способ измерения полей механического напряжения в дорожных и аэродромных покрытиях

Формула изобретения

Способ измерения полей механического напряжения в дорожных и аэродромных покрытиях на основе явления изменения емкости дифференциального плоского конденсатора, отличающийся тем, что для снятия напряжения в нем используется матрица элементарных плоских конденсаторов, подключенная к зарядно-считывающему устройству, при этом в покрытие внедряются пьезоэлементы, перед проведением измерения нагрузки в покрытии производится зарядка матрицы и считывание емкостей всех элементарных конденсаторов матрицы зарядно-считывающем устройством, результаты считывания обрабатываются на ЭВМ и представляются в виде трехмерной поверхности, после приложения нагрузки производится повторное считывание емкостей всех элементарных конденсаторов и представление новой трехмерной поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерения механических напряжений аэродромных и дорожных покрытий из композитных материалов. Для получения массива значений механических напряжений в материале покрытия используется емкостной метод с применением пьезоэлементов.

Известны способы измерения механического напряжения с помощью дифференциального конденсатора (RU 02152010, 27.06.2000 г.); измерение массы материала (патент US №4224840, G 01 G 3/14, 1985 г.), где происходит перемещение пластин; перемещение пластин с деформацией материала пластин дифференциального конденсатора (патент ГДР №257492, G 01 L 1/14, 1988 г.). Перечисленные устройства измеряют механические величины в ограниченном объеме в силу их конструктивного исполнения и назначения.

Близким по методике получения значений механических напряжений является способ получения значений напряжения материала с помощью измерения напряженности магнитных аномалий исследуемого однородного металлического объекта (RU 02146809 С1, 20.03.2000 г.). Кроме того, существуют схожие методики, основанные на магнитной проницаемости и ферромагнитных свойствах материалов: RU 02154262 С2, 10.08.2002. RU 02155943 C2, 10.09.2000. RU 02159924 C1, 27.11.2000. RU 02173838 C1, 20.09.2001. RU 02189020 C1, 10.09.2002. RU 02195636 С2, 27.12.2002. Данные методики позволяют определять значения механических напряжений материалов со специфическими свойствами, и применение их ограничивается требуемой однородностью материала.

Техническим результатом, достигаемым применением предлагаемого способа, является получение значений напряжений покрытий с требуемой плотностью и в неоднородном материале, в любой точке покрытия. Способ отличается довольно широкой универсальностью применения к различным материалам покрытия.

Данный технический результат решается при следующей последовательности операций. В материал покрытия в качестве крупного минерального заполнителя в процессе приготовления смеси вводят материал, обладающий свойствами пьезоэлемента, в необходимом процентном соотношении к заполнителю и со схожими механическими прочностными характеристиками. Смесь перемешивают с вяжущим и остальными компонентами в соответствии с требуемой методикой для дорожных и аэродромных покрытий. Полученную смесь укладывают на нижнюю обкладку плоского конденсатора установки. Размеры обкладок на порядок больше толщины исследуемого покрытия. Схема установки для реализации предлагаемого способа представлена на фиг.1, где 1 - нижняя обкладка конденсатора, 2 - верхняя обкладка, 3 - пьезоэлементы. Нижняя обкладка конденсатора1 представляет собой матрицу j-элементарных конденсаторов, гавальнически не связанных между собой. При суммировании j-х элементарных конденсаторов, общая площадь которых равна площади верхней обкладки конденсатора 2, емкость равна емкости плоского конденсатора с такими размерами обкладок. Это правило плоского конденсатора выполняется для постоянного тока:

т.е.:

где - диэлектрическая проницаемость материала;

₀ - диэлектрическая постоянная;

S - площадь обкладок;

D - расстояние между обкладками;

С - емкость конденсатора.

Количество j-элементов площадок зависит от требуемой плотности измерений. Соответственно при увеличении количества j-площадок в нижней обкладке необходимо пропорционально увеличивать концентрацию пьезоэлементов 3 в материале покрытия.

В силу конструктивных особенностей, нижняя обкладка выполнена в виде матрицы j-обкладок плоского конденсатора с j-разрядной шиной, подключенной к зарядно-считывающему устройству, и расположена на жестком основании. Верхняя обкладка в виде фольги наклеивается на исследуемое покрытие.

Способ заключается в следующем.

Перед приложением нагрузки происходит цикл зарядки матрицы и считывания емкостей всех j-х конденсаторов. Результаты считывания обрабатываются ЭВМ и выдаются в виде трехмерной поверхности, которая принимается за нулевую поверхность. При приложении нагрузки в материале возникает сложное напряженное состояние. Пьезоэлементы образуют возмущения электрического поля вокруг себя из-за образования диполей в однородном электрическом поле, и емкости j-х конденсаторов в конкретной области покрытия изменяются.

Полученные значения сравниваются с нулевой поверхностью и полученные изменения представляются ЭВМ в виде новой i-й поверхности, где i - номер цикла измерения. Частота циклов назначается в зависимости от характера приложения нагрузки.

Таким образом, достаточно воспринимать только изменение емкости плоского конденсатора для получения информации о изменении напряжения.

Применение на практике предлагаемого способа позволяет получать характеристики распространения напряжений в дорожных и аэродромных покрытиях.

Использование предлагаемого способа позволяет изучать практически характер взаимодействия многоколесных опор ЛА и способов расположения пневматиков в опорах ЛА и колес автомобилей ходовой части.

Источники информации

1. патент США №4224840, MKU G 01 G 3/14, 1985 г.

2. патент ГДР №257492, G 01 L 1/14, 1988 г.

3. RU 02146809 C1, 20.03.2000 г.

4. RU 02152010, 27.06.2000 г.

5. RU 02155943 C2, 10.09.2000.

6. RU 02159924 C1, 27.11.2000.

7. RU 02173838 C1, 20.09.2001.

8. RU 02154262 C2, 10.08.2002.

9. RU 02189020 C1, 10.09.2002.

10. RU 02195636 C2, 27.12.2002.