PL223673B1 - Sposób pomiaru odkształceń postaciowych próbek materiałów konstrukcyjnych generowanych obciążeniem skręcającym w urządzeniu do badań zmęczeniowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru odkształceń postaciowych próbek materiałów konstrukcyjnych generowanych obciążeniem skręcającym w urządzeniu do badań zmęczeniowych, z przeznaczeniem do badań w warunkach laboratoryjnych.

Znany sposób pomiaru odkształceń postaciowych skręcanych próbek materiałów konstrukcyjnych polega na tym, że jeden tensometr nakleja się na bocznej powierzchni pod kątem π/4 radianów do osi podłużnej badanej próbki, a drugi tensometr na przeciwnej bocznej powierzchni próbki równolegle do pierwszego tensometru i łączy się je w konfiguracji półmostka Wheatstona ze wzmacniaczem pomiarowym. Następnie próbkę instaluje się w urządzeniu do badań zmęczeniowych i uruchamia wibrator skręcający wywołujący moment skręcający próbkę, która odkształca się dynamicznie. Napięciowy sygnał na wyjściu wzmacniacza pomiarowego odwzorowuje przebieg w czasie odkształceń postaciowych skręcanej próbki. Przebieg w czasie napięciowego sygnału odkształceń postaciowych rejestruje się w celu analizy wytrzymałościowej zachowania się materiału próbki lub wykorzystuje do dalszego przetwarzania w obwodzie elektrycznym sterowania obciążeniem w fazie inicjacji pęknięcia zmęczeniowego badanej próbki.

W znanym sposobie pomiaru odkształceń postaciowych skręcanych próbek materiałów konstrukcyjnych w urządzeniu do badań zmęczeniowych występuje konieczność naklejania dwóch miniaturowych tensometrów na każdej badanej próbce i łączenia ich wyjątkowo cienkimi przewodami ze wzmacniaczem pomiarowym, co wymaga niezwykłych umiejętności eksperymentatora, aby nie uszkodzić tensometrów i skutecznie je włączyć w elektryczny obwód pomiarowy. Wykonywanie pomiarów postaciowych odkształceń sprężysto-plastycznych próbek w pełnym, pożądanym zakresie jest znacznie ograniczone zakresem pomiarowym tensometrów. Nadto utrudnione jest obserwowanie i pomiar długości propagującego pęknięcia zmęczeniowego próbki przy sterowaniu jej obciążeniem, ponieważ tensometry ulegają zniszczeniu wraz z propagacją pęknięcia zmęczeniowego w badanej próbce.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że jednocześnie mierzy się i rejestruje przebiegi czasowe napięcia sygnału odkształceń postaciowych badanej próbki i przebiegi czasowe napięcia sygnału odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny wibratora skręcającego próbkę. Następnie porównuje się i wyznacza wartość współczynnika konwersji odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny wibratora skręcającego próbkę na odkształcenia postaciowe próbki jako stosunek wartości napięcia sygnału odkształceń postaciowych badanej próbki do wartości napięcia sygnału odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny wibratora skręcającego próbkę. Potem mierzy się wyłącznie wartości napięcia sygnału odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny wibratora skręcającego próbkę i skaluje za pomocą wyznaczonego współczynnika konwersji odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny wibratora skręcającego próbkę na odkształcenia postaciowe próbki. Korzystnie jest, gdy wartości napięcia sygnału odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny wibratora skręcającego próbkę mierzy się za pomocą dwóch tensometrów naklejonych na płaskiej sprężynie wibratora skręcającego próbkę, z których jeden tensometr nakleja się na górnej powierzchni płaskiej sprężyny wibratora skręcającego próbkę, a drugi symetrycznie na jej dolnej powierzchni, w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca przymocowania płaskiej sprężyny do podstawy urządzenia do badań zmęczeniowych.

Sposób pomiaru odkształceń postaciowych próbek materiałów konstrukcyjnych generowanych obciążeniem skręcającym w urządzeniu do badań zmęczeniowych według wynalazku pozwala obserwować i mierzyć długości pęknięć zmęczeniowych próbek o ustalonych rozmiarach geometrycznych, niezależnie od rodzaju testowanego materiału konstrukcyjnego, na każdym etapie ich pękania aż do całkowitego złomu, dzięki jednorazowemu wyznaczeniu współczynnika konwersji odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny wibratora skręcającego na odkształcenia postaciowe próbki danego urządzenia. Umożliwia wielokrotne wykonywanie pomiarów odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny wibratora skręcającego próbkę za pomocą dwóch tensometrów po wyznaczeniu współczynnika konwersji odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny wibratora skręcającego na odkształcenia postaciowe próbki urządzenia do badań zmęczeniowych, ponieważ odkształcenia wzdłużne sprężyny są sprężyste i znacznie mniejsze od sprężysto-plastycznych odkształceń postaciowych badanej próbki. Współczynnik konwersji odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny wibratora skręcającego próbkę na odkształcenia postaciowe próbki jest dodatkowym parametrem eksploatacyjnym tego urządzenia. Umożliwia wykonywanie pomiarów postaciowych odkształceń sprężysto-plastycznych próbek w pożądanym i pełnym zakresie pomiarowym. Sposób według wynalazku znacznie rozszerza możliwości urządzenia do badań zmęczeniowych materiałów konstrukcyjnych obejmując zarówno okres inicjacji pękania, jak i jego propagację.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest bliżej objaśniony na rysunku, którego, fig. 1 przedstawia schemat urządzenia do pomiaru odkształceń postaciowych próbek materiałów konstrukPL 223 673 B1 cyjnych generowanych obciążeniem skręcającym w urządzeniu do badań zmęczeniowych, a fig. 2 przedstawia rzut z góry urządzenia do pomiaru odkształceń postaciowych próbek materiałów konstrukcyjnych generowanych obciążeniem skręcającym w urządzeniu do badań zmęczeniowych.

Jeden tensometr nakleja się na bocznej powierzchni badanej próbki 1 pod kątem π/4 radianów do jej podłużnej osi, a drugi tensometr na przeciwnej bocznej powierzchni próbki 1 równolegle do pierwszego tensometru i łączy się je w konfiguracji półmostka Wheatstona ze wzmacniaczem pomiarowym. Następnie jeden koniec próbki 1 mocuje się w stałym nieruchomym uchwycie 4, a drugi koniec mocuje się sztywno w ruchomym uchwycie 2 połączonym z dźwignią skręcającą 3, która poprzez przegub 5 i cięgno 6 połączona jest z uchwytem wibratora skręcającego 7 próbkę 1 osadzonym na płaskiej sprężynie 8. W bezpośrednim sąsiedztwie miejsca przymocowania płaskiej sprężyny 8 do podstawy 10 urządzenia do badań zmęczeniowych nakleja się dwa tensometry 9 na płaskiej sprężynie 8 wibratora skręcającego 7 próbkę 1 tak, że jeden tensometr 9 nakleja się na górnej powierzchni płaskiej sprężyny 8, a drugi symetrycznie na jej dolnej powierzchni i łączy się w konfiguracji półmostka Wheatstona ze wzmacniaczem pomiarowym. Następnie uruchamia się wibrator skręcający 7 próbkę 1, który generuje dynamiczne obciążenie próbki 1, powodując zmienne jej odkształcenia postaciowe. Po wygenerowaniu obciążenia próbki 1, jednocześnie mierzy się i rejestruje przebiegi czasowe napięcia sygnału odkształceń postaciowych badanej próbki 1 i przebiegi czasowe napięcia sygnału odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny 8 wibratora skręcającego 7 próbkę 1. Wartości napięcia sygnału proporcjonalnego do odkształceń postaciowych próbki 1 mierzy się za pomocą tensometrów naklejonych na próbce 1, a wartości napięcia sygnału proporcjonalnego do odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny 8 wibratora skręcającego 7 próbkę 1 mierzy się za pomocą dwóch tensometrów 9 naklejonych na płaskiej sprężynie 8 wibratora skręcającego 7 próbkę 1. Natomiast przebiegi czasowe napięcia sygnału odkształceń postaciowych badanej próbki 1 i przebiegi czasowe napięcia sygnału odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny 8 wibratora skręcającego 7 próbkę 1 rejestruje się za pomocą rejestratora. Przebiegi czasowe porównuje się i wyznacza wartość współczynnika konwersji odkształceń wzdłużnych sprężyny 8 wibratora skręcającego 7 próbkę 1 na odkształcenia postaciowe próbki 1 jako stosunek wartości napięcia sygnału odkształceń badanej próbki 1 do wartości napięcia sygnału odkształceń wzdłużnych sprężyny 8 wibratora skręcającego 7 próbkę 1. Po wyznaczeniu wartości współczynnika konwersji odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny 8 wibratora skręcającego 7 próbkę 1 na odkształcenia postaciowe próbki 1, współczynnik ten jako stała wartość dla ustalonych rozmiarów geom etrycznych próbek, niezależnie od rodzaju testowanych materiałów konstrukcyjnych, staje się charakterystycznym parametrem eksploatacyjnym urządzenia do badań zmęczeniowych. Następnie mierzy się wyłącznie wartości napięcia sygnału odkształceń wzdłużnych sprężyny 8 wibratora skręcającego 7 próbkę 1 i skaluje za pomocą wyznaczonego współczynnika konwersji odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny 8 wibratora skręcającego 7 próbkę 1 na odkształcenia postaciowe próbki 1, które odzwierciedlają odkształcenia postaciowe skręcanej próbki 1.

Pomiar odkształceń postaciowych kolejnych próbek bez naklejonych tensometrów, skręcanych w urządzeniu do badań zmęczeniowych o wyznaczonym charakterystycznym współczynniku eksploatacyjnym polega na tym, że mierzy się wyłącznie wartości napięcia sygnału odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny 8 wibratora skręcającego 7 próbkę 1 i skaluje za pomocą wyznaczonego współczynnika konwersji odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny 8 wibratora skręcającego 7 próbkę 1 na odkształcenia postaciowe próbki 1, które odzwierciedlają faktyczne odkształcenia postaciowe skręcanych próbek.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób pomiaru odkształceń postaciowych próbek materiałów konstrukcyjnych generowanych obciążeniem skręcającym w urządzeniu do badań zmęczeniowych polegający na tym, że badaną próbkę obciąża się za pomocą wibratora skręcającego, mierzy wartości napięcia sygnału proporcjonalnego do odkształceń postaciowych próbki za pomocą tensometrów i rejestruje przebiegi napięciowe odkształceń, znamienny tym, że jednocześnie mierzy się i rejestruje przebiegi czasowe napięcia sygnału odkształceń postaciowych badanej próbki (1) i przebiegi czasowe napięcia sygnału odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny (8) wibratora skręcającego (7) próbkę (1), po czym porównuje i wyznacza się wartość współczynnika konwersji odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny (8) wibratora skręcającego (7) próbkę (1) na odkształcenia postaciowe próbki (1) jako stosunek wartości napięcia sygnału odkształceń postaciowych badanej próbki (1) do wartości napięcia sygnału odkształceń

   PL 223 673 B1 wzdłużnych płaskiej sprężyny (8) wibratora skręcającego (7) próbkę (1), a następnie mierzy się wyłącznie wartości napięcia sygnału odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny (8) wibratora skręcającego (7) próbkę (1) i skaluje za pomocą wyznaczonego współczynnika konwersji odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny (8) wibratora skręcającego (7) próbkę (1) na odkształcenia postaciowe próbki (1).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wartości napięcia sygnału odkształceń wzdłużnych płaskiej sprężyny (8) wibratora skręcającego (7) próbkę (1) mierzy się za pomocą dwóch tensometrów (9) naklejonych na płaskiej sprężynie (8) wibratora skręcającego (7) próbkę (1), z których jeden tensometr (9) nakleja się na górnej powierzchni płaskiej sprężyny (8) wibratora skręcającego (7) próbkę (1), a drugi symetrycznie na jej dolnej powierzchni, w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca przymocowania płaskiej sprężyny (8) do podstawy (10) urządzenia do badań zmęczeniowych.