Пристрій для профілювання деформованої поверхні біля вершини тріщини

Реферат: Пристрій для профілювання деформованої поверхні біля вершини тріщини жорстко кріпиться безпосередньо на зразку, виготовлений як тензорезисторний перетворювач лінійних переміщень, містить два послідовно з'єднані на основі плоско-паралельні тензометри, розміщені взаємно-перпендикулярно, гвинтові механізми незалежного переміщення кожного з тензометрів з мостовими схемами тензорезисторів уздовж осей ОХ та ОY, наконечник з кулькою. UA 75019 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПРОФІЛЮВАННЯ ДЕФОРМОВАНОЇ ПОВЕРХНІ БІЛЯ ВЕРШИНИ ТРІЩИНИ UA 75019 U UA 75019 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до експериментальної техніки і може бути застосована при випробуваннях плоских зразків, виготовлених з листових матеріалів, а також компактних та балкових зразків з плоскими бічними поверхнями для вимірювання деформації в напрямку нормалі до поверхні зразка у зоні перед вершиною тріщини, де у процесі навантаження утворюється западина (аналог "шийки" у циліндричному зразку). Вимірювання глибини цієї западини [1] дозволяє оцінити кінетику процесу пружно-пластичного деформування та визначити істинні деформації біля вершини тріщини на момент руйнування. Відомі випробувальні пристрої для вимірювання деформацій на плоскій поверхні [2, 3] механічні, струнні, механотронні тензометри, які кріпляться кронштейнами до вимірювальної поверхні і дозволяють вимірювати деформації вздовж дії прикладеного зусилля з високою точністю. Також відомі пристрої, у яких застосовують оптичні методи вимірювань, а також ємнісні, п'єзометричні та індуктивні перетворювачі [3, 4], що вимірюють переміщення поверхні на базі вимірювань між двома точками. Для досліджень використовують тензорезисторні балкові, аркові, кільцеві перетворювачі лінійних переміщень [3] на заданій базі, в основу вимірювань яких поставлено принцип розбалансування тензомоста. Спільним недоліком цих пристроїв є ускладнене кріплення на поверхні досліджуваного зразка, неможливість вимірювання поперечних переміщень у напрямку, перпендикулярному до поверхні, вимірювання переміщень виключно між двома точками, і ускладнена процедура вимірювання великих пластичних деформацій оптичними методами. Відомі профілометри-профілографи для вимірювання шорсткості поверхні, а також фазозсувні інтерферометри [5, 6]. Недоліками стаціонарних серійних профілографів є чутливість до якості поверхні зразка та неможливість використання їх безпосередньо під час навантаження зразка на випробувальній машині. Оптичні методи досліджень [5, 7] вимагають складного апаратного забезпечення і нерухомого закріплення зразка відносно оптичної системи, що складно реалізувати в процесі випробування. Крім того, оптичними методами неможливо вимірювати великі деформації за один етап. Найближчим за технічним рішенням пристроєм для вимірювання поздовжніх і поперечних переміщень плоскої поверхні під час навантаження є механічний тензофлексиметр. Недоліком цього пристрою є вимірювання поздовжніх і поперечних переміщень в одній точці, а також обмеженість при вимірюванні великих деформацій та фіксації результатів виміру на комп'ютері. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити компактний пристрій для вимірювання поперечної до поверхні зразка деформації та профілювання її рельєфу, який закріплений безпосередньо на зразку і є малочутливим до чистоти поверхні, а також дає можливість проводити вимірювання з достатньою точністю безпосередньо під час навантаження зразка. Для вирішення задачі вимірювання поперечних деформацій запропоновано пристрій у вигляді поєднання двох плоскопаралельних тензометрів з мостовими схемами тензорезисторів, які дають можливість неперервно вимірювати переміщення досліджуваної поверхні у двох взаємно перпендикулярних напрямках (вісь OY, вісь OZ, рис. 1) вздовж лінії, перпендикулярної до лінії поширення тріщини (вісь ОХ). Переміщення вздовж осі ОХ здійснюють дискретно через визначені проміжки. Основними елементами пристрою (креслення) є основа 1, яка жорстко кріпиться до зразка. На основі встановлено гвинтовий механізм пересування пристрою вздовж осі ОХ 2, до колодки якого закріплені плечі 4 плоскопаралельного тензометра вимірювання переміщень по осі OY. До протилежних кінців плечей 4, через колодку 5, закріплено плечі 6 плоскопаралельного тензометра вимірювання переміщень вздовж осі OZ, на протилежному кінці якого у колодці 7 встановлено наконечник 8 з кулькою діаметром 0,5 мм. До колодки 2 механізму пересування по осі ОХ закріплена консоль9 з гвинтом 10 для пересування тензометра по осі OY. На плечах 4 і 6 наклеєні тензодавачі 11, 12, які з'єднано у два окремі тензомости, сигнали з яких через підсилювачі і АЦП реєструють комп'ютером. Працює пристрій наступним чином. За допомогою основи 1 пристрій механічно кріпиться до зразка таким чином, що вісь симетрії пристрою є зміщена на 5 мм від осі ОХ поширення тріщини. За допомогою механізму 2 переміщень по осі ОХ пристрій встановлюють так, щоб наконечник 8 знаходився на лінії, що проходить через вершину тріщини перпендикулярно до осі ОХ. Після балансування тензомостів, гвинтом 10, закріпленим на консолі 9, пересувають колодку 5 відносно нерухомої колодки 2. При цьому плечі з наклеєними тензорезисторами деформуються, фіксуючи величину переміщень по осі OY, а наконечник 7, переміщаючись по поверхні зразка, деформує плечі 5, які реєструють величину переміщень по осі OZ. Такі вимірювання під час навантаження проводять по лініях, перпендикулярних до осі ОХ, відстань між якими задається дискретно гвинтом 3 механізму 2 з кроком 0,1-0,5 мм. В результаті 1 UA 75019 U 5 10 15 20 25 30 35 40 отримують матрицю даних (1010 мм), яка містить показання давачів неперервних переміщень вздовж осі OZ та ОΥ і дискретних переміщень вздовж осі ОХ - це відстані від вершини тріщини до ліній вимірювання деформацій. За цими даними, використовуючи відповідне ПЗ, будують тривимірне зображення поверхні западини перед тріщиною, за геометрією якої, віднісши зміну переміщення по осі ΟΖ до початкової товщини зразка, яка є базою деформування, визначають відносну поперечну деформацію перед вершиною тріщини, врахування якої дозволяє визначити істинні напруження у зоні передруйнування. Суттєвою перевагою цього пристрою є можливість вимірювання поперечних переміщень вздовж осі ΟΖ (перпендикулярно до площини зразка) під час навантаження і реєстрації даних вимірювання на комп'ютері для побудови тримірного зображення поверхні западини, за яким оцінюють особливості деформування матеріалу біля вершини тріщини. Конструктивна схема пристрою показана на кресленні, де: 1 - основа, 2 - механізм пересування пристрою вздовж осі ОХ з колодкою, 3 - гвинт механізму для дискретного пересування пристрою вздовж осі ОХ з кроком 0,1-0,5 мм, 4 - плечі балки рівного опору - давача вимірювання переміщень вздовж осі OY, 5 - колодка, 6 - плечі балки рівного опору давача вимірювання переміщень вздовж осі OZ, 7 - колодка, 8 - наконечник, 9 - консоль, 10 - гвинт механізму пересування пристрою вздовж осі OY, 11, 12 - тензорезистори мостової схеми для вимірювання переміщень вздовж осей OY та OZ відповідно. Джерела інформації: 1. Ткачѐв В, И., Холодный В.И., Левина И.Н. Работоспособность сталей и сплавов в среде водорода. - Львов: Изд.-во Вертикаль, 1999.-256 с. 2. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений. Справочное пособие. / Касаткин Б.С., Кудрын А.В., Кабанов В.Н., Пивторак В.А. и др. - К.: Наук. Думка, 1981.-584 с. 3. Колчин А.В. Датчики средств диагностирования машин. - М.: Машиностроение, 1984.-120 с. 4. Писаренко Г.С., Стрижало В.А. Экспериментальные методы в МДТТ. - К.: Наук. думка, 1986.-264 с. 5. L.I. Muravsky, О.Р. Ostash, А.В. Kmet', T.I. Voronyak, I.M. Andreiko. Two-frame phase-shifting interferometry for retrieval of smooth surface and its displacements. Optics and Lasers in Engineering, Volume 49, Issue 3, March 2011, Pages 305-312 6. M. Thakur, С. Quan, C.J. Тау. Surface profiling using fringe projection technique based on Lau effect. Optics & Laser Technology, Volume 39, Issue 3, April 2007, Pages 453-459. 7. Патент на корисну модель № 26395 Спосіб визначення напружень в матеріалі біля вершини тріщини. / Бюл. № 15 від 25.09.2007 р. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Пристрій для профілювання деформованої поверхні біля вершини тріщини, що виготовлений як тензорезисторний перетворювач лінійних переміщень, який відрізняється тим, що жорстко кріпиться безпосередньо на зразку, виконаний у вигляді двох послідовно з'єднаних на основі плоскопаралельних тензометрів, розміщених взаємно перпендикулярно; містить гвинтові механізми незалежного переміщення кожного з тензометрів з мостовими схемами тензорезисторів уздовж осей ОХ та ОY для неперервного фіксування переміщень поверхні зразка за допомогою наконечника з кулькою по осях ОY та OZ і реєстрації їх комп'ютером. 2 UA 75019 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3