Otvety_2012_4

Билет 1

1. Два типа статического нагружения

Различают 2 типа нагружения: статическое и динамическое. Любой процесс нагружения протекает во времени, поэтому чисто статических нагружений не существует. Статические нагрузки в основном различают по характеру их расположения на конструкциях: сосредоточенные, распределенные по линии, распределенные по площади. Распределенные нагрузки могут изменяться как равномерно, так и неравномерно.

Статическиме нагрузки - действующие продолжительное время и скорость изменения (нарастания или убывания) которых значительно меньше скорости распространения деформаций в конструкции.

При мягком нагружении, когда к находящемуся в однородном напряженном состоянии телу прикладываются не зависящие от его сопротивления силы, разрушение происходит при достижении максимальных напряжений.

При жестком нагружении разрушение может быть только усталостным с образованием трещин, так как по условиям испытаний накопление деформаций отсутствует, что исключает возможность квазистатического разрушения. Из эксперимента устанавливают зависимость предельных амплитуд деформаций от числа циклов до разрушения.

2. Электрический струнный пьезометр для измерения порового давления

Электрические пьезометры - основаны на воздействии давления воды в рабочей полости пьезометра на диафрагму 3, перемещение которой пропорционально давлению преобразуется при помощи тензометрического индуктивного или струнного преобразователя 4 и 5 в электрический сигнал (1 – корпус, 2 – фильтр, 6 – изоляция, 7 – провод). Эти приборы малоинерционны, позволяют проводить динамические измерения.

Струнные пьезометры являются наиболее распространенными, надежными и долговечными датчиками для измерения уровня грунтовых вод и порового давления. Струнные пьезометры применяются для измерения уровня грунтовых вод и порового давления при мониторинге скважин, насыпей, трубопроводов, колодцев, шахт, туннелей, дорожных конструкций и мягкой почвы.

Установка струнных пьезометров выполняется в воду (скважины, колодцы) для измерения уровня воды либо в насыпи (почву, грунт) для измерения порового давления воды. При установке пьезометра в насыпи важно правильно выбрать тип фильтра в зависимости от типа материала насыпи – с низкой или высокой воздушной проницаемостью.

В основу работы струнного пьезометра положен принцип зависимости частоты колебания струны от степени еѐ натяжения. Пьезометр имеет фильтр, который пропускает воду, но задерживает твердые частицы, предохраняя диафрагму от повреждений.

1

Билет 2

1. Дефектоскоп для контроля биологической защиты

Дефектоскоп (лат. defectus «недостаток» + др.-греч. σκοπέω «наблюдаю») — устройство для обнаружения дефектов в изделиях из различных металлических и неметаллических материалов методами неразрушающего контроля. К дефектам относятся нарушения сплошности или однородности структуры, зоны коррозионного поражения, отклонения хим. состава и размеров и др. Область техники и технологии, занимающаяся разработкой и использованием дефектоскопов называется дефектоскопия.

Контроль изделий производится при помощи переносной металлической рамы, оборудованной блоками. (рисунок)

В качестве источника гамма-излучения используется кобальт – 60. Источник помещен в свинцовый контейнер, обеспечивающий безопасность работы персонала. Имеются источник питания – 6 и блок управления 7, механическое приспособление 4 позволяет перемещать источник 9 в контейнере 8 и кассету 2 с усилительной приставкой вдоль контролируемой стенки. Помимо горизонтальных перемещений можно производить и вертикальные, т.е. просвечивать стенки высотой до 10 м. Усилительная приставка 3 и блок управления 5 соединены кассетой, и вместе помещены в предохранительный кожух.

Работы по контролю качества бетона могут производится как в процессе бетонирования, так и в затвердевших массивах. В первом случае возможно оперативное устранение дефекта путем доуплотнения бетона и дополнительного нагнетания раствора в случае раздельного бетонирования. По окончании работ скважины заполняются материалом соответствующей плотности и заливаются раствором.

2.Тарирование тензометрической аппаратуры

Схема установки для тарирования тензорезисторов показана на рис. 1, блок-схема тензостанции - на рис.2.

2

Рис. 1. Схема установки:

1 - тарировочная балочка, 2 - индикатор ИЧ-10, 3 - передаточная скоба, 4 - тензодатчики сопротивления

Тарируемые тензодатчики наклеиваются на сжатой и растянутой гранях тарировочной балочки в зоне чистого изгиба. Компенсационные тензодатчики наклеиваются на поверхности аналогичной балочки, свободной от нагрузки и располагаемой поблизости от рабочей (тарировочной). Схема коммутации тензодатчиков показана на рис.3.

Рис. 3. Схема коммутации тензодатчиков сопротивления: Rai - рабочие тензодатчики; Rki -

компенсационные тензодатчики 5

Указания по выполнению работы

Цена деления тензометрической станции, выраженная в единицах относительной (безразмерной) деформации, в данном случае определяется методом эталонного образца. В соответствии с указанным методом сначала вычисляется теоретическая величина фибровых деформаций, соответствующих какому-либо уровню нагружения тарировочной балочки. Экспериментальные значения, выраженные в электрических единицах, для одноименного уровня нагружения получаются из разницы отсчетов по шкале тензометрической станции, взятых до и после нагружения.

Цена деления тензометрической станции находится из соотношения:

3

Билет 3

1. Определение прочности бетона скалыванием

Прочность бетона может быть установлена путем испытания на отрыв со скалыванием. Эти испытания связаны с извлечением из тела бетона либо предварительно установленных анкеров, либо отрыва из массива некоторой его части. На рисунке представлена принципиальная схема таких испытаний. С помощью домкратов из тела бетона 3 извлекается анкер 1 и фиксируется величина силы, соответствующая моменту извлечения объема бетона 1. Предел прочности бетона R определяется формулой:

, где к – коэффициент, находящийся в соответствующих нормативных документах; m–коэффициент, принимаемый равным 1 пр крупности заполнителя до 50 мм и – 1,1 при заполнители большей крупности; сила Р – сила, соответствующая отрыву и определяемая по монометру.

2. Пьезометр для измерения порового давления грунта

Полное напряжение в грунте складывается из напряжений в скелете грунта, порового давления в жидкой и газообразной фазах. Значения этих величин зависят от относительного содержания твердой, жидкой и газообразной фаз в единице объема грунта. Измерение порового давления в грунте необходимо для оценки напряженного состояния. Основным инструментом для измерения порового давления являются пьезометрические датчики (пьезометры).

4

На рис. 12.8 а представлен пьезометр с пористой набивкой 4. Обсадная труба 3, закрытая деревянной торцевой крышкой 5, опускается в скважину, а свободное пространство заполняется песчаной набивкой 4. Низ трубы перфорирован по длине l.

Пьезометр с водонепроницаемой набивкой (рис. 12.8, б) имеет аналогичную конструкцию, только ниже и выше перфорированного участка производится набивка водонепроницаемого грунта 6.

Жидкость, проникающая через фильтр, создает в полости давление, соответствующее поровому, которое может быть измерено гидростатическим, пневматическим и электрическими преобразователями давления.

При измерении порового давления должны быть исключены утечки жидкости в соединениях измерительной системы и влияние температур (особенно зимой). Кроме того, необходимо обеспечить чистоту фильтров, соответствующий подбор их коэффициентов фильтрации и отсутствие посторонних включений в рабочей жидкости пьезометров.

Билет 4

1.Приложение сосредоточенных нагрузок

Нагрузки являются мерой внешнего воздействия на рассматриваемый объект (тело) со стороны окружающих его тел или среды. Нагрузки моделируются системой внешних сил, которые разделяются на объемные и поверхностные силы. Объемные силы распределены по объему тела, приложены к каждой его частице (силы тяжести, инерции, магнитного взаимодействия). Поверхностные силы действуют на участках поверхности тела (силы воздействия среды, контактного взаимодействия тел и т.д.). При моделировании нагрузки вводятся понятия сосредоточенных силы и момента (пары сил), распределенной (погонной) нагрузки.

Под сосредоточенной силой Р (рис. 1.3,а) понимается равнодействующая поверхностных сил, действующих на относительно малой площадке поверхности тела (площадка условно стягивается в точку).

2. Рентгеновская дефектоскопия

5

Дефектоскопия (от лат. defectus — недостаток и ...скопия), комплекс методов и средств неразрушающего контроля материалов и изделий с целью обнаружения дефектов. Дефектоскопия включает: разработку методов и аппаратуру (дефектоскопы и др.); составление методик контроля; обработку показаний дефектоскопов.

Гамма – дефектоскопы состоят из следующих основных блоков: радиационной головки с источником излучения, встроенных или сменных коллиматоров, оптического устройства для создания параллельных пучков, пульта управления выпуском и перекрытием пучка гаммаизлучения, штатива для крепления радиационной головки относительно объекта контроля или ампулопровода, транспортно-перезарядного контейнера.

Радиационные головки имеют свинцовую или вольфрамовую защиту, обеспечивающую снижение мощности дозы излучения до предельно допустимой.

Существуют различные методы дефектоскопии материалов и определения их физикомеханических свойств:

-радиографический (основан на фиксации интенсивности излучения, прошедшего через исследуемый объект);

-ксерорадиографический метод (результат просвечивания фиксируется ксерорадиографической пластинке).

Применяют два вида рентгеновской дефектоскопии: фотографический и визуальный. Фотографический метод дает возможность получить изображение дефекта на проявленной фотографической пластинке (пленке) в виде черных пятен, затемнений. Обычно по одному снимку нельзя получить полного представления о дефекте, о глубине залегания и расположения дефекта, поэтому приходится делать несколько снимков в перпендикулярном направлении или под некоторым углом.

Применение Дефектоскопия в процессе производства и эксплуатации изделий даѐт большой экономический эффект за счѐт сокращения времени, затрачиваемого на обработку заготовок с внутренними дефектами, экономии металла и др. Кроме того, Дефектоскопия играет значительную роль в предотвращении разрушений конструкций, способствуя увеличению их надѐжности и долговечности.

Билет 5

1. Определение твердости по Бринелю

Твердость по Бринеллю НВ определяется при статическом вдавливании шарика 1 в тело испытуемого металла 2. Оценивается она значением величины [ √ ], где Р

– нагрузка на шарик, Н; D–диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм. От твердости можно перейти к временному сопротивлению углеродистой стали, МПа: .

6

2. Мессдозы

Для определения давления в грунтовых основаниях, для определения давления сыпучих сред на стенки силосов широкое распространение получила конструкция мессдозы, обладающая высокой жесткостью. На рисунке показан схематический поперечный разрез преобразователя. Давление среды р воспринимает верхняя пластина 3 и через слой жидкости 4 (толщиной 0,3 мм) передает давление на чувствительный элемент (пластину 2) с установленным на нижней поверхности тензорезистором мембранного типа 1. Отличительной особенностью преобразователя такого типа является наличие гидравлического мультипликатора, который трансформирует малые перемещения пластины, непосредственно воспринимающие давление среды, в достаточно большие деформации чувствительного элемента. Гидравлический мультипликатор позволяет увеличить жесткость измерительного устройства более, чем в 100 раз.

Билет 6

1. Приложение распределенных нагрузок

Распределенная нагрузка может быть постоянной или переменной интенсивности.

7

Существует много способов приложения распределенной нагрузки. Наиболее универсальный прием связан с использованием штучных грузов. На рисунке 2.9 представлены схемы создания нагрузки на балку 2 путем установки кирпичных или бетонных столбиков 1 (схема а) и металлических грузов (схема б). При испытании балок (рис 2.10,2), имеющих малую ширину пояса 3, используются дополнительные устройства в виде вспомогательной балки 5, которая одновременно обеспечивает устойчивость положения испытуемого объекта. При использовании штучных грузов 4 можно создать нагрузки, действующие по произвольному закону изменения по длине конструкции, расположенной на опорах 1. Однако такой способ загружения является достаточным громоздким.

2.Обнаружение арматуры в бетоне

Примером металлоискателя, предназначенного для поиска, точной локализации металлических предметов под слоем асфальта, бетона, определения глубины залегания металлических предметов, может служить, например, вихретоковый переносной металлоискатель ВМ-901. Сигнализация о наличии металлических предметов в зоне контроля – звуковая.

В приборе реализуется вихретоковый метод неразрушающего контроля. Признаком наличия металлических предметов в зоне контроля служит изменение амплитуды и частоты напряжения выходного сигнала вихретокового преобразователя.

Измеритель сечения металла (ИСМ) предназначен для определения местоположения металлических конструкций, их сечения и толщины защитного слоя бетона.

Прибор состоит из 2 генераторов высокой частоты, усилителя-ограничителя, второго ограничительного каскада, дифференцирующего контура и индикатора. С первым генератором соединен выносной щуп. Второй является эталонным. Генераторы работают в диапазоне часто 100 кГц. Прибор переносной.

Работа с прибором: прибор подготавливают к работе; щуп перемещают в 2 взаимно перпендикулярных направлениях на расстоянии 5 – 7 см от поверхности конструкции; наличие металла обнаруживают по отклонению стрелки.

Билет 7

1. Определение твердости по Виккерсу

Вдавливается алмазная пирамида с углом при вершине, равным 136 градусов. С помощью соответствующий таблиц возможен переход от одной твердости к другой (по Бринелю, по Роквеллу).

Твердость по Виккерсу вычисляется путѐм деления нагрузки Р на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка. Метод Виккерса позволяет определять твѐрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов.

Наблюдается хорошее совпадение значений твѐрдости по Виккерсу и Бринеллю в пределах от 100 до 450 НV. Твѐрдость по Виккерсу во всех случаях обозначается буквами HV без указания размерности — МПа (кгс/мм²).

Основными параметрами при измерении твѐрдости по Виккерсу являются нагрузка Р до 980,7 Н (100 кгс) и время выдержки 10—15 с.

В других случаях после символа HV указывают индексы разделѐнные наклонной чертой и обозначающие нагрузку и время выдержки, и через тире — число твѐрдости.

Примерный рисунок см. билет 5, вопрос 1.

8

2. Упругие элементы динамометров

Механическая система преобразователей, реализующих кинематический принцип измерения, представляют собой упругие элементы в виде стержней, балочек, рам и пластин. На рис. 4.11 приведены схемы упругих элементов динамометров стержневого а и кольцевого б типов. Для восприятия распределенных нагрузок (давлений) применяют круглые пластины в, защемленные по контуру, или упруго подкрепленные мембраны г.

Достоинством преобразователей, основанных на кинематическом принцепе, является их универсальность: возможность измерения и динамических и статических величин.

Динамометры. Принцип действия динамометров основан на использовании деформации упругих тел под действием силы, пьезоэффекта, тензоэффекта, магнитоупругости материалов и др.

Динамометры можно классифицировать по принципу действия на механические, гидравлические и электрические.

В качестве материалов для изготовления упругих элементов используют без-гистерезисные металлы и неметаллы (например, кварцевое стекло, синтетические материалы).

9

Рис. 8.37. Конструкция динамометра с упругим элементом: 1- упругий элемент; 2- стрелочный указатель В качестве примера механических динамометров с упругим элементом (рис. 8.37) рассмотрим

конструкцию средства измерения силы тяги транспортных средств, усилий свинчивания резьбовых деталей и т. п. Здесь деформация упругого элемента 1 воспринимается стрелочным указателем 2. Малые значения деформаций упругого элемента под действием сил F преобразуются в значительные перемещения стрелки или пера самопишущего устройства.

Билет 8

1. Конструкция силового пола

2.Определение глубина рсположения дефекта и его размера

Глубина расположения дефекта выявляется смешением источника излучения параллельно фотопластинке.

Схема определения положения дефекта незначительной толщины показана на рис.2. При этом расстояние х от дефекта до поверхности снимка определяется из соотношения

где с, с' и F - размеры, показанные на рис. 2.

При дефектах одинакового размера и формы интенсивность потемнения будет наибольшей при совпадении направления дефекта с направлением просвечивания (рис.3, поз. 2).

При расположении дефекта под некоторым углом (рис.3, поз. 2') излучения будут пересекать его по меньшему протяжению. Минимальная длина до пересечения, а, следовательно,

инаименьшая интенсивность потемнения, соответствует ориентировке дефекта

перпендикулярно направлению просвечивания (рис.3, поз.

2").

Рис.2. Определение глубины расположения дефекта: 1 - просвечиваемый элемент; 2 - дефект. 3 -

фотопленка; 4 и 4' - источник излучения в двух позициях; 5

10