Tendencje rozwojowe badań doświadczalnych prowadzonych na nowoczesnych maszynach wytrzymałościowych

Z E SZ Y T Y N AU KO WE POL IT ECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: HU T N ICT WO 2. 21

1980 Nr kol. 654

Tade u sz LAMBER W i e s ł a w C H L A D E K M a r e k PLAŻA

Instytut In ż yn i e r i i Mate ri ał o we j P o l i te ch ni k a Ślęska

T EN OE NC O E R O Z W O J OW E B AD AŃ D O ŚW IA D C Z A L N Y C H P RO WA D Z O N Y C H N A NO WO CZ E S N Y C H M A S Z YN AC H W Y T R Z Y M A Ł O Ś C I O W Y C H

S t r e s z c z e n i e . W y m a g an i a s tawiane s y st emowi nowoczesnych m as zy n w y t r z y m a ł o ś c i o w y c h stanowię rów no c ze śn ie kryteria oceny ich j a k o ­ ści. W p ra cy o m ó w io no ni ektóre z p o d s t aw ow yc h kryteriów oc en y n o w o ­ c ze sn y c h ma szyn w y t r z y m a ł o ś c i o w y c h z wi ę za ny ch z autoeatyzecję sy­

stemu o bc ię ż e n i a i rejestracji. j

1. W st ęp

P odstawę nauki o w y t r z y m a ł o ś c i m a t e r i a ł ó w sę badania doświadczalne ich w ł a s n o ś c i fizycznych, me c ha n i c z n y c h i strukturalno-chemicznych. T ak j ak w każdej nauce p r z y r o d n i c z e j , sę one i tutaj o st at e c z n y m kryterium s p r a w ­ d ze ni a sł us z n o ś c i tw i er dz eń i w y n i k ó w r ozważań teoretycznych. Od z n a j o m o ­ ści tych w ł as n o ś c i zależy racjonalne konst ru ow an i e. i wytwarzanie maszyn, k on st rukcji, urzędzeń, n arzędzi itp. oraz m o żl i w o ś ć o ce n y ich t r w a ło śc i i n ie za w o d n o ś c i w czasie eksploatacji.

Z g o d ni e z p o d z i ał em nauki o w y t r z y m a ł o ś c i m a t er ia łó w według p o s z c z e ­ g ó l n yc h p r z y p a d k ó w i ro d za jó w układu sił o b c i ę ża ję c yc h oraz uwz g lę dn ia j ęc w a r u n k i p racy w cz asie e k sp lo a ta cj i maszyn, ur zę dz eń i konstrukcji m a t e ­ r ia ły na te w y t w o r y poddaje się n as t ęp uj ęc y m ^ » o d s t a w o w y m badaniom w y t r z y ­ m a ł o ś c i o w y m :

- badania przy o b ci ęż e ni ac h statycznych, d y na mi c zn yc h oraz impulsowych, - badania na rozcięganie, ściskanie, ścinanie, skręcanie, zginanie i twar­

dość.

Każde z w y s z c z e g ó l n i o n y c h rod z aj ów badań można przeprowadzić:

- przy p oj ed y n c z o d z i a ł a j ę c y c h o bc ię ż e n i a c h (proste zagadnienie w y t r z y m a ­ łości) .

- prz y kilku d z i a ł a j ę c y c h r ó wn ocześnie o b c i ęż en ia c h (złożone z a g a d n i e n i a w y t r z y m ał oś c i) ,

i

100 T. Lanber, W. Chladek, M. Plaża

- w t e m p e r a t u r a c h o to cz e ni a, o b n i ż o n y c h lub podwyżs zo n yc h,

- pr z y s ta ły m lub z m i e n n y m polu t em pe r a t u r (zmęczenie cieplne) z u w z g l ę ­ d n i e n i e m ter mo s zo kó w,

- w ś r o d o w i s k u a t m o s f e r y otocze n ia , p ró żn i lub w ś ro do w i s k a c h korozyjnych.

P r z e d s t a w i o n e w a r u n k i b ad a ń można łęczy c w d o w o l n y s po só b c el e m s y m u ­ lacji o b c i ę ż e ń z a c h o d z ę c y c h na obiekcie, np. r ów no cz e sn a reolizecja z m i e n ­ nego pola s i ł o w e g o i t e m p e r a t u r o w e g o przy różnej ko mb in a c j i ich s p r z ę ż e ­ nia.

W b a d a n i a c h pr z y o b c i ę ż e n i a c h d y n a m i c z n y c h n a le ży w yo d rę b n i ć : - g r u p ę badań u d a r o w y c h (np. na udarność) oraz

- g ru pę b ad ań o b c i ę ż e ń w i e l o k r o t n i e p o w t a r z a n y c h (np. w y t r z y m a ł o ś ć z m ę ­ cz e niowa) .

W b a d a n i a c h na z m ę c z e n i e na sz c ze g ó l n ą uwagę z a s ł u gu j ę o b e c n ie bardzo r o z p o w s z e c h n i o n e b a d an i a w z a k r e s i e małej liczby c yk l i oraz w zak re si e o gr an i c z o n e j w y t r z y m a ł o ś c i na zmęczenie.

O e s z c z e do innej g r u p y b adań n a l e ż y z a l i c z y ć pr ób y p e ł za n ia w t e m p e r a ­ turze o t o c z e n i a i p o d wy żs zo n ej , w której to prób ie o b c i ą ż e n i e w chwili p o ­ c zą tkowej w z r a s t a p ow ol i do pewnej wa rt oś c i, a n a s t ę pn ie u t r z y m y w a n e Jest przez d ł u ż s z y czas. O d m i a n ę tej próby Jest próba relaksacji, w której u t r z y m u j e się stałe o d ks zt ał c en ie . O g ó l n i e sę to badan ia Teologiczne.

S z c z e g ó l n e m i e j s c e we w s p ó ł c z e s n y c h b ad an i ac h w y t r z y m a ł o ś c i o w y c h z a j ­ muję bad a ni a o d p o r n o ś c i na p ę k an ie oraz stateczności.

W y s z c z e g ó l n i o n e b a da ni a m oż n a p'rzeprowadzać na p r ó b ka ch p o b r a n y c h z o k r e ś l o n e g o m at er i a ł u , m o d e l a c h lub obiektach.

Z u p e ł n i e o d r ę b n y d z i a ł s t a n o wi ę pr ób y t ec hn o l o g i c z n e ma jęce na celu [i]

1) o k r e ś l e n i e p r z y d a t n o ś c i m a t e r i a ł ó w lub w y r o b ó w p od da w a n y c h takim p r o c e s o m t e c h n o l og ic zn y m. Jak: zużycie, ś ci eralność, tłoczność, kowalność, s p aw al no ś ć, s k r a w a l n o ś ć i t p . ,

2) z b a d a n i e z d o l n o ś c i do o d k s z t a ł c e ń p l a s t y c z n y c h m a t e r i a ł ó w u ż y w a ny ch w p o s ta ci taki ch w y robów. Jak: pręty, blachy, rury, dr ut y itp. w próbach p rz eg i n a n i a , skręca ni a , n a w i j a n i a itp.

S p o g l ę d a j ę c z p e r s p e k t y w y c za su na w s z y s t k i e badania laboratoryjne J e s z ­ cze o ko ło 70 lat temu, p o c z ą w s z y od p r ób y s ta t yc z n e g o rozciągania, można s tw ie r d z i ć , że d la ó w c z e s n e g o stanu t echniki w ł a s n o ś c i m e c h a n i c z n e b a d a ­ nego m at er i a ł u , a s z c z e g ó l n i e w y t r z y m a ł o ś ć na rozciąganie, o k r e ś l o n e na p o d s t a w i e tej próby, s t a n o w i ł y w y s t a r c z a j ą c e k r y t e ri u m o ce ny jakoś ci p r a ­ cy w y t w a r z a n y c h w ó w c z a s maszyn, u r z ą d z e ń i konstrukcji. P o wo ln y s p osób n a r a s t a n i a s i ł y i p r z e m i e s z c z e n i a przy pro st ym r oz c ią ga ni u ze zw a l a ł ró w­

ni e ż na s t o s o w a n l d w m a s z y n a c h w y t r z y m a ł o ś c i o w y c h p rz ew a żn ie d ź w i g n i o w y c h m e c h a n i z m ó w do r e j e s t r a c j i krzywej r o zc i ąg an ia pomim o o b a r c z e n i a ich d u ­ ż y m i masami, l uzami i tarc i em w przegubach.

Innym p r z y k ł a d e m z tego o kresu sę badania nad k ru ch o śc ią stali przez p omiar udarno śc i , z a p o c z ą t k o w a n y p rzez Charpy'ego. W ow y m c zasie o d p o r ­

Te n de nc je ro zwojowe badań doświadczalnych. 301

ność na kruche pęka n ie danej stali w zupełności o k r eś la ł p o z io m u d a r n o ś c i w tem pe ra t ur ze otoczenia. Dla potr ze b ówczesnych k o n s t r u k c j i m e t a l o w y c h ta u d a r n oś ć st an owiła również pewnę gwarancję jej o d p o r n o ś c i na kruc he pękanie. Z tego powodu nie było potrzeby zmiany tego pomiaru, aby go za­

stępie innym bardziej zbliżonym do właściwości danej konstrukcji [2], D o p i er o liczne r o zwięzania n o w oc ze s ny ch konstrukcji z z a s t o s o w a n i e m n ow y ch m a t e r i a ł ó w o podwyższonej wytrzymałości i po ja w i e n i e się w y p a d k ó w ich ni s zc ze ni a w c zasie e k s pl oa ta c ji zwróciło uwagę b a d a c z y na n i e c o d z i e n ­ ny problem, jakim jest zdo l no ść ma te ri a łu do kruchego pękania. W ł a ś c i w o ­ ści tej nie można m i e rz yć ani udarno ś ci ę uzyskanę w t e m p e r a t u r z e o t o c z e ­ nia ani w ł a s n o ś c i a m i m ec h an i c z n y m i uzyskan y mi z prostej próby ro zcięga- nia. W ł a s n o ś c i m a t e r i a ł ó w zm ieniaję się bowiem z t e m pe ra tu r ę, w y m i a r a m i próbki, rodzajem karbu, szybko ś ci ę odkształcania, c z ę s t o ś c i ę i ilościę o b c i ę ż e ń zmienn yc h, pod w p ł yw em siłowych i temperaturowych z m i e n n y c h pól, s tanu napręże ni a itp.

W zwięz ku z tym przy rozwięz y wa ni u nowoczesnych k o n s t r u k c j i w a r t o ś ć w y t r z y m a ł o ś c i na rozci ę ga ni e traci swe dawniej d ec yd u j ę c e znaczenie. Wsku­

tek z ło żo n o ś c i zjawisk w y s t ę p u j ę c y c h w wyszczególnionych w a r u n k a c h w c z a ­ sie e ks pl o a t a c j i lub badań strona eksperymentalna wytrzymałości jest o b e c ­ nie szeroko rozwinięta.

2.. T e n d e nc j e r oz wojowe badań d oś wi a dc za ln y ch

W os t at ni ch latach w badaniach doświadczalnych p o w s t a ł y nowe m o ż l i w o ­ ści d zięki o d k r y c io m fizyków, rozwojowi nowych t e ch n ol og ii i nowyc h m a t e ­ riałów, urz ęd ze ń e l e k t ro n ic zn yc h pozwalajęcych na bardziej p re cy z y j n e p o ­ miary, rejes t ra cj e dawniej ni e uc hw yt n yc h sygnałów oraz o b s e r w a c j ę nowych zjaw is k fizycz ny c h przy równ oc z es ny m wprzęgnięciu k o m p u t e r ó w do a n a l i z y i p rz et w a r z a n i a d a ny ch [V]. w zwi ęz k u z tym w badaniach d o ś w i a d c z a l n y c h o b ­ serw u je się dężn oś ć do w yk o rz y s t a n i a coraz większej l ic zb y z j aw is k fi­

z y c z ny c h i do u z ys ki wa n ia informacji o przebiegu procesów. Pr zy k ł a d e m m o ­ że być rozwój metod emisji akustycznej, emisji p r o m i e n i o w a n i a p o d c z e r w o ­ nego, det ek cj i e l e kt ro ma g ne ty cz n ej , rozpraszania światła pr zy p r z e c h o d z e ­ niu przez ośro dk i przezroczyste, metod elektrycznych, ra d ia c y j n y c h i in­

nych. Rozwój lase ró w spowo do w ał g w a ł t ow ny rozwój metod optycznych. P o w s t a ­ ły nowe mo ż li wo śc i badania pól sprzężonych, np. m a g n e t o e l a s t o o p t y k a czy n agn e to -h yd r o d y n a m i k a .

Duże z a p o t r z e b o w a n i a na badania o ś r o d k ó w anizotropowych, k o m p o z y t ó w u- k ładów z bio me c ha ni ki i innych p owoduje konieczność st os ow a ni a s p e c j a l ­ nych technik badawc zy c h i z ło ż on yc h technik analizy wyników. P o w o du je to

102 T. Lamber, W. Cbladek, M. Plaża

równ ie ż k o n i e c z n o ś ć d o s t o s o w a n i a z n an yc h już metod lub o pr ac o w a n i a nowych dla d a n e g o p ro b l e m u lub g r u p y problemów. Takie badania d o ś w i a d c z a l n e łą­

czę w sobie e l e m e n t y b adań po ds ta w ow yc h, p o zn aw c z y c h oraz b adań s t o s o w a ­ nych. S t w a r z aj ą m o ż l i w o ś c i do o b s e r w a c j i nowy ch z j aw i sk i procesów, p r o ­ w ad zą z at e m do two rz en i a nowyc h teorii, k on cepcji tworzenia nowy ch te c h­

n o l o g i i i materi ał ó w, c z ę s t o z góry z a p r o g n o z o w a n y c h w ł a s n o ś c i a c h czy też nowy ch k on s trukcji. W y n i k i b adań stan ow ią również po ds t aw ow e kryterium p o p r a w n o ś c i p od ję t y c h przez ko ns tr u k t o r a d e c y z j i i u p r a s z c z a j ą c y c h z a ł o ­ żeń.

W w i e l u d z i e d z i n a c h te chnika nie może c z ek ać na ro zw ią z a n i e t e o r e t y c z ­ ne. K o n s t r u k t o r z y nowy ch u r z ą dz e ń muszą w ó w cz a s p od ej m o w a ć swoje decyzje na p o d s t a w i e w y n i k ó w badań d o ś w i a d c z a l n y c h [V] , co u mo żl i w i a j ą im o d p o ­ w i e d n i e m a s z y n y w y t r z y m a ł o ś c i o w e w y p o s a ż o n e w u rz ądzenia, z e z w a l a j ą c e na p omiar w y s t ę p u j ą c y c h na o b i ek ci e z j a w i s k fizycznych. Na p rzykład wskutek braku roz w ią za ń te or et y c z n y c h j e d yn ie ns pod st a wi e badań d o ś w i ad cz a ln yc h k o n s t r u k t o r z y u w z g l ę d n i a j ą p r o c e s y zm ęc ze n ia k o n s t r u k c j i , m e c h a n i k i p ę k a ­ nia, p r o c e s y p ł y n ię ci a mater i ał u, zj aw i s k a falowe w konstr u kc ja ch , gdzie c z y n ni k i ci eplne, c h e m i c z n e i m ec ha n i c z n e ściśle się zazębiają. W związku z tym w o s t at ni m o k r e si e m a s z y n y i u r zą d ze ni a do badań w y t r z y m a ł o ś c i o w y c h uleg aj ą d u ż y m zmianom. Stało się to m o ż li w e dz ięki w p r z ę g n i ę c i u w y s z c z e ­ g ó l n i a n y c h u p r z e dn io n o wy c h zjawi s k fizyczn y ch do b u do wy i w y p o s a ż e n i a m as zy n w y t r z y m a ł o ś c i o w y c h w o d p o w i e d n i e u rz ądzenia, co um oż li w ia o b s e r w a ­ cję i r e j e s t r a c j ę p rz e b i e g u p r o c e s ó w f izycznych i me ch anicznych. Istnieje c a ł y szereg z j aw is k fizycz n yc h z w i ą z a n y c h z pr oc es a mi z a c h o d z ą c y m i w c i a ­ łach stałych, które przy z a s t o s o w a n i u no wo c z e s n y c h u rządzeń do m a s zy n w y ­ t r z y m a ł o ś c i o w y c h mogą służyć jako pods t aw a rozwoju no wych metod ba da w ­ czych. N a l e ż y prz y tym mieć na uw adze fakt, że nie dla w s z y s t k i c h n o w o ­ c z e s ny ch metod ba d aw c z y c h ko ni e cz ne są nadzwyczaj k o sztowne u rz ąd ze n ia z w y p o s a ż e n i e m najnowszej generacji.

P r z y k ł a d o w o badania m e c h a n i k i kru ch eg o pękania mogą być z powo dz e ni em p rz ep r o w a d z a n e na u r z ą d z e n i a c h p o w s z e c h n i e S to so w a n y c h do prób w y t r z y m a ­ ł oś ci o w y c h p r z y u ż yc iu d o d a t k o w e g o osprzętu, nie w y m a g a j ą c e g o d u ży ch n a ­ k ładów finansowych.

3. C z y n ni ki c h a r a k t e r y z u j ą c e no wo c z e s n e m a s z yn y w y t r z y m a ł o ś c i o w e

W n o w o c z e s n y c h m a s z y n a c h w y t r z y m a ł o ś c i o w y c h sygn ał y po m ia ro we są u ż y ­ wa n e nie tylko do o k r e ś l e n i a c h a r a k t e r y s t y k m a t e r i a ł ó w cz y konstrukcji, lecz także do s te r ow an ia p r z e b i e g i e m próby, np. przez ciągł ą regulację p r ę d k oś ci o b ci ąż e n i a lub od ks zt a ł c e n i a zgodnie z z a ł o ż o ny m przeb ie g ie m z mi an jednej z w i e l k o ś c i mierzonych. W mas zy na c h s ta r szego typu brak jest sp r zę ż e n i a z w r ó t n e g o p o m i ęd zy w i e l k o ś c i ą za daną a mierzoną, w zwią zk u z tym u n o w o c z e ś n i e n i e tych m as zy n poleg a przede w s z y s t k i m na wp r ow a d z e n i u

Ten dencje rozwojowe badań doświadczalnych. 103

el e kt ry cz n eg o pomiaru m i e rz on yc h wielkości. 0 ile jedna k u n ow oc ze ś ni en ie maszyn w yt r zy m a ł o ś c i o w y c h służących do prób stat yc zn y ch jest stosunkowo ł8twe do zrealizowania, to unowocześnienie maszy n do badań zm ę cz en io w yc h napotyka na ca ł y szereg trudności wynikających z z as a dn i c z y c h zmian z a ­ chodzą cy ch w m etodyce badawczej.

Do niedawna do badań zmęczeniowych s t o s ow a no przewa ż ni e maszyny rezo­

nansowe, w których charakt er y st yk a cyklu w ukł a dz ie 6-fc była pr o st o l i ­ niowa. M a s z y n y te stale udoskonalane p r o d u k o w a n e są i s t osowane w wielu laboratoriach, -lecz pomimo ich ekonomiczności i n ow oc z e s n o ś c i są coraz bardziej w yp ierane przez m a s zy ny s e r wo hy d ra ul ic z ne , p o zw al a j ą c e p r z e pr o­

w ad za ć badania zmęcz en io w e w zakresie małej liczb y cykli. B a d an ia takie ze wzglę du na rz eczywisty charakter zniszczenia, które p op r ze dz on e są p o ­ w st aw a n i e m stref o dk sz ta ł ce ń plastycznych oraz od da ją c e lepiej warun ki pracy materiału w zm i ennych polach temperatur, z do b y w a j ą w ciągu o s t a t ­ nich dz ie s ię ci u lat coraz większe znaczenie. Badania w zak re si e małej liczby cykli pr ow a dz im y w chodząc w zakres pl as ty c z n y c h od ks zt a ł c e ń m a t e ­ riału. Ch ar a kt er ys t yk ą cyklu w układzie jest w ó w c z a s pętla histere- zy.

Rys. 1. Ilustracja zjawiska cy k li c z n e g o a) umocnienia, b) osłabienia

Analiz uj ą c rzeczywistą charakterystykę pracy mat er ia ł u po wstałą w w y ­ niku obciążeń .zmiennych losowo możemy w y o d r ę b n i ć zjawiska C4 > 53 :

104 T. Lamber, W. Chladek, M. Plażo

- hi s te r e z y

- c y k l i c z n e g o um oc ni e n i a (rys. la) - c y k l i c z n e g o os ła b ie ni a (rys. Ib) - c y kl ic z n e g o pełz a ni a (rys. 2).

Re a li z a c j a p o sz cz e g ó l n y c h typów badań wy maga s pe łn ie n ia określonych w a ­ runków, n ą . badania c yk l ic z n e g o o s ła b ie ni a bądź u m oc ni e ni a materiału p r z e ­ prowad za ne są przy stałej am pl it u d z i e o dk sz ta ł ce ń c ał ko w i t y c h bądź p l a ­ stycznych, a badania c y k l i c z n e g o pe łz a ni a - przy stałej amplit ud zi e ob­

ciążenia.

Podczas badań pr ze p r o w a d z a n y c h pr zy stałej a mp li t ud zi e odkształ ce ni a po pewnej liczbie c ykli mat er ia ł staje się c yk li c z n i e stabilny. Naprężenia o d p o w i a d a j ą c e temu stanowi, naz y wa ne n ap rę ż e n i e m nasycenia, u zyskane dla różnych w a r t oś ci o d ks zt ał c eń u mo żl iw i aj ą z b ud ow a n i e w y kr e su z w an eg o c y k ­ liczną krzywą odkształcenia.

W sp ół c z e ś n i e w y kr es ten s t o s o w an y jest c oraz częściej do o ceny w ł a s n o ­ ści m at er ia ł u p ra c uj ą c e g o w w a r u n k a c h o b c ią że ń cyklic zn i e zmiennych. M o ż ­ na go równi eż u z y s ka ć m etodą upr os z cz on ą, zwaną próbą w z ro st u s t o p n i o w e ­ go. Bada ni a p rz ep r o w a d z a m y w ó w c z a s na próbce, która os ią g nę ła stan n a s y ­ cenia, z m ie ni a ją c a m p l i tu d ę o d k s z t ał ce ni a od w a r t o ś c i m a k s y m a l n y c h do z e ­ ra i odwrotnie, prz y za ch o w a n i u stałej pr ęd ko ś ci odkształcenia.

Z e s p ó ł

Rys. 3. Schemat blok ow y systemu s er wo hy d ra u l i c z n e g o wra z z ukła d em z a b e z p i e c z a j ą c y m i re je st r u j ą c y m

Tendencjerozwojowe badańdoświadczalnych...105.

106 T. Lamber, W. Chladek, M. Plaża

R ealizacja tego typu badań wymaga maszyn, których schemat b l o k ow y przed­

stawia rysunek 3.

Zgodnie ze schematem, ob ci ą że ni e badanej próbki r e alizowane jest p o ­ przez prz es uw y siłownika hydraulicznego. Ruch siłownika st erowany Jest s e r w o z a w o r e m , regu lu ją cy m p r z e pł yw oleju z a gregatu h y d r a u l i c z n e g o w z a ­ leżności od zadanej z pro gr a ma to ra funkcji zmian wart oś c i przyjętej jako sterującą. Uzyski wa ne s y g n ał y o d po wi ed z i podawane są do obwodu z a m k n i ę t e ­ go, w którym we w zm ac n i a c z u steru ję cy m s e r wo za w or em porów n yw an e sę z syg­

na ł em zadanym. W y c h o d z ą c y ze w z m ac n ia cz a sygnał s k o ry g ow an y jest w taki sposób, aby d o p r o w a d z i ć różnicę p o m i ę d z y s y gnałami w e j śc i a i wyjś ci a do zera.

W układzie rejestracji możemy zapisywać zmiany wszystkich interesują­

cych nas wartości. Układ r ej estracji w s p ó ł p r a c u j e z o g r a n i cz ni ka m i z a k r e ­ su i systemem z ab ez p i e c z a j ą c y m przed p rz ek r o c z e n i e m do pu sz c z a l n y c h w a r t o ­ ści g r an i cz ny ch pomiaru.

3.1. Pomiar odk sz ta ł ce ni a

W celu określ en i a wł a sn o ś c i materiałów, w d o w o l n y c h w a r u n ka ch (pól si­

łowych, t er micznych itp.) muszą być mie rz o ne o dk sz t a ł c e n i e badanego m a t e ­ riału oraz wielko śc i, które je wywołuję.

Rys. 4. P r z e m ie sz cz e ni e szczęk oraz peł za n ie m at er i a ł u próbki w szczękach

Tendencje rozwojowe badań doświadczalnych. 107

Deformacje mogę być wyznaczane pośrednio lub b e z p oś re dn i o za pomocą cz u jn ik ów za kładanych na próbkę. Możliwość stosow a ni a c z u j n ik ów będących w wypos aż en iu każdej nowoczesnej maszyny z ależy od kształtu i w y m i ar ó w geomet ry cz n yc h próbki oraz wyma ga ń odnośnie do w a r u n k ó w otoczenia. Tak więc czasem mimo dużej d o kł a dn oś ci czujniki nie zawsze mogę być użyte i wówc za s na do kł ad n oś ć pomiaru wpływa s posób m o c o wa n ia próbki i sztywność maszyny.

Najczęściej spotykanym r o z w i ąz an ie m szczęk i naj ­ prostszym w użyciu są u c hw yt y samozaciskowe. Powoduję one Jednak powstanie n a j w i ę k s z y c h bł ędów przy p o ś r e ­ dnim pomiarze wydłużenia próbki, w y n i k a j ę c y c h z pe ł­

zania materiału w szc zę ka c h [7. 8 ] oraz p r z e m i e s z c z a ­ nia się szczęk (rys. 4).

Dokład no ść maszyny m o ż e m y więc z wi ęk s zy ć stosujęc próbki gwintowane lub u c hw yt y pierścieniowe. W n o w o ­ c zesnych maszynach stosuje się szczęki hydrauliczne, które można podzielić na dwie grupy: - d zi ał a ję ce na z asadzie klina (MTS) - rys. 5 - oraz z u ch wytami z a ­ cisk aj ą cy mi równolegle £1 0, ll] (Śchenck) rys. 6 oraz (MFL) - rys. 7.

Najdokładniejsze w y n ik i u zy sk u j e m y przy stosowaniu szczęk zaciskanych równolegle. Przykładowo, p o r ó w n u ­ jąc w y k r e s y uzyskane przy po śr e dn im pomiarze o d k s z t a ł ­ ceń dla szczęk samozaciskowych £s] i z ac is k a n y c h r ów­

nolegle (rys. 8) widać. Ze ten o s ta t ni jest bardzo zbli ż on y do wykresu z p o m i ar e m b e z p oś re d ni m def or m a- Rys, 5. Uchwyt

s zc zękowy kl i no ­ wy z a c i sk a ny hy-

d raulicznie

Rys. 6. Uchwyt sz cz ę ko wy zaciskany równolegle, hydraulicznie, systemu Schenck

108 T. Lamber, W. Chladek, M. Plaża

Rys. 7. Uchwyt s z c z ęk o wy z a c i s k a n y równolegle, hy dr au l ic zn ie , systemu MFL

n y d Z u ż e n ii & L , p rze m ie szcze n ie b e C k i St

Rys. 8. W y k r e s y siły w funkcji w y d ł u ż e n i a w z al e żn o ś c i od rodzaju u c h w y ­ tów

cji. I s t o tn y w p ł y w na wyni k i będzie miało o d k s z t a ł c e n i e p o pr ze cz k i i ko­

lumn m a s z yn y [7] (rys. 9). Tak więc widać, że no w oc z e s n e m a sz y ny powinny się c h a r a k t e r y z o w a ć dużę sztywności?.

B łę dy w y ni kł e w s ku te k po śr e d n i e g o pomi a ru o d k s z t a ł c e ń mogę być w y e l i ­ mino wa n e przez s to s ow an ie c z u j n i k ó w (czujniki wychył ow e, zegarowe, induk- cyjne, e le kt r o o p o r o w e i t p . ) pod w ar u nk ie m, że próbka z am oc o wa na jest w osi d z i a ł a n i a siły.

Tend en cje rozwojowe badań doświadczalnych. 109

1--- — ... tf__________________

/ P

r i *

¿O

u u i L -

\

1

— 1 l0*a l E+Al-E ^d

1

• / - J

S r

Rys. 9. Schemat o d k s z t a ł c e ń zestawu p o m i a r o w e g o podc z as badań na rozcię- ganie. Lewa część rysunku bez o b c i ęż en ia . prawa z o bc ią ż e n i e m

3.2. Pomiar siły w maszynach w y t r z y m a ł o ś c i o w y c h

Pomiar siły we w sz y st ki ch s po tykanych p r z y p a d k a c h odbywa się d rogę po­

średnią poprzez pomiar przemieszczeń, w c z u j n i k a c h k u m u l u j ą c y c h energię, a do kł a d n o ś ć pom i ar u z al eż y głównie od ich bezwładności. Nowoczesność czuj­

ników polega na zm ni e jszeniu ich b e z w ł a d n o ś c i or az m o ż l i w o ś c i z a m i a n y w i e l k o ś c i m ec ha n i c z n y c h na wielkości elek tr yc z ne , łatwe do d o k ł a d n e g o p o ­ miaru i rejestracji. O p ró cz tego p o s i a d a j ą one równ ie ż małe stałe c z a s o ­ we.

M a s z y n y w y t r z y m a ł o ś c i o w e starszego typu, p o s i a d a j ą c e w a h a d ł o w y układ pomiaru siły, mogą powodować prz en ie s ie ni e dr g ań w ł a s n y c h wahadła na p r ó b ­ kę i wpły w ać na zniekształcenie w a r u n k ó w p o m ia ru (rys. 10). W p r zy padku p rzekroc ze n ia g r a ni c y plastyczności z a k ł ó c e n i a takie są n ie u ni k n i o n e [9].

Podobne błędy o tr zy m uj em y przy s t o s o w a n i u dynamoraetrów sprężynowych.

Błędy d y n a m i c z n e są eliminowane w n o w o c z e s n y c h m a s z yn ac h poprzez sto­

sowanie głowic z c zu jn i k a m i e l ek tromechanicznymi. Ten typ pr ze t w o r n i k ó w s tanowi układ sprężyn, mas 1 tłumika, w kt órym u g i ę c i e spr ęż yn y jest p r z e ­ twarzane przez na kl ej a ne tensometry o p o r o w e na w pr os t p r o p o r c j o n a l n y n a ­ pięciowy sygnał elektryczny. C a łk owity błąd pomi ar u w tych p r ze tw o r n i k a c h wynosi — 1 % .

S chemat g ł ow ic y pomiarowej [10] - PM-R (schenck) , dzia ła j ąc ej na z a s a ­ dz i e pierś c ie ni a skrętnego, p r zedstawiono na rys. 11. C z u j ni k ten c h a r a k ­ teryzuje się wyso ką trwałością pr zy o b c i ą ż e n i a c h do — 6 0 % nominalnej war-

110 T. Lamber, W. C h l a d e k , M. Plaża

Vt = 1 0 V r - 6 0 m m/ m i n

R y s . 10 . W p ł y w c z ę s t o t l i w o ś c i d r g a ń w ł a s n y c h u k ł a d u p o m i a r u s i ł y n a c h a ­ r a k t e r y s t y k ę s i ł a - w y d ł u ż e n i e , w y n i k a i ę c y z e z b y t d u ż e j p r ę d k o ś c i o b c i ę z a -

n i a ( p r z e s u w u b e l k i ) V^. - p r ę d k o ś ć b e l k i

Rys.

1 1

I

t o ś c i s i ł y z c a ł k o w i t y m b ł ę d e m p o m i a r u i 0 , 0 2 % ( u w z g l ę d n i a j ą c b ł ą d l i n i o ­ w o ś c i , h i s t e r e z ę , p o w t a r z a l n o ś ć w s k a z a ń , r ó ż n i c ę w s k a z a ń p r z y r o z c i ą g a n i u

i ś c i s k a n i u ) .

T e n n i e z n a c z n y b ł ą d oraz n i s k i p o z i o m s z u m ó w p o z w a l a d o k o n y w a ć p o m i a ­ r ó w s i ł o w a r t o ś c i a c h z a r ó w n o m a ł y c h , 'jak i d u ż y c h , s t ą d n i e z a c h o d z i k o ­ n i e c z n o ś ć w y m i a n y c z u j n i k a w c z a s i e e k s p l o a t a c j i m a s z y n y .

Z a k ł ó c e n i a p r z y d y n a m i c z n y c h p o m i a r a c h s i ł t e g o t y p u g ł o w i c a m i w y n i k a ­ j ą z c z ę s t o t l i w o ś c i d r g a ń w ł a s n y c h u k ł a d u . C z ę s t o t l i w o ś ć t a z a l e ż y m i ę d z y i n n y m i od m a s y u c h w y t u p r ó b e k , d l a t e g o w b a d a n i a c h s z y b k o z m i e n n y c h n a l e ż y u n i k a ć s t o s o w a n i a s z c z ę k o d u ż y c h m a s a c h .

Tend en cje rozwojowe badań d o ś w i a d c z a l n y c h . .. Ili

4. M e t o d y k a o c e n y j a k o ś ci z a u t o m a t y z o w a n y c h s y s t e m ó w b a d a ń w ł a s n o ś c i m a ­ t e r i a ł ó w i e l e m e n t ó w k o n s t r u k c j i

Z p o w o d u r ó ż n o r o d n o ś c i p r o d u k o w a n y c h p r z e z p o s z c z e g ó l n e f i r m y z a u t o m a ­ t y z o w a n y c h s y s t e m ó w d o badań w ł a s n o ś c i m a t e r i a ł ó w i k o n s t r u k c j i z a c h o d z i k o n i e c z n o ś ć u n i f i k a c j i m e t o d y k o c e n y i c h j a k o ś c i . ZJednę z m e t o d y k t a k i e j o c e n y j e s t k l a s y f i k a c j a s y s t e m ó w z u w a g i n a r o d z a j w i e l k o ś c i " w e j ś c i o w y c h "

s t a n o w i ą c y c h m e c h a n i c z n e i f i z y c z n e o b c i ę ż e n i a o r a z z e w z g l ę d u n a c h a r a k ­ t e r w i e l k o ś c i " w y j ś c i o w y c h " , s t a n o w i ę c y c h i n f o r m a c j ę w p o s t a c i p o m i a r ó w , j a k i e m o g ę b y ć r e a l i z o w a n e w d a n y m s y s t e m i e . P r z y j m u j e s i ę , ż e t a k p o ­ s z c z e g ó l n e e l e m e n t y , j a k i c a ł y s y s t e m m o ż n a s c h a r a k t e r y z o w a ć t r z e m a n i e ­ z a l e ż n y m i p a r a m e t r a m i ( k r y t e r i a m i ) :

- d o k ł a d n o ś c i ? p o m i a r u i r e g u l a c j i w e j ś c i o w y c h i b a d a n y c h p r z e b i e g ó w , - s t o p n i e m a u t o m a t y z a c j i b a d a ń ,

- p o z i o m e m m a t e m a t y c z n e g o u j ę c i a e k s p e r y m e n t u .

Z a l e ż n o ś ć o c e n y s y s t e m u o d w y s z c z e g ó l n i o n y c h k r y t e r i ó w p r z e d s t a w i o n o z a p o m o c ą g r a f u n a r y s u n k u 12. W i e r z c h o ł k i g r a f u o k r e ś l a j ą :

c - o c e n ę j a k o ś c i c a ł e g o s y s t e m u

m, m - i l o ś ć o c e n i a n y c h r e g u l o w a n y c h i m i e r z o n y c h w i e l k o ś c i oę. jX - o c e n ę d o k ł a d n o ś c i r e g u l a c j i i p o m i a r u

(2), i? - o c e n ę s t o p n i a a u t o m a t y z a c j i u k ł a d ó w p o m i a r o w y c h i r e g u l u j ą c y c h jj-, $ - o c e n ę p o z i o m u m a t e m a t y c z n e g o o p r a c o w a n i a w u k ł a d a c h p o m i a r o w y c h

i w i n f o r m a c j i .

Z a k ł a d a j ą c n i e z a l e ż n o ś ć o c e n j a k o ś c i p o s z c z e g ó l n y c h e l e m e n t ó w m o ż n a j e p r z e d s t a w i ć w p o s t a c i o r t o g o n a l n y c h w e k t o r ó w , z k t ó r y c h k a ż d y c z y n i z a ­ d o ś ć a k s j o m a t o m a l g e b r y w e k t o r ó w . W ó w c z a s o c e n ę j a k o ś c i b a d a n e g o s y s t e m u m o ż n a p r z e d s t a w i ć w p o s t a c i :

n i--- 1 m

' V i L2 a.2 j-2 -!2 t 2 - 2 c2 t

( 2 ^ i +

+ * i} +

ł + V

*- i = lf j = l

1/2

112 T. Lamber, W. Chlade k , M. Plaza

Rys. 12. Graf w z a j e m n y c h z w i ą z k ó w k r y t e ri ów oceny jakoś ci s y s t e m ó w do ba­

d ań w ł a s n o ś c i m a t e r i a ł ó w i e l e m e n t ó w k o n st ru kc j i

Przyj muj ęc w a r t o ś c i l iczbowe dla w y s z c z e g ó l n i o n y c h w tym r ó wnaniu s k ł a d ­ n ik ów z g o dn i e ze w s k a z ó w k a m i w p racy [l2] , można uzy sk a ć oc en ę jako ś ci dla o k r e ś l o n y c h z a u t o m a t y z o w a n y c h systemów.

P r z e d s t a w i o n a met o dy ka o ce ny jak o śc i z e z wa la na uw yp u k l e n i e wad i z a ­ let i s t n i e j ą c y c h systemów. P r z y k ł a d o w o w pr a cy [l2] w yk azano, że system M T S , w y r ó ż n i a j ą c y się du ż ym sto pn ie m a u t o m a t y z a c j i i sze r ok im zakresem m o ­ ż l i w o ś c i r ó ż n o r o d n y c h badań, pod w z g l ę d e m d o k ł a d n o ś c i regulacji i p o m i a ­ rów u s t ęp u je nieco sys te mo m firmy "INSTRON".

L I T E R A T U R A

fi] K U R O W SK I R . , B R ZO S KA Z . : Bada ni a w y t r z y m a ł o ś c i o w e metali. - M e c h a n i k - P o r a dn i k T e c h n i c z n y t. II, z. 2 Instytut W y d a w n i c z y SIMP, War sz a wa 1949.

[2] L A G A S S E P.E.: M e s u r e de la Fr ag il it é des a ciers par les essais de fle­

x io n dynam iq ue . Re vu e de la Soud ur e Nr 2, 1961.

[33 S T O P N I C K I 0.: Raport o stanie m e c h a ni ki do św i ad cz al n ej . Referat na Z e b r a n i u P l e n a r n y m Ko mi t et u M e c h a n i k i PAN w d n i u 16.11.1978.

[4] K O C A Ń D A S . : Z m ę c z e n i o w e ni sz c z e n i e metali. NT, W a r s z a w a 1978.

[5] W E T Z E L R.M. , L A N D G R A F R.W. , R I C H A R D S F.D. : Cycli c plas ti c d e f o r m a t i o n of metals. M T S Clos ed Loop. The mag az in e of m e c h a n i c a l testing. Min- neapolis, M i n n e s o t a 1971.

G R E E S W .D .: Z a s t o s o w a n i e s e r w o h y d r a u l i c z n y c h u r z ąd z eń b ad aw cz y ch s t e ­ r o w a ny c h za pomoc ą ko mp ut er a do złożon yc h, w d r o ż e n i o w y c h badań z e s p o ­ łów. W y d a w n i c t w o firmy Instron, 1977.

£7] D R I P K E M. : M e t o d y i ur z ąd z e n i a do pomia ru de formacji. P r z e zn ac ze n ie oraz z a s t o s o w a n i e m a sz y n w y t r z y m a ł o ś c i o w y c h firmy Zwick. S ympozjum, W a r s z a w a 1977.

Te nd e n cj e rozwojowe badań doświadczalnych. 113

[8] D R I P K E M. : R e g u l o w a n e m a sz yn y b adawcze o napędzie śrubowym. S y m p o ­ zjum, W a r s z a w a 1977.

[9j D R I P K E M. : Pr zy c zy na i w p ł y w d y n a m i c z n y c h błędów pomi ar u w p o m i ar ac h sił i d ef ormacji. Sympozjum, W a r s za wa 1977.

[10] OA COBY G. : P r ü f m a s c h i n e n für Vers uc he mit zügiger und s c h l a g a r t i g e r Be a nspruchung. W y d a w n i c t w o firmy Carl Schenck AG. Darmstadt.

[11] S P I E S P . A . : A u t o m a t i s i e r u n g v on Serienzugversuchen in d e r S t a h l a b ­ nahme. Ver su ch s und Forsch un gs - In ge nieur Nr 2/1977.

[12] G R I S Z K O W.G. , A L E K S I U K M.M., M I E L E O T I E V A W.8. : M i e t o d y k a o c i e n k i ka- czes tw a a w t o m a t i z i r o w a n y c h sistiem issliedovanija m i e c h a n i c z e s k i c h s w o i st w m a t e r i a ł ó w i e l e m e nt ó w konstrukcji. Probliemy P r o c z n o s t i 1978, Nr 2.

TBHJIBHiptH PA3BHTHH 3KCHEPKMEHTAJIbHiIX HCCJIE^OBAHHit nPOHSBOJUMUX HA COBPEHEHHHX UADIHHAX AJIfl HCIIHTAHHfl IJPOHHOCTH

P e 3 d m e

B c x a i b e p a c c u a T p a B a u T c a T p e O o B a s a x saxae n p e x i x B J U u o i G * k c o B p e m e H B u n aa- m H H a u a-hjs a c n u T a B a a n p o i a o c T a , K o i o p u e o j H O B p e u e H K o o o c r a B x m T K p a r e p a * o p e a - k h a x x a a e c T B a . n p a B o j a i c a B 9 K O T o p n e o c a o B a u e K p i T e p a a o p e a a a c o B p e a e H H M X u a a a a t i n a c n u x a a a a n p o a a o c T a C B a a a H H u e c a B i o u a T i a a p a e l t c a c T e m i B a r p y s a a a p e r y x a p o B a a a e a .

T R E N D S IN S C I E N T I F I C RES EA RC H DON E W I T H THE APPLICATION O F U P T O D A T E T E ST I NG M A C H I N E S

S u m m a r y

The R e q u i r e m e n t s towards the system of uptodate test in g m a c h i n e s are at the same time cr iteria for their quality. The paper d i s c u s s e s some of the basic c ri te r i a for evalua t in g u p todate testing m a c h i n e s that refer to the a u t o m a t i z a t i o n of d u t y and r eg is tration systems.