Kontaktní měření deformací

Transkript

1 Kontaktní měření deformací

2 Druhy tenzometrických snímačů rozdělení podle principu Mechanické Elektrické (odporové, induktivní, kapacitní) Optické (fotoelasticimetrie, moaré, ESPI, optická vlákna) Další (pneumatické, akustické, difrakční )

3 Mechanické Délková měřidla Kovová měřítka Posuvná měřítka Mikrometrická měřítka Mechanické tenzometry Huggenbergerův tenzometr Martensův tenzometr

4 Elektrické deformace způsobí změnu el. veličiny Odporové Induktivní Kapacitní

5 Optické využívá se odrazu či lomu světelného vlnění Fotoelasticimetrie (změna indexu lomu) Moaré (stínové, projekční) ESPI Senzory z optických vláken (EFPI, FBG)

6 Další využívají dalších principů např. Pneumatické (deformace => změna tlaku) Akustické (strunové tenzometry změna vl. délky) RTG a neutronová difrakce (deformace => změna rozměru atomové mřížky) Metoda otisků, video tenzometry Zdroj:

7 Posuvy kontaktní měření posunutí LDTV (linear variable differential transformer) Potenciometrické Inkrementální Zdroj:

8 Extenzometry kontaktní měření deformace Indukční Tenzometrické Inkrementální ε= Δl l0

9 Teorie odporového tenzometru deformace vyvolá změnu odporu Kovové l ΔR R=ρ =k ε R0 A Polovodičové T0 ΔR 2 T0 =k ε +C ε R0 T T 2 ( )

10 Tepelný výkon a parametry odp. tenzometrů Tepelný výkon K-faktor (gage factor) Teplotní samokompenzace (S-T-C) Příčná citlivost

11 K-faktor Udává závislost mezi deformací a změnou ΔR odporu tenzometrur =k ε 0 Experimentální kalibrace výrobce k= ΔR /R 0 ε 2

12 Tepelný výkon V2 P= R Velikost napájecího napětí Elektrický odpor tenzometrů Velikost a geometrie tenzometrů Okolní teplota Vedení tepla materiálů měř. objektu Výrobci uvádějí doporučené maximální napájení pro své tenzometry

13 Tepelná samokompenzace Deformace od teploty ε T = α s α v + Teplotní samokompenzace ( ε T =0 β v =k ( α s α v ) βv ΔT k )

14 Příčná citlivost q Aktivní směr εl směr deformace k l= q= k t= směr deformace εl ε t =0 Aktivní směr εt ΔR / R 0 ΔR =k ε R0 ΔR / R 0 εt kt kl

15 Únava tenzometrů

16 Chyba nedodržením orientace

17 Schéma a aplikace Wheatstonova můstku ΔR =k ε Teorie Wheatstnova R 0 můstku (čtvrtmost, půlmost, celomost) Využití Wheatstnova můstku pro různé druhy námáhání (tah-tlak, ohyb, krut, smyk)

18 Wheatstonův můstek V o =V s ( R1 R1 +R 2 Vo R4 R 3 +R 4 ) 1 ΔR 1 ΔR 2 ΔR 3 ΔR 4 = ( + ) V s 4 R1 R2 R3 R4 ΔR =k ε R0 Vo k = ( ε 1 ε 2 +ε 3 ε 4 ) Vs 4

19 ¼ most most ½ most dvojnásobný ¼ plný most

20 Tah, tlak Větev WM R1 R2 R3 R4 výsledek i = rovnice WM ¼ WM SG1 i = 1 ¼ WM s kompenzací SG1 K i = 1 ½ WM SG1 SG2 i = 1 + q=(1+) 1 Diagonální WM SG1 SG3 i =2 1 Diagonální WM s kompenzací SG1 K SG3 K i =2 1

21 Ohyb Větev WM R1 R2 R3 R4 výsledek i = rovnice WM SG1 i = bu SG2 i = blo ¼ WM s kompenzací SG1 K i = bu SG2 K i = blo ½ WM SG1 SG2 i =2 b Diagonální WM SG1 SG3 i =2 bu SG2 SG4 i =2 blo SG1 K SG3 K i =2 bu SG2 SG4 i =2 blo ¼ WM

22 Krut σ 1= E ε +νε 2 ) 2( 1 1 ν σ 2= E ε +νε 1 ) 2( 2 1 ν ε 1 = ε 2 ε i =ε 1 ( ε 2 ) =2ε σ 1=± σ 1=± 1 E ( 1 ν ) ε i ν 1 E ( 1 ν ) ε i 4 1 ν 2 τ max =2ε 45 G ½ WM plný WM

23 Posouvající síla (smyk) τ max =ε i G ½ WM 1 τ max = ε i G 2 plný WM F τ max = c A =2ε 45 G A kvádr ca = 3/2 kruh ca = 4/3 F= 2ε 45 GA ca

24 Odvrtávací metoda zbytková σ ( 1+ν ) 1 1 napětí 4 ε = cos2α+ cos2α x r 2E [ r2 r4 r 2 (1 +ν ) ε r =σ x ( A+B cos2α ) ε r =σ x ( A+B cos2α ) +σ y ( A B cos2α ) ]

25 Odvrtávací metoda ε r1 =A ( σ x +σ y ) +Bσ y ( σ x σ y ) cos2α ε r2 =A ( σ x +σ y ) +Bσ y ( σ x σ y ) cos2(α+ 45 ) ε r3 =A ( σ x +σ y ) +Bσ y ( σ x σ y ) cos2 (α+ 90 ) ε 1 +ε 3 1 4A 4B ε 1 +ε 3 1 σ min= + 4A 4B σ max = tan2α= 2 2 ε ε + ε +ε 2ε ( ) ( ) ( ε ε ) +( ε +ε 2ε ) ε 1 2ε2 +ε 3 ε 3 ε

26 Odvrtávací metoda zbytková napětí

27 Literatura Hoffmann, K.: An Introduction to Measurements using Strain Gages, 1989 HBM Darmstadt Valenta, F., kol.: Pružnost pevnost III, 2003, ČVUT v Praze TechNote TN-503 Measurement of Residual Stresses by the HDM Micro-Measurements 2010 Vishay