Zařízení pro měření trvalých délkových deformací materiálů

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro měření trvalých délkových deformací materiálů, obsahujícího dvě měřicí značky vytvořené v odstupu od sebe na materiálu a snímací ústrojí pro snímání vzdálenosti měřicích značek.

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 používá mechanických nebo optických průtahoměrů, 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 technického řešení je vytvořit zařízení pro měření trvalých délkových deformací pevných látek a materiálů konstrukcí, způsobených nadměrným nebo dlouhodobě působícím zatížením, které by umožňovalo provádět měření v podmínkách, umožňujících dosažení co největší přesnosti měření, například v laboratořích nebo na připravených měřicích stanicích ve vzdálenosti od měřené konstrukce.

Podstata technického řešení

Tento úkol je vyřešen zařízením pro měření trvalých délkových deformací v pevných látkách podle technického řešení, jehož podstata spočívá vtom, 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.

Ve výhodném provedení zařízení podle technického řešení jsou měřicí prvky upevněny na společné planžetě, upevněné na povrchu měřeného úseku materiálu, ajsou tvořeny vrcholem jehlanového tělíska, jehož vždy nejméně jedna boční šikmá hrana je rovnoběžná s nejméně jednou boční hranou druhého jehlanového tělíska s druhým měřicím hrotem. Kolem upevněné planžety je umístěn vodicí prstenec s vnitřní vodicí plochou pro otiskové těleso, upevněný k měřenému úseku materiálu.

Zařízením podle technického řešení 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 technického řešení, u kterého se měření rozteče měřicích prvků před a po zatížení provádí měřicím mikroskopem na otiscích měřicích bodů, vytvořených na odebratelném otiskovém tělese.

-1 CZ 8914 Ul

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže objasněno pomocí příkladu provedení, zobrazeného na výkresech, kde znázorňují obr. 1 podélný řez úsekem měřeného materiálu, na kterém je upevněna stabilní část zařízení se dvěma měřicími prvky hroty 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 obr. 2 pohled shora na planžetu s měřicími prvky.

Příklady provedení technického řešení

Zařízení pro měření trvalých délkových deformací v pevných látkách, v tomto příkladu v kovo10 vých materiálech, sestává zpěvné části i zařízení, upevněné kměřenému úseku 2 materiálu, a z přenosné části 3 zařízení, která je tvořena otiskovacím prvkem, přemístitelným mimo měřené místo.

Pevná část i zařízení je tvořena planžetou 4, mající v 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 formu slepých děr. V každé z těchto dvou děr 5 je upevněno například zalitím zálivkovou hmotou Γ7 kotevní tělísko komole jehlanovitého nebo kuželovitého tvaru tvořícího držák 6, 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 ajiných konstrukcí s proměnným tvarem. Z menší základny obou držáků 6 vystupuje horní jehlanovitá část měřicího prvku 7, zužující se do měřicího bodu ve formě hrotu.

Ve znázorněném příkladném provedení je měřicí hrot měřicího prvku 6 tvořen vrcholovou částí čtyřbokého diamantového jehlanu, používaného k měření tvrdosti pevných látek podle Wickerse, jehož nejméně jedna boční ostrá hrana 8, ukončená ve vrcholovém hrotu měřicího prvku 7, je kolmá na spojnici vrcholů těchto dvou čtyřbokých diamantových jehlanů, takže oba měřicí hroty jsou prodlouženy do ostré hrany 8, rovnoběžné s ostrou hranou 8 druhého měřicího hrotu. 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 bez porušení průtah a deformaci materiálu v oblasti měřeného úseku 2 a naneseném na spodní plochu planžety 4 ve formě 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 H.

Pro lepší vedení otiskového tělesa 8 při vytváření otisků 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 vodicího prstence 12 vznikají zaoblené výřezy 13, jak je to patrno z obr. 1, které

-2CZ 8914 Ul umožňují kontrolu stavu planžety 4 s měřicími hroty. Vodicí prstenec 12 má kromě vodicí funkce pro vedení otiskového tělesa 9 také ochrannou funkci a chrání pevnou část i 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 bodovými svary JT.

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 technického řešení provádí pomocí popsaného zařízení nepřímou metodou ío spočívající v tom, že se neměří přímo vzdálenost měřicích hrotů 7 na planžetě 4 nalepené pevně a trvale na sledovaném materiálu, ale vzdálenost otisků 15 těchto měřicích hrotů na měřicích prvcích 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 JT zajišťující osové a tedy rovnoměrné působení rázů, na dvojici měřicích prvků 7.

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 vrcholových oblastí měřicích prvků 7 pevné části I zařízení podle technického řešení na měřené konstrukci se při provádění způsobu podle technického řešení 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 vtom, 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 odebere, opatří se identifikační značkou konkrétní planžety 4 a popřípadě údajem 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 1 v trhacím diagramu σ (kg/mm²) - 1 (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 J_5 například pomocí měřicího mikroskopu, přičemž porovnáním obou délkových hodnot je možno usoudit na 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 jejich upevnění je možno vytvořit na stejném počtu otiskových těles 9 otisky J_5 jako podklady pro přesné měření. Měřicí zařízení může být využito také zejména na ropovodech uložených na nestabilním podloží nebo podloží porušeném například zemětřesením, na trupech velkých tankerů a jiných plavidel, potrubních systémech jaderných elektráren, měření deformací na konstrukcích letadel, raket nebo raketoplánů a podobně.