, обеспечивающих концентрацию напряжений в объеме ИУЭ при силовом воздействии. В подавляющем большинстве случаев концентрация напряжений достигается за счет выполнения в ИУЭ специальных отверстий различней формы и размеров.

Балки, как ИУЭ с выходам параметром в виде деформации свободных поверхностей, широко применяются при исследованиях и измерениях силовых взаимодействий. Расчету непосредственно КУЭ, представляющих собой., балки разного сечения и равного сопротивления изгибу, посвящены работы Осадчего Е.П. и Тихонова А.И.

Относительно ИУЭ в виде .балок с отверстиями, то на сегодняшний день техническая литература по данному вопросу содержит в основном описание патентов. Публикации по теоретическому и экспериментальному исследованию данных ИУЭ весьма немногочисленны и содержат реиение отдельных частных вопросов, связанных с определением напряженно-деформированного состояния упругих конструкций с отверстиями. Обощения и рекомендации отсутствуют.

Особо следует выделить .задачу, связанную с исследованием термонапряженного состояния ИУЭ, обусловленного неравномерна« нагревом. Нагрев может быть вызван как внешни истоииксм тепла, например, работающим жидкостным реактивным двкгател л, так и используемыми преобразователями деформации свободных поверхностей, например, тензсрезисторами. Особую актуальность данная задача приобретает при испальзовашш ИУЭ с отверстиями.

Общетеоретическая база определения и анализа напряженно-деформированного состояния упругих конструкций с отверстиями при наличии силовых и тепловых воздействий создана в работах Савина Г.Н., Вайнберга Д.В., Космодашанского A.C., Коваленко А.Д. и др.

Вопросам теоретического исследования конкретных упругих конструкций в виде балок с отверстиями посвящены работы Кожевниковой В.Н., Лукшина A.C., Мусхалишвили H.H., Нейман U.U., Савина Г.Н. Экспериментальные исследования отдельных балок с отверстиями проведены Шахобаловьм С.П., iioUs«.*r a.s. и tuxi z.

С учетом приведешшх материалов в первом разделе работы констатируется, что задача исследования силоизиерительшх ИУЭ с отверстиями является актуальной, практически обоснованной и требующей своего решения на современном этапе развития средств игаерения механических величин.

-S- .

Второй раздел посвящен аналогическому исследованию ИУЭ с от-, верстиями. Рассмотренные ИУЭ приставляют собой балки,закрепленные' консольно, имеющие отверстия различной формы и размеров и подверженные действию сосредоточенной стационарной силы f и нагреву в области расположения отверстий. Общая схема ИУЭ приведена на рис.1. Ввды отверстий приведены в таблице 1.

Аналитические исследования напрязкенно-дефсрмированного состояния ИУЭ с отверстиями при силовом воздействии осуществлялись численными методами с использованием метода конечных элементов (МКЭ).

В соответствии с принятьм допущением и, используя процедуру MK3j энергию деформации а'*' конечного элемента можно записать в виде:

Л* . / 1-[<6>TtB ]TtD ИВ K<5>]dV. (1)

V»

где <б> - перемещение узлов конечного элемента; .

cd2 - матрица состояния (для задач теории упругости - матрица

упругости) ; ibj - матрица функции формы.

Работа, совершаемая внешними силами, может быть разделена на три различные части: we - совершаемая сосредоточенны«« силами; v - получаемая в результате . действия компонента напряжений на внешней стороне поверхности; vb - совершаемая массовыми силами.

Обозначая сосредоточенные сшы через <р>, работу , совершаемую сосредоточенными силами, меняю записать в виде произведения матриц:

V - «5>т-<р> » <Р>Т <6>. (2)

а

Работа объемных сил х* и у* определяется выражением:

v^ - j<i>t in*it ^^j dv. о)

Работа поверхностных сил определяется следующим выражением:

W^ ■ J <<5>T-tH*JT-1 Pj|-dS. (4)

Используя приведенные вьпе форму лы; можно записать выражение . для палнсЯ потенциальной энергии:

" ,Т 1 ■ 1

. "Н г ' í от

-

\-л

н

Рис. I. Схема силоеого и теплового иагруяения ЙУЭ с отверстием Виды отверстий

Таблица I

О

Вид отвер.

Форма отверстий

Вид отвер,

Форма отверстий

1>

В1

В4

В2

I)

В5

Ъ

вз

Вб

б

ау -

'! V [ / [«б^в^'ш'пв'кв^-ау - X <б>т [Н*]т [ х*1-

• а!*1 V* V* I ^ Л

х «5>Т1И*]Т | р*ГаэI - «5»т <р>. (5)

• • ^ у Д

Чтобы минимизировать величину п. продифференциируем выражение по <б> и приравняем результат к нулю:

- £ [ / №*1тю*нвв1-а\' <б> - X г -1 х*| ау -

^ V* V* ^

/ ^ - <р> - (6)

Интегралы в уравнении (6) определят для каждого элемента вектор нагрузки Л и матрицу жесткости «с*), которые можно представить следующим образом:

-211 - 1к*з-«5> + «■•>, (7)

0<6>

где

■ X 1В*Лп*ЕВ*1йУ5 (8)

<г*> - - X си*1т | " I |М*,Т'| Р;| -

С учетом того, что в поставленной задаче отсутствует распределенная нагрузка, а объемные силы не учитываются, выражение (9) упрощается и принимает виц

<г*> - - <р>. (10)

С целью проведения сравнительного анализа влияния различных отверстий на напряженно-деформированное состояние ИУЭ и^ исходя из соображений оценки основного назначения ИУЭ - измерения усилий путем использования деформаций свободных поверхностей, были использованы следующие оценочные критерии:

1. В качестве основного критерия сценки эффективности ИУЭ предлагается критерий, представляющий собой относительную чувстви-

-п-

тельность ИУЭ, определяемую выражением 2-е

^ = - ; (11)

г-ь

где с - средняя относительная деформация в границах используемой 'рабочей поверхности; г - усилие, действующее на ИУЭ; ь - линейное перемещение-точки'Приложения усилия. В данном выражении произведете (0,5-г ы определяет величину работы, производимой внешними силами при квазистатическом силовом натру же кш, и называется податливостью упругой конструкции.

2. В качестве второго критерия используется оотношение.вида

кг = ; (12)

где''» - максимальные нормальные напряжения на наружной нсвер-хности ИУЭ с отверстиями; ■у - нормальные напряжения на наружной позерггзсти ИУЭ без от -верстия в сечении ссвпадамцзм с сечением определения » ^ 3. Третий критерий сравнения определяется отношением

так агт

V

где «г - максимальные' нормальные напряжения, действующие на поверхности отверстия. С учетом принятых критериев сравнения построены графики, приведенные на рис.2 из.

Уравнение распределения температуры в ИУЭ с отверстиями в общем случае имеет вид .:

с.р. = Х-1 -2-г- + 1 - 2-0, (0 - в ) + е.. ; (Ц)

где о удельная теплоемкость материала; р - плотность материала; и - температура; т - время;

ч^ - объемная плотность теплового потека; х - теплопроводность материала;

2-е-(э - в) - потери теплоты с боковых поверхностей ИУЭ. Стационарное температурное иоле в ИУЭ описывается уравшниен

Sn

n,s

0,6

0,4

0,2

4\

-4 V B2

v B6\

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,U

я? -—»— n

Рис.2, Зависимость S„= /( 177 ) »pn tj^ =U,l£ . 16

12

вб Г /Аз

// у^ъг

B5\ . "NBI

m

Рис.3. Зависимость K2 = (01)

X. ('-£?£-+ ^£.1 — 2• а• (в — в ) +■

I 0«

«У3 J

%

= 0 .

С15)

В случае отсутствия теплового потока внутри тела = 0. Граничные условия, принятые, в расчетах, имеют следущий вид:

еэ

Ох

ао <?«

в вв

ву

ав

О .

+•«■(е - в ) = 0 ,

У=ь

= 90, при (х) « Ьо ,

(16)

+ -с-(е - е^) =0 , при (х) в ь0 ,

— - в ) = о , при (х,у) « г.

Оп

С вариационной точки зрения решение уравнения (15) с граничными условиями (16) эквивалентно нахсвденив минимума функционала

(17)

Введя обозначение

0 = ИФ

"С «С Л1* те

вх «X Лс

Ч «С ая* т

9у ву

в

где г« - ссвде число угле® упругого тела;

6 = (е в ...в )'; (и* и* ...1С).

12 тп * 4 - т

Интеграл (17) преобразуем к виду:

" -г

= £ | е1(в*)1ов*еау - Х"*> ав1\п*)1Ы'ва\1 + /аа^н'еау +

•=1 V* V» V»

- /ое^и'еае + Х^К"® | . (18)

+

После минимизаций выражение (18) преобразуется к виду:

м X

£ к*е - £ р* = О , (19)

V» V® в» . ■ '

Т* = -¡ав КЯЛЧ + ,

V» а»

где к" - локальная матрица теплопроводности конечного элемента ; р* - локальный вектор тепловых потоков конечного элемента. | рл определении температурных напряжений методом конечны: эдеме, гге® в пределах закона Гука использовано следующее соотношение между напряжением и деформацией:

{<7} - £Ы(20)

Где шд - матрица упругости ; -

. - деформация от температурного напряжения.

Для плоской задачи и таено записать

= 1 СЛГ; (21)

где О - коэффициент теплового расширения.

Работа, совершаемая тепловым напряжениями, определяется ссА отнеюеншш:

где с«>т - вектор узловых перемещений в элементе; 1взт - матрица деформации. Введем параметр, называемый тепловой нагрузкой:

|н|*- _рЮтЧМ . (23)

V

В случае трехугольного элемента выражение, определяющее тепловую нагрузку, примет следующую форму

{"}*- &)-д «I ь, »„''//«•«ь.-оу • (24)

В случае четырехугольного элемента тепловая нагрузка запишется в виде

ад. адг ада

/Л*. В-А-Ь ггГ 1 »

г) ■ "Г"

едэ ад. ад. ад, -|Т

СИ СП СП -II

-— -— -— | Дв-|с1еШ1| чК сШ.

&У

в*

(2.5)

С целью оценки степени влияния конструктивных параметров отверстий на характер и величину распределения температурных деформаций и напряжений в работе введены два критерия: 1. Средняя относительная деформация

ы

£

- 1*'

£ К1

н-дт

(26)

где - средняя деформация поверхностного слоя в пределах одного -конечного элемента; N - количество конечных элементов в границах ширины зоны

локального нзгрева; дт - разность температур, принятая в расчетах 60'а. 2. Коэффициент концентрации температурных напряжений

к = -г**- , (27)

1'де о - максимальные нормальные температурные напряжения, действующие в поверхностны! сдоях ИУЭ с отверстиями в пределах ширины зсш лекального нагрева;

о° - максимальные нормальные температурные напряжения, действующие в поверхностных слоях ИУЭ без отверстий в пределах ширины и местоположения зсш локального нагреваI аналогичных условиям нагрева ИУЭ с отвер-стияш.

Отдельные результаты проведенных расчетов' в виде графиков представлены на рис.4.

Третий раздел содержит материалы экспериментальных исследований ИУЭ с отверстиями.

Экспериментальные исследования проводились псяяризационно-сйтическим методом. Сйтические свойства нагруженных плоских моделей определились при просвечивании их монохроматическим и белым светом.Определение разности главных напряжений осуществлялось методом полос и методом компенсации.

Модели ИУЭ с отверстиями были выполнены из высокомодульного оптически чувствительного материала ЭД-6Ы, - изготовленного на основе эпоксидной смолы ЭД-6.

Для силового и теплового нагружений'исследуешх моделей ИУЭ с отверстиями были разработаны и- изготовлены специальные устройства.

Эскизы моделей ИУЭ, экспериментально исследованных псяяриза-цисшо оптическим методом при силовом воздействии, приведены на рис.5.

С целью определения влияния конструктивных параметров отверстий на распределение температуры в теле моделей ИУЭ при локальна? нагреве бьии проведены экспериментальные исследования по определении температурных пешей, В качестве исследуемых образце© были выбраны конструктивные фрагменты моделей ИУЭ с отверстиями, изготовленные из ЭД-бМ. Измерение температуры в образцах осуществлялось индивидуально изготовленными миниатюрными медно-константа-нсеьт термопарами.

Экспериментальные данные по определению температурных полей при свободна* конвективном, теплообмене на боковых поверхностях моделей обработаны методом наименьших квадрате®. В качестве, уравнения регрессии принято уравнение вида

0,2 О,1» 0,6 0,8 I,

Относительный характерный разивр отверстий,Ю Рис.4 . Зависимость относительной деформации £ф. от " относительного'характерного размера отверстий гг для условий локального нагреваверхняя плоскость-плоскость нагрева; пн" - нижняя моо-.. кость иуп)

ÍJI.I

н jËJi —Ч-—\ F Jf

-////////,

7 CÛ

■.... '¡A . ..

77777777Ä /

MI. 2

WWW ¡uz

•w

M 1.3

'////////Л

iL

7 h

7 H

MI. S

УЩ//Л ф и/

7G

« 7///////Л 4

MI. k í 7v .q

i6 ?G

ta. 6

i =66МИ

=2?M;J

H ~ ¿f f.:' M

F = К Ol :

rr// '/ >"// A . F

«L- 4- T i 1 rh -Í - •

."J

Рио, 5. Подели ИУЭ, ¡icin!;j,m cuüH^e при. си п. том ьс

<■ -."• i !.¡¡¡:

т = т t лт-в ; где т^ - температура модели на расстоянии ч от плоскости нагрева;

т^ - температура модели на значительном расстоянии от плоскости нагрева - принимаемая, равной температуре окружавшей среды =20"с;

дт = т - т ;

<* ло

та - температура плоскости нагрева, равная 70"о.

Исследование термоналряженного состояния нагреваемых моделей из оптически-активного материала ЭД-6М проводилось при выполнении условий, обеспечивающих создание в моделях ИУЭ стационарных температурных полей.

Сопоставление результатов, полученных экспериментальным методом и численным методом для идентичных моделей ИУЭ, было проведено путем определения корреляционных отношений. Анализировались данные, полученные как при силовом, так и при тепловом воздействии. Относительно невысокие значения корреляционного отношения имеют место в основном при сопоставлении результатов, полученных при тепловых вагружениях для внутренних поверхностей. Данное обстоятельство позволяет считать на сегодняшний день наиболее эффективны» и достоверньм методом определения напряженно-деформированного состояния ИУЭ с отверстиями, особенно при наличии тепловых воздействий, экспериментальный поляризационно-оптический метод.

Четвертый раздел посвящен практическому приложению результате® диссертации к оценке качества реальных тензорезисторных сило-измерительных ИУЭ.

В качестве критерия оценки качества была принята указанная выпе относительная чувствительность ИУЭ.

В целях возможности сопоставления различных ИУЭ по критерию относительной чувствительности полученные результаты были приведены к условиям, соответствующим принятой номинальной силовой нагрузке.

Для оценки качества по принятому критерию были выбраны тензо-резистсрньв силоизкерительные ИУЭ типа И1.2 (см.рис.5). Суммарное количество однотипных КУЭ в контрольной партии составило 100 штук.

Методика проведения измерений включала в себя определение величины выходного напряжения мостовой электрической измерительной схемы и прогиба свободного конца ИУЭ при заданном силсеом воздействии. В качестве преобразователя деформаций свободных поверхностей

ИУЭ бит использованы фольговые тензорезисторы с измерительной базсй ь=5мм и нсыинальньм сопротивлением ^=700 Си. Перемещение свободной (консольной) части ИУЭ определялось визуально с псыощью катетометра типа КМ-6. Стационарная силовая нагрузка создавалась гирями 4-го разряда. Диапазон измерения прикладываемой силовой нагрузки составлял 0-196Н-0. Количество повторных измерений для каздого ИУЭ в объеме прямого и обратного хода было принято равным треп.

Подученное экспериментальным путем среднее значение приведенной чувствительности сказалось более чем в три раза меньше значения данного критерия, полученного путем расчетс®. Данное обстоятельство говорит о нелолнсы использовании всех возмсшостей при разработке и создании рассмотренных ИУЭ. В частности, вто мажет сыть обусловлено неоптимальностью выбранных параметров отверстий, непаяным использованием поверхностей, обладающих наибольшей деформацией поверхностных слоев, и другими факторами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Результаты, полученные при выполнении аналитических и эксперимент альшх исследований ИУЭ с отверстиями, позволяют сделать следующие выводы:

г. Сйюш из современных и эффективных путей повышения качества ИУЭ с выходами информативными параметрами в виде деформации свободны? поверхностей является ослабление средней зоны ИУЭ путем выполнения сквозных или глухих отверстий.

2. Разработанная и примененная в настоящей работе методика из-т селения иоде лей из оптически-чувствительного материала ЭД-6М обеспечивает получение плоских качественных моделей, свободных от внутренних остаточных напряжений.

3. Сопоставление результате®, соответствующих силовым и теп-ловш внешним воздействиям и полученных численными и экспериментальны® методами, путем определения корреляционног отношения, величина которого лежит в диапазоне от ^0,91 (очень высокая связь) до П20.51 (значительная связь) показывает, что метод численного анализа и вкспериментальный метод для решения поставленной задачи выбраны и реализованы обоснованно и правильно.

. 4. Влияние отверстий на напряженно-деформированное состояние внешних поверхностных слоев ИУЭ, представляющих собой консольные Салки с отверстиями подверженные действие сосредоточенного

силового воздействия в области свободного конца, начинает заметно сказываться при значениях относительного характерного размера отверстий, превЬиающих 0,6.

5. По предложенному в работе критерию относительной чувствительности наибольшая эффективность ИУЭ при силовом воздействии достигается при наличии отверстий вида в2, в1, вЗ (см. табл.1).

6. Наибольшую лекальную концентрацию нормальны* напряжений во внешних поверхностных слоях ИУЭ при наличии сияовей сосредоточенней нагрузки создают отверстия вида вб, вЭ, в2.

7. Усреднение относительней чувствительности ИУЭ в области наибольших напряжений в поверхностных слоях внешни* поверхностей показывают, что псясяигельное влияние отверстий - увеличение относительной чувствительности, наблюдается в диапазоне усреднения^ нэ превышающем 0,3 от рабочей длины ИУЭ. При диапазоне усреднения, превышающем 0,3 длины ИУЭ; эффективность ИУЭ по критерию относительней чувствительности становиться меньше эффективности ИУЭ без отверстий. В. последнем случае ниличие отверстий иногда дзкз снижает эффективность ИУЭ и их выполнение теряет практический смысл.

8. Распределение нормальных напряжений в поверхностных слоях отверстий при силовом нагружении ИУЭ носит слоиный характер. Практически поверхности отверстий 11017т рассматриваться в Качестве рабочих при решении задач определения параметре® действующих силовых воздействий, ограничения в этом случае могут йосить в основном технологический характер.

Концентрация нормальных напряжений в Поверхности® слоях отверстий в целом незначительна. Наибольшие значения нормальных напряжений имеют место в поверхностных слоях отверстия вида в2 и составляют. 1,2. ..1,7 от величины максимальных напряжений, действующа в поверхностных слоях внешних поверхностей ИУЭ.

9. Отверстия в большинстве рассмотренных случаев оказывают определенное влияние на распределение температуры В теле ИУЭ. Это обусловлено как нарушением сплошности массива ИУЭ, так и слст&м характером конвективной теплоотдачи с внутренних поверхностей. Наиболее заметное .влияние на распределение температуры оказывают отверстия вида в4, вЗ, в5.

10. Наличие отверстий в средней зоне ИУЭ существенно изменяет величину и характер распределения температурных нормальных напряжений и деформаций в поверхностных слоях ИУЭ. Наибольшая относительная деформация поверхностных слоев при локальном нагреве имеет

место в ИУЭ, имеющих отверстия вида в5, в4, вЗ и вб. Наибольшая концентрация температурных напряжений в поверхностных слоях наружных поверхностей ИУЭ при локальном нагреве в зоне отверстий имеет место при наличии в ИУЭ отверстий ввда в4, в5, вЗ.

11. В.. пределах рассмотренных видов отверстий и их конструктивных параметров, по принятым критериям сравнения наиболее эффективное положительное воздействие на эксплуатационные характеристики ИУЭ оказывают отвертия вида в2, вЗ, в1. Применение отверстий видов вб, в4, и в5 менее эффективно.

12. Предложенные критерии оценки эффективности ИУЭ могут сыть успешно использованы для оценки качества выпускаемых приборострои-тельньми предприятиями упругих элементов силоизмерителшых и весоизмерительных устройств, а также для сценки вновь разработанных си-лсизмерительных ИУЭ, классификации и унификации известных ИУЭ.

Все это будет способствовать повшенизп качества средств измерения параметров силовых воздействий.

Отдельные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. 'Ькан Вей-минь, Осмин М.Н. Расчет температурного поля в подложке методой Г'алеркина. Вестник КПИ. Приборостроение. - 1992. Выл 22.

; . Чжан Вей-минь. Постановка на ЭВМ задачи расчета температурных полей упругих элементов тензорезисторных датчике® х Киев, политехи, ин-т. Киев: 1992. - 13 е.; ил. - Рус. - Деп. в УкрИГГЭй ЖГ/-Ш.ЭЗ.

3. Чжан Вей-минь. К расчету упругих элементов тензорезис-торгал датчиков силы ✓ Киев. политехи, ин-т. Киев: 1992. - 18 е.; ил. - Рус.'- Ден. в УкрШГШ *78-Ук.93.

>Л':г кИЩ