Způsob a zařízení pro měření trvalých délkových deformací materiálů

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu měření trvalých délkových deformací materiálů, při kterém se zjišťuje změna původní vzdálenosti mezi dvěma body v materiálu. Vynález se také tyká zařízení k provádění tohoto způsobu, obsahujícího dvě měřicí značky upevněné na materiálu v odstupu od sebe.

Dosavadní stav techniky

Pro měření délkových deformací v pevných látkách, zejména kovových materiálech a jiných látkách, které jsou při působení mechanických namáhání schopny se protahovat přes mez pružnosti a mez kluzu s přibývající deformací až k přetržení, se dosud používají mechanické nebo optické průtahoměry, kterými se měří protažení materiálu mezi dvěma pevně danými body na konstrukci. Tyto průtahoměry vyžadují kvůli své omezené přesnosti umístění měřicích bodů na materiálu nebo na konstrukci ve větší vzdálenosti od sebe, pohybující se například v desítkách centimetrů. Větší přesnosti měření vzdálenosti referenčních bodů od sebe, a tím možnosti umístění těchto bodů blízko sebe, je možno dosáhnout použitím měřicích mikroskopů. Jejich základní nevýhodou jsou velké rozměry těchto přístrojů, a tím také značná hmotnost, takže je v praxi není možno použít pro měření deformací materiálu stávajících kovových konstrukcí, například mostů, velkoprůměrových potrubí a podobně, zejména pokud se zkoušená potrubí nacházejí ve stísněných prostorách, například v jaderných elektrárnách. Další značný problém představuje obtížná přístupnost zkoumaných míst například na izolovaném ropovodu, na rozvodném potrubí uvnitř jiných konstrukcí, na mostech a podobně.

Úkolem vynálezu je vyřešit způsob a zařízení pro měření trvalých délkových deformací pevných látek a materiálů konstrukcí, způsobených nadměrným nebo dlouhodobě působícím zatížením, aby se tato měření prováděla v podmínkách, umožňujících dosažení co největší přesnosti měření, například v laboratořích nebo na připravených měřicích stanicích, ve vzdálenosti od měřené konstrukce.

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen způsobem měření trvalých délkových deformací v pevných látkách podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se na odnímatelném otiskovém tělese vytvoří otisky měřicích bodů vytvořených na povrchu materiálu a přesná vzdálenost identifikovatelných míst obou měřicích bodů se změří na otiscích měřicích bodů.

Ve výhodném provedení způsobu podle vynálezu se na odnímatelném tělese vytvoří první dvojice otisků měřicích bodů před deformací materiálu a po kritickém zatížení materiálu se vytvoří druhá dvojice otisků měřicích bodů a porovnají se vzdálenosti první dvojice a druhé dvojice otisků.

Tento úkol je dále vyřešen zařízením k provádění tohoto způsobu, obsahujícím dvě měřicí značky, upevněné na materiálu v odstupu od sebe, podle vynálezu jehož podstata spočívá v tom, že zařízení obsahuje pevnou část, upravenou na měřeném úseku materiálu, a přenosnou část, z nichž pevná část je opatřena dvěma měřicími prvky s identifikovatelnými měřicími body, umístěnými v odstupu od sebe, a přenosná část je tvořena otiskovým tělesem s otiskovou plochou pro vytvoření otisků měřicích bodů.

- 1 CZ 290398 B6

Ve výhodném provedení zařízení podle vynálezu jsou měřicí prvky upevněny na společné planžetě, upevněné na povrchu měřeného úseku materiálu. Každý měřicí bod je tvořen vrcholem měřicího prvku ve tvaru jehlanu, jehož vždy nejméně jedna boční ostrá hrana je rovnoběžná s nejméně jednou boční ostrou hranou druhého jehlanu druhého měřicího prvku. Kolem upevněné planžety je umístěn vodicí prstenec s vnitřní vodicí plochou pro otiskové těleso, upevněný k měřenému úseku materiálu.

Způsobem a zařízením podle vynálezu se získává možnost přesného měření trvalých deformací materiálu na jeho krátkých měřených úsecích použitím velmi přesných měřicích zařízení jako jsou měřicí mikroskopy. Protože tento objemný a těžký přístroj není možno nasadit přímo v terénu na mostě, ropovodu, plavidle nebo jiné konstrukci, u které je nutno po nadměrném zatížení, například po zemětřesení, sledovat stav konstrukce, je výhodné použití zařízení podle vynálezu, u kterého se měření rozteče měřicích prvků před a po zatížení provádí měřicím mikroskopem na otiscích měřicích bodů, vytvořených na odnímatelném otiskovém tělese.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladu provedení, zobrazeného na výkresech, kde na obr. 1 je znázorněn podélný řez úsekem měřeného materiálu, na kterém je upevněna stabilní část zařízení se dvěma měřicími prvky, a nad kterým je umístěna přenosná část zařízení, připravená pro přemístění do měřicí stanice, přičemž řez je veden rovinou A-A z obr. 2, a na obr. 2 je znázorněn pohled shora na planžetu s měřicími prvky.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení pro měření trvalých délkových deformací v pevných látkách, v tomto příkladu v kovových materiálech, sestává z pevné části 1 zařízení, upevněné k měřenému úseku 2 materiálu, a z přenosné části 3 zařízení, která je tvořena otiskovacím prvkem, přemístitelným mimo měřené místo.

Pevná část 1 zařízení je tvořena planžetou 4, mající ve zobrazeném příkladném provedení tvar obdélníkové destičky a opatřenou ve dvou místech v koncových oblastech své plochy dvěma děrami 5, které jsou v příkladném provedení průchozími děrami, probíhajícími až do spodní plochy planžety 4, ale které mohou mít také tvar slepých děr. V každé z těchto dvou děr 5 je upevněno například zalitím zálivkovou hmotou 17 kotevní tělísko, tvořící držák 6 komole jehlanovitého nebo kuželovitého tvaru, jehož větší základna je rovinná a kolmá na normálu vedenou k povrchu měřeného úseku 2 materiálu, který může být rovinný například u mostních konstrukcí, válcový s poměrně velkým poloměrem křivosti například u ropovodů nebo jiných potrubí s větším průměrem, popřípadě jinak zakřivený u plášťů tankerů a jiných konstrukcí s proměnným tvarem. Z menší základny obou držáků 6 vystupuje horní jehlanovitá část měřicího prvku 7, zužující se do měřicího bodu ve tvaru vrcholu jehlanu.

Ve znázorněném příkladném provedení je měřicí bod měřicího prvku 7 tvořen vrcholem čtyřbokého diamantového jehlanu, používaného k měření tvrdosti pevných látek podle Wickerse, jehož nejméně jedna boční ostrá hrana 8, ukončená ve vrcholu měřicího prvku 7, je kolmá na spojnici vrcholů těchto dvou čtyřbokých diamantových jehlanů, takže oba vrcholy jsou prodlouženy do ostré hrany 8, rovnoběžné s ostrou hranou 8 vrcholu druhého měřicího prvku 7. Přesná rovnoběžná poloha těchto dvou ostrých hran 8 je důležitá pro umožnění přesného měření, popsaného v další části popisu.

Na měřeném úseku 2 mostní konstrukce, ropovodu, lodního trupu nebo podobných sledovaných konstrukcí je planžeta 4 s měřicími prvky 7 upevněna trvale pomocí lepidla, schopného sledovat

-2 CZ 290398 B6 bez porušení průtah a deformaci materiálu v oblasti měřeného úseku 2 a naneseném na spodní plochu planžety 4 ve tvaru dvou lepicích terčů 18 vytvořených na spodní straně držáku 6 a spodní ploše planžety 4 kolem díry 5 nebo v případě slepé díry proti jejímu dnu. Aby pevnost planžety 4 nenarušovala deformace měřeného úseku 2 materiálu, je planžeta 4 opatřena ve své střední části zeslabením 16 svého průřezu, tvořeným ve znázorněném příkladném provedení drážkou trojúhelníkového průřezu, ovšem neznázoměné zeslabení může být tvořeno například řadou vyvrtaných děr nebo podobně.

Druhou částí zařízení je jeho přenosná část 3, tvořená otiskovým tělesem 9, majícím tvar válečku s otiskovou čelní plochou 10, kolmou na podélnou osu válečkového otiskového tělesa 9, a vyrobeným z měkkého kovu, například olova, voskového materiálu, například ze zubolékařského vosku. Ve znázorněném příkladném provedení je otiskové těleso 9 vytvořeno z měkkého kovu a opatřeno na čele, protilehlém kjeho čelní otiskové ploše 10, osovým nárazovým výstupkem 11. Pro lepší vedení otiskového tělesa 9 při vytváření otisků vrcholů měřicích prvků 7 je zařízení v tomto příkladném provedení opatřeno vodicím prstencem 12, jehož stěny jsou výhodně seříznuty ze dvou vzájemně protilehlých stran šikmými řezovými rovinami, takže na dvou protilehlých stranách vodícího prstence 12 vznikají zaoblené výřezy 13, jak je to patrno z obr. 1, které umožňují kontrolu stavu planžety 4 s vrcholy měřicích prvků 7. Vodicí prstenec 12 má kromě vodicí funkce pro vedení otiskového tělesa 9 také ochrannou funkci a chrání pevnou část 1 zařízení proti poškození, přičemž slouží také ke snadnějšímu nalezení poměrně malých planžet 4 na rozsáhlejších konstrukcích, například ropovodech nebo bocích plavidel. Vodicí prstenec 12 je upevněn k povrchu měřeného úseku 2 mimo oblasti zaoblených výřezů 13 v tomto příkladu koutovými svary 14.

Měření trvalých délkových deformací v materiálu zejména po extrémních namáháních, například po zemětřesení, posuvech zeminy, nebo po dlouhodobě a opakovaně působících namáháních se u způsobu podle vynálezu provádí pomocí popsaného zařízení nepřímou metodou spočívající v tom, že se neměří přímo vzdálenost vrcholů měřicích prvků 7 na planžetě 4, nalepené pevně a trvale na sledovaném materiálu, ale vzdálenost otisků 15 těchto vrcholů měřicích prvků 7, vytvořených přitlačením otiskové plochy 10 voskového otiskového tělesa 9 nebo naražením otiskové plochy 10 otiskového tělesa 9 z měkkého kovu, například z olova, úderem kladiva nebo jiného nástroje na osový nárazový výstupek 11, zajišťující osové a tedy rovnoměrné působení rázů, na dvojici měřicích prvků 2·

Je-li každý měřicí prvek 7 tvořen diamantem používaným pro měření tvrdosti materiálu podle Wickerse a majícím svou část, vyčnívající z držáku 6 ve tvaru čtyřbokého jehlanu, jehož dvě ostré hrany 8 jsou u obou měřicích prvků 7 vzájemně přesně rovnoběžné, mají otisky 15 vytvořené v čelní otiskové ploše 10 válečkového otiskového tělesa 9 tvar jehlanovitých důlků s ostrými hranami protínajícími se v jednom bodě v nejhlubším místě důlků, přičemž nejméně dvě z těchto hran jsou u obou otisků 15 vzájemně přesně rovnoběžné.

Po vytvoření těchto otisků 15 vrcholů měřicích prvků 7 pevné části 1 zařízení podle vynálezu na měřené konstrukci se při provádění způsobu podle vynálezu přenosná část 3 zařízení, tvořená otiskovým tělesem 9, vyjme z vodícího prstence 12 a přemístí se do laboratoře, měřicí stanice nebo podobně, kde je k dispozici přesné a neznázoměné měřicí zařízení, například měřicí mikroskop, na kterém je možno s velkou přesností změřit vzdálenost vzájemně rovnoběžných hran otisků 15 měřicích prvků 7.

Princip nepřímé metody měření trvalých deformací materiálu nejrůznějších konstrukci spočívá v tom, že na počátku provozování sledované konstrukce se na ni nalepí soustava planžet 4 s měřicímu prvky 7 a po tomto trvalém upevnění měřicích prvků 7 se na přenosné části 3 zařízení, to znamená na otiskovém tělese 9, vytvoří dvojice základních otisků 15. Otiskové těleso 9 se potom odejme, opatří se identifikační značkou konkrétní planžety 4 a popřípadě údajem

-3 CZ 290398 B6 o teplotních podmínkách v době vytvoření otisků 15 a změří se vzdálenost identifikovatelných bodů těchto otisků a získané délkové údaje se uloží k pozdějšímu využití.

Po výskytu kritického namáhání konstrukce, například po zemětřesení, nebo po dlouhodobém namáhání konstrukce například tankeru a podobně, kdy je třeba zjistit, zda v namáhaném materiálu nedošlo k překročení meze pružnosti a zda Δ1 v trhacím diagramu σ (kg/mm²) - Δ1 (mm) se již dostalo do rozsahu meze průtažnosti, kdy by bylo nutno konstrukci opravit nebo strhnout, se vyhledá příslušné uložené otiskové těleso 9, a přemístí se k odpovídající planžetě 4 s měřicími prvky 7, které se znovu otisknou do otiskové plochy 10 otiskového tělesa 9. Otiskové těleso 9 se potom může opět přenést do laboratoře pro změření přesné vzdálenosti hran nových otisků 15, například pomocí měřicího mikroskopu, přičemž porovnáním obou délkových hodnot je možno posoudit stav konstrukce v době druhého měření.

Měřicí zařízení je zejména vhodné pro sledování statické pevnosti mostních konstrukcí po nadměrném zatížení například zemětřesením, protože na nosníky mostní konstrukce je možno již při stavbě nebo dodatečně za normálního provozu upevnit dostatečné množství měřicích planžet 4, a po jejích upevnění je možno vytvořit na stejném počtu otiskových těles 9 otisky 15 jako podklady pro přesné měření. Měřicí zařízení může být využito také zejména na ropovodech uložených na nestabilním podloží nebo na podloží porušeném například zemětřesením, na trupech velkých tankerů a jiných plavidel, na potrubních systémech jaderných elektráren, dále při měření deformací na konstrukcích letadel, raket nebo raketoplánů a podobně.

PATENTOVÉ NÁROKY