PL181995B1

PL181995B1 - Sposób pomiaru i monitorowania odkształceń termicznych obiektów

Info

Publication number: PL181995B1
Application number: PL31823197A
Authority: PL
Inventors: Maciej Szafarczyk
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 2001-10-31
Also published as: PL318231A1

Abstract

Sposób pomiaru i monitorowania odkształceń termicznych obiektów, znamienny tym, że w żądanych miejscach i kierunkach pomiaru odkształceń termicznych do obiektu przymocowuje się wstępnie w napięty odcinek cięgna wykonanego z materiału o innym niż obiekt, korzystnie zerowym lub bardzo małym współczynniku rozszerzalności cieplnej, a odkształcenia termiczne w stosunku do wymiarów w temperaturze odniesienia mierzy się i monitoruje przez pomiar zmiany długości wzorcowego odcinka cięgna w porównaniu do długości odpowiadającego mu odcinka obiektu lub przez pomiar naprężeń w odcinku wzorcowym cięgna odpowiadający tym względnym zmianom długości

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru i monitorowania odkształceń termicznych obiektów, przejawiających się zmianą wymiarów i kształtów struktur mechanicznych.

Odkształcenia termiczne, które polegająna. zmianie wymiarów i kształtów struktur mechanicznych pod wpływem zmiany temperatury, odgrywają istotną rolę w technice. Mogą one dotyczyć np. odkształceń obrabiarki powodujących zmiany wymiarów przedmiotu obrabianego w miarę nagrzewania się różnych zespołów obrabiarki w czasie jej pracy lub odkształceń mostu pod wpływem temperatury otoczenia. Zmiany te wymagają często pomiarów i monitorowania w czasie w celu wykrycia niedopuszczalnych odchyłek i ewentualnej ich korekcji.

Obecnie do monitowania odkształceń termicznych stosowane są dwie metody. W pierwszej z nich mierzy się temperaturę monitorowanej struktury w wybranych miej scach obiektu i na podstawie wyników pomiarów, znając wcześniej uzyskany model odkształceń obiektu w funkcji pola temperatur, oblicza się odkształcenia termiczne. Metoda ta jest mało dokładna ze względu na uproszczenia modelu odkształceń i ze względu za złożoność pola temperatur.

W drugiej metodzie mierzy się odkształcenia struktury mechanicznej względem stałego układu odniesienia praktycznie niezmiennego pod wpływem temperatury. Układ odniesieniajest tworzony albo przez odpowiednio rozmieszczone strumienie światła laserowego albo przez bazową strukturę mechaniczną utworzoną z elementów o zerowym lub bardzo małym współczynniku rozszerzalności cieplnej, np. w postaci kratownicy z prętów inwarowych. Układ odniesienia jest na ogół kosztowny i kłopotliwy w stosowaniu.

Istotą wynalazku jest pomiar odkształceń termicznych monitorowanego obiektu w wybranych kierunkach poprzez pomiar zmiany długości wzorcowego odcinka cięgna, np. taśmy lub drutu w porównaniu do długości odpowiadającego mu odcinka obiektu. Cięgno wstępnie napina się i przymocowuje końcami do obiektu w żądanych miejscach i kierunkach pomiaru odkształceń termicznych. Cięgno wykonane jest z materiału o innym niż obiekt, korzystnie zerowym lub bardzo małym współczynniku rozszerzalności cieplnej. Odkształcenia termiczne w stosunku do wymiarów w temperaturze odniesienia można mierzyć i monitorować przez pomiar zmiany długości wzorcowego odcinka cięgna w porównaniu do długości odpowiadającego mu odcinka obiektu lub pomiar naprężeń w odcinku wzorcowym cięgna odpowiadający tym względnym zmianom długości.

W przypadku cięgna o zerowym współczynniku odkształceń cieplnych zmierzona zmiana długości równa jest wielkości odkształcenia cieplnego obiektu w kierunku i na długości odpowiadających wzorcowemu odcinkowi cięgna.

181 995

W przypadku cięgna, które ma długość L [mm] w temperaturze odniesienia i współczynnik rozszerzalności cieplnej A|[°C''], a po ogrzaniu o AT [°C] wykazuje zmianę długości w stosunku do obiektu o Δ L_w [mm] odkształcenie cieplne obiektu AL można uzyskać ze wzoru 1:

AL = ALw + L x AT x Δι

W przypadku cięgna, które ma długość L [mm] w temperaturze odniesienia i współczynnik rozszerzalności cieplnej A, [°C'*] mniejszy niż współczynnik rozszerzalności cieplnej materiału obiektu A_o [°C^_I], zmierzona względna zmiana długości AL_W [mm] odpowiada odkształceniu cieplnemu odcinka obiektu AL [mm] według wzoru 2:

ΔL = ΔΚ x Ao x (Ao - Al)⁴

Sposób według wynalazku pozwala na pomiar odkształceń termicznych za pomocą prostych urządzeń, przy czym odcinki wzorcowe wstępnie naprężonego cięgna (drutu lub taśmy) wyznaczają odcinki linii prostej między wybranymi punktami mierzonego obiektu niezależnie od jego odkształceń.

Przykład I. Na rysunku fig. 1 przestawiono przykład pomiaru odkszktałceń żeliwnego korpusu 1 tokarki za pomocą drutu wolframowego 2, którego jeden koniec jest przymocowany do sztywnego uchwytu 3 w pobliżu prowadnic, a drugi koniec do podatnego uchwytu 4, w postaci płaskiej sprężyny, w pobliżu wrzeciona, przy czym napięty drut usytuowany jest w kierunku przemieszczeń wrzeciona tokarki względem noża umieszczonego w uchwycie na suporcie przesuwającym się po prowadnicach. Pomiar odkształceń termicznych korpusu polega na pomiarze za pomocą czujnika 5 przemieszczeń końca podatnego uchwytu 4 względem korpusu 1. Przemieszczenie względne ΔL_W można również uzyskać na podstawie pomiaru naprężeń w płaskiej sprężynie 4 wywołanych jej odkształceniem.

Współczynnik odkształceń termicznych żeliwa wynosi Ao = 10,5 10'⁶ [°C'*]

Współczynnik odkształceń termicznych wolframu wynosi A = 4,3 10'6 [T¹]

Odcinek cięgna ma długość L = 300 [mm]

Początkowa temperatura korpusu wrzeciennika To = 18°C

Temperatura korpusu po 3 h pracy tokarki wynosi T_k = 50°C

Zmierzone odkształcenie względne ΔL_W = 0,06 [mm]

Odkształcenie termiczne wrzeciennika w wybranym kierunku można obliczyć ze wzoru 1: ΔL = 0,06 + 300 x 32 x 4,3 x 10'6 = 0,06 + 0,0413 = 0,1013 [mm] lub ze wzoru 2:

ΔΡ = 0,06 x 10,5 x 10‘6 x (10,5 x 10- - 4,3 x 10-)- = 0,1016 [mm]

Przykład II. Na rysunku fig. 2 i fig. 3 przedstawiono przykład pomiaru odkształceń żeliwnego korpusu 6 za pomocą wstępnie naprężonej taśmy inwarowej 7, której oba końce przymocowane są do korpusu 6 sztywnymi uchwytami 8 i 9, przy czym pomiar odkształceń termicznych korpusu 6 polega na pomiarze, za pomocą tensometrów 10,1l, 12i 13, naprężeń w przewężonym odcinku taśmy 7.

181 995

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Sposób pomiaru i monitorowania odkształceń termicznych obiektów, znamienny tym, że w żądanych miejscach i kierunkach pomiaru odkształceń termicznych do obiektu przymocowuje się wstępnie w napięty odcinek cięgna wykonanego z materiału o innym niż obiekt, korzystnie zerowym lub bardzo małym współczynniku rozszerzalności cieplnej, a odkształcenia termiczne w stosunku do wymiarów w temperaturze odniesienia mierzy się i monitoruje przez pomiar zmiany długości wzorcowego odcinka cięgna w porównaniu do długości odpowiadającego mu odcinka obiektu lub przez pomiar naprężeń w odcinku wzorcowym cięgna odpowiadający tym względnym zmianom długości.