CZ9901899A3 - Způsob a zařízení pro měření trvalých délkových deformací materiálů - Google Patents

Description

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 týká zařízení k provádění tohoto způsobu, obsahujícího dvě měřicí značky upevněné v odstupu od sebe na materiálu.

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 vynálezu je vyřešit způsob a zařízení pro měření trvalých délkových deformací pevných látek a materiálů kon·· O ·« «Α·· ΑΑ ·Α • A A · AAA ···· * AA A « A·· t A « ·

A A AAA * A A ·· A AAA

A A A A A A A A ««AA AA «» ««« «· *· strukcí, 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 odebratelném 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 odebratelném 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.

Podstata vynálezu spočívá u zařízení k provádění tohoto způsobu 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.

Ve výhodném provedení zařízení podle vynálezu jsou měřicí prvky upevněny na společné planžetě, upevněné na povrchu měřeného úseku materiálu, a jsou 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

• · • a ·· ···· » ··· • · ··· ··* · ·« ·· ···

• · ·· 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 odebratelném otiskovém tělese.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn 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 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 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

9999

9 9

9 9··

9 9

9

9·9 děrami, probíhajícími až do spodní plochy planžety 4 ale které mohou mít také formu slepých dér. . V každé z těchto dvou děr 5 je upevněno například zalitím zálivkovou hmotou 17 kotevní tělísko komole jehlanovítého 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 a jiných konstrukcí s proměnným tvarem. 2 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 měřici 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

A« AAAA ·· AA • · · · • AA • · A A • ♦ A

AAAA AA • · AAA • · · A

A A A

A« A AA

A

AAA průřezu, tvořeným ve znázorněném příkladném provedení drážkou trojúhelníkového průřezu, ovšem neznázorněné 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 k jeho čelní otiskové ploše 10, osovým nárazovým výstupkem 11. Pro lepší vedení otiskového tělesa 8 při vytváření otisků měřicích hrotů 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 měřicími hroty. Vodicí prstenec 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 v tomto příkladu bodovými 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 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 «· 99 9999 ·· 99

9 9 9 « · * · 9 · 9

99 9 9 999 9 9 9 9

9f 9 9 · 9 ·· 999 999

99999 9 9 9

9999 99 99 999 99 99 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 zajištující 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 jehlanovítých 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 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 neznázorněné 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 ]_ a po tomto trvalém upevnění měřicích prvků 7 se na přenosné části 2 zařízení, to znamená na otiskovém tělese 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 ·· 0« ·· ···· ·· ·· «··· · 0 0 00·· • ·· · · · · · * • · ··· · · · «·· ··· • •••a · · « ···· ·· ·· ··· ·· *· 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 zdaól v trhacím diagramu σ (kg/rom²) - Al (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 laboratoře pro změření přesné se potom může opět přenést do vzdálenosti hran nových otisků 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 dodatečné za normálního provozu upevnit dostatečné množství měřicích planžet 4a po jejich 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 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.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob měření trvalých délkových deformací materiálů, při kterém se zjišťuje změna původní vzdálenosti mezi dvěma body na povrchu materiálu, vyznačující se tím, že se na odebratelném otiskovém tělese (9) vytvoří otisky (15) měřicích bodů vytvořených na povrchu materiálu a přesná vzdálenost identifikovatelných míst obou měřicích bodů se změří na otiscích měřicích bodů.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím , že na odebratelném otiskovém tělese (9) se vytvoří první dvojice otisků (15) měřicích bodů před deformací materiálu a po kritickém zatížení materiálu se vytvoří druhá dvojice otisků (15) měřicích bodů a porovnají se vzdálenosti první dvojice a druhé dvojice otisků (15)
3. 3. Zařízení k provádění způsobu podle nároků 1 a 2, obsahující dvě měřicí značky, upevněné v odstupu od sebe na materiálu, vyznačující se tím, že obsahuje pevnou část (1), upravenou na měřeném úseku (2) materiálu, a přenosnou část (3), z nichž pevná část (1) je opatřena dvěma měřicími prvky (7) s identifikovatelnými měřicími body, umístěnými v odstupu od sebe, a přenosná část (3) je tvořena otiskovým tělesem (9) s otiskovou plochou (10) pro vytvoření otisků (15) měřicích hrotů.
4. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že měřicí prvky (7) jsou upevněny na společné planžetě (4), upevněné na povrchu měřeného úseku (2) materiálu.
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se t í m , že měřicí prvky (7) jsou tvořeny vrcholem jehlanového tělíska, jehož vždy nejméně jedna boční šikmá hrana (8) je ·· ·· ·· fc··· ·· ·· • · · · · fc fc «fcfc· • «· fcfc ··· « fcfc · • fc ·»· fc v « fcfcfc tfcfc • fcfcfcfc· ·· • •fcfc ·· ·« ··· ·· ·· rovnoběžná s nejméně jednou boční hranou (8) druhého jehlanového tělíska s druhým měřicím prvkem (7).
6. 6. Zařízení podle nároků 3 až 5, vyznačující se t í m , že kolem upevněné planžety (4) je umístěn vodicí prstenec (12) s vnitřní vodicí plochou pro otiskové těleso (9), upevněný k měřenému úseku (2) materiálu.