Zařízení pro měření deformací materiálu

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro měření deformací materiálu v závislostí na zatížení a čase, při kterém se sleduje změna vzdálenosti minimálně dvojice tělísek umístěných na povrchu mate5 riálu.

Dosavadní stav techniky

Pro měření délkových změn ocelových a jiných konstrukcí či staveb se dosud používají mechanické a optické průtahoměry, které měří délkovou změnu materiálu mezi dvěma pevně danými body. Oba tyto způsoby vyžadují pro přesné měření větší vzdálenost měřicích bodů od sebe a většinou i laboratorní podmínky pro provádění takovéhoto měření v důsledku větších rozměrů měřicích mikroskopů a jejich citlivosti na prach. Mechanické průtahoměry vyžadují delší čas na přípravu měření a jejich přenositelnost je omezená. Dalším problémem je měření délkových změn v materiálu na obtížně přístupných místech konstrukcí či na konstrukcích zatížených vysokou teplotou. Pro sledování mostních konstrukcí se v posledních letech začíná úspěšně používat systému GPS jehož hromadné použití je zatím omezeno vysokou finanční a odbornou náročností takovéhoto měření. Tento způsob neumožňuje detailní sledování konstrukcí malých rozměrů a nutné je i kvalitní připojení na satelit. Trvalé délkové deformace je možné měřit i pomocí obtisknutí dvojice měřicích značek do otiskovacího tělíska. Změna vzdálenosti je pak měřena na otiscích obou bodů. Tento způsob vyžaduje použití měřicího mikroskopu pro přesné stanovení vzdálenosti dvojic bodů a proškolenou obsluhu která ho bude obsluhovat. Dále je pak nutné použít obtiskovacího tělíska a i výroba měřicích bodů je technologicky náročná. V podmínkách kdy jeden zkušební technik provede za den i stovky měření je důležité jednoznačně přiřadit otisk měřicích bodů k měřenému místu.

Úkolem tohoto řešení je vyřešit zařízení pro měření elastických i trvalých délkových deformací pevných látek a materiálů konstrukcí s přesností srovnatelnou s měřeními prováděnými v laboratorních podmínkách, a aby se tato měření prováděla rychle s minimálním požadavkem na školení pro obsluhu a vyhodnocení a zpracování dat bylo možné provádět strojově, dále i umožnit sledování deformací v čase nezávisle na obsluze.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro měření deformací materiálu sestávajícím z nejméně dvou měřicích bodů umístěných na povrchu materiálu a záznamového zařízení, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že nejméně dva měřicí body jsou tvořeny měřicími tělísky, jejichž povrch je na odvrácené straně od měřeného povrchu materiálu zaoblen a záznamové zařízení je tvořeno optickým záznamovým zařízením.

Měřicí tělísko je opatřeno vrcholem, jehož tečna je rovnoběžná s tečnou k povrchu měřeného materiálu v místě připojení měřicího prvku k měřenému povrchu. Měřicí tělísko může být ve tvaru koule.

Výhodou uvedeného řešení je snadná montáž měřicích tělísek na povrch sledovaného materiálu. Další výhodou je velmi snadná výroba přesných měřicích tělísek jejichž část je tvořena kulovou plochou. K tomuto účelu je možné použít přesných kuliček do ložisek jejichž výroba je automatizovaná.

Zařízením podle technického řešení se získává možnost přesného a rychlého měření elastických i plastických deformací materiálu na krátkých měřicích úsecích rovinných nebo zakřivených, bez použití drahých měřicích mikroskopů při zachování dosažené přesnosti. Protože výpočet vzdále45 nosti měřicích bodů se provádí strojově z optického záznamu okamžitě po měření bez nutnosti použití jak měřicího mikroskopu i stiskového tělíska, které je nutné transportovat do laboratoře a

- 1 CZ 17465 Ul vzdálenosti odečíst na měřicím mikroskopu je výhodné použití zařízení podle technického řešení pro okamžité přesné a levné měření deformací materiálu. Optický záznam polohy měřicích tělísek je pořízen včetně zaznamenání identifikačního údaje měřeného úseku, je tak vyloučeno případné zaměnění jednotlivých měřicích míst. Další výhodou navrženého řešení je možnost umís5 tění více jak dvou měřicích bodů do oblasti zájmu. Měřením vzájemné polohy několika bodů je možné zjistit nedošlo-li k změně polohy některého z měřicích bodů vlivem nárazu cizího předmětu nebo jakékoli jiné neodborné manipulace v blízkosti měřicího bodu. Zmíněný postup tak vylučuje možnost chybného vyhodnocení na základě poškození měřicího místa cizím přičiněním. Jelikož veškeré informace o měřicím místě jsou ihned uložena do paměti počítače je možné io snadno vytvořit databázi a sledovat tak průběh plastické deformace v čase.

Přehled obrázku na výkrese

Zařízení pro měření deformací materiálu bude podrobněji popsáno na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiloženého obrázku, kdeje schematicky znázorněno předmětné zařízení. Příklady provedení technického řešení

Zařízení pro měření elastických i plastických deformací v pevných látkách se sestává z dvojice měřicích tělísek 1, pevně spojených s povrchem měřeného materiálu v místě měření a z přenosné části 3 zařízení, které je tvořeno zařízením pro pořízení optického záznamu dvojice měřicích tělísek 1.

Pevná část zařízení je tvořena dvěma měřicími tělísky I. Každé měřicí tělísko i je tvořeno držá20 kem 2 měřicího tělíska I a vrcholem měřicího tělíska 1. Měřicí tělísko 1 je opařeno vrcholem, jehož tečna je rovnoběžná s tečnou k povrchu měřeného materiálu v místě připojení měřicího prvku k měřenému povrchu. Měřicí tělísko I je na měřený povrch možno přilepit, připájet nebo bodově přivařit.

Ve znázorněném provedení jsou měřicí vrcholy měřicích tělísek 1. tvořeny částí kulové plochy.

Na měřeném úseku konstrukce jsou upevněny dvě měřicí tělíska I. Druhá část zařízení je přenosná část 3 sloužící k pořízení optického záznamu měřicích tělísek I.

Měření deformací materiálu se provádí pomocí popsaného zařízení nepřímou metodou spočívající v tom že se neměří vzdálenost měřicích tělísek i umístěných na povrchu materiálu, ale vzdálenost je vyhodnocena z optického záznamu obrazů měřicích tělísek I.

Po vytvoření optického záznamu se vyhodnotí vzdálenost měřicích tělísek 1 strojově.

Nepřímé měření deformací materiálu spočívá v tom, že se po připevnění měřicích tělísek I na povrch sledované konstrukce pořídí optický záznam polohy měřicích tělísek I včetně zaznamenání identifikačního údaje měřeného úseku. Tento identifikační údaj je nedílnou součástí optického záznamu a nedovoluje tak případné zaměnění jednotlivých měřicích míst. Vyhodnocená prvotní vzdálenost měřicích tělísek 1 je následně porovnávána se vzdálenostmi vyhodnocenými po stanoveném časovém úseku, kdy byla konstrukce zatěžována. Měření je možno provádět i při zatížené konstrukci neboť měřením není konstrukce dodatečně zatěžována. Z rozdílu vzdáleností naměřených v čase je možné určit průběh deformace v materiálu a stanovit zda nebylo překročeno maximální povolené zatížení konstrukce. Přenosná část 3 pro optický záznam měřených tělísek i může sledovat měřenou oblast průběžně i bez přítomnosti lidské obsluhy a pomocí strojového vyhodnocení i měřit okamžité změny deformace v měřeném úseku. Měřicí zařízení je zejména vhodné pro rychlé přesné a snadné měření plastických deformací konstrukcí, je možné s jeho pomocí provádět kontroly tlakových nádob kdy se změří vzdálenost měřicích bodů před natlakováním a sleduje se délková změna v průběhu zatížení. Po skončení zkoušky musí být plastická deformace nulová nebo pod stanovenou mezí. Měřicí zařízení je možné umístit na většinu známých konstrukcí kdeje třeba sledovat průběh deformace v čase.

-2CZ 17465 Ul

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro měření deformací materiálu nalezne použití při měření deformací materiálu, zejména ve strojírenství, energetice, stavebnictví a podobně.