Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Další využití tenzometrie Měření vnitřního pnutí © doc. Ing. Zdeněk Folta, Ph.D. Poslední úprava

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Měření vnitřního pnutí I když na součást nebo konstrukci nepůsobí vnější zatížení, existuje v něm prakticky vždy jistá hodnota tzv. vnitřních pnutí:  pnutí I. druhu – makroskopická  pnutí II. druhu – mikroskopická  pnutí III. druhu - submikroskopická Vnitřní pnutí, která zůstávají trvale ve výrobku, nazýváme zbytková (reziduální) pnutí a jejich působení se může sčítat s napětími od zatěžujících účinků.

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Vnitřní pnutí I. Druhu – makroskopická - je možno, s určitými zjednodušením, zjišťovat pomocí tenzometrie. Zjednodušením jsou zde předpoklady: - rovinný stav homogenní napjatosti, tedy složka napětí kolmá k povrchu je rovna nule, - změna napětí po tloušťce součásti je zanedbatelná. Měří se změna (uvolnění) napjatosti po odvrtání otvoru na předmětu s vnitřním pnutím. Neznáme ovšem jeho směr!

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Teorie - napjatost v obecném bodu povrchu Na povrchu tělesa působí obecná zbytková napjatost v určitém bodě A tedy je možno vypočíst smykovou, radiální a tangenciální složku A 0 (Teorie - napjatost v obecném bodu povrchu)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Napjatost v obecném bodu povrchu po odvrtání... původní stav napjatosti... změna napjatosti... výsledný stav po odvrtání otvoru „Radiální směr“ je v následujícím míněn směr od středu otvoru k vinutí tenzometru, tangenciální je k němu kolmý. 0 (Teorie - napjatost v obecném bodu povrchu)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Napjatost v obecném bodu povrchu po odvrtání Řešení toho problému provedl G. Kirsh: (Teorie - napjatost v obecném bodu povrchu)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Změna napětí v obecném bodu povrchu po odvrtání My ovšem můžeme měřit pouze radiální a tangenciální poměrná prodloužení: Řešení toho problému provedl G. Kirsh: (Teorie - napjatost v obecném bodu povrchu)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Změna tangenciálního poměrného prodloužení Se vzdáleností od odvoru tangenciální složka rychle klesá, takže naměřené poměrné prodloužení by bylo velmi závislé na přesné poloze tenzometru. (Teorie - napjatost v obecném bodu povrchu)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Změna radiálního poměrného prodloužení Se vzdáleností od odvoru klesá radiální složka pomaleji. (Teorie - napjatost v obecném bodu povrchu)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Změna radiálního napětí v bodě Poměrné prodloužení v místě vinutí tenzometru se mění se vzdáleností r 1... r 2 od středu otvoru, takže poměrné prodloužení měřené tenzometrem: kde (Teorie - napjatost v obecném bodu povrchu)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Vyráběné růžice s vyznačeným středem vrtání.

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí

Vyráběné růžice s vyznačeným středem vrtání. Měříme tři poměrné deformace  1...  3 ve známých směrech (např. pro růžici 45º): (Teorie - napjatost v obecném bodu povrchu)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Měření poměrného prodloužení Pokud označíme: můžeme výše uvedené vztahy zapsat: (Teorie - napjatost v obecném bodu povrchu)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Měření poměrného prodloužení Pomocí stejných postupů, jako u měření rovinné napjatosti určíme konstanty: a velikosti a polohu hlavních napětí (Teorie - napjatost v obecném bodu povrchu)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Upravená metoda otvoru vycházely z teoretických úvah a byly ovlivněny jak rozměrovými, tak materiálovými parametry. Konstanty A M a B M ve vztahu pro změnu radiálního poměrného prodloužení (Upravená metoda otvoru)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Uvedené konstanty A M a B M je možno získat i experimentálně. Budeme nadále předpokládat, že měřené těleso má homogenní rovinnou napjatost, která se nemění do určité hloubky pod povrchem. Hledáme konstanty A a B ve vztahu: (Upravená metoda otvoru)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Při cejchování používáme vzorek, který je namáhán známou napjatostí . Používáme takové namáhání, u něhož známe směry hlavních napětí. Pro tahové namáhání platí: takže pro směr  = 0 platí: (Upravená metoda otvoru)

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí

Odstranění vlivu zbytkového pnutí ve vzorku při zjišťování konstant A a B Velikost poměrného prodloužení pouze z napětí od zatížení vzorku:    R  T... po odvrtání  R... od reziduálního pnutí ... od vneseného zatížení Zatížení Odvrtání Odlehčení

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí Vliv hloubky otvoru V případě nakupovaných tenzometrů (HBM – str. 29), které jsou určeny pro vrtání otvorů průměru 1,5 a 2 mm, je tedy minimální hloubka vrtání cca Z = 3 mm, což pro většinu praktických aplikací postačí, u tenkostěnných je nutno vrtat průchozí otvor a provádět cejchování na vzorcích stejné tloušťky.

Experimentální metody oboru – Pokročilá tenzometrie – Měření vnitřního pnutí

Speciální konstrukce snímače RY61M patentovaná firmou HMB. Je použita růžice, přičemž protilehlé jsou elektricky propojeny. Výsledkem je snížení chyby měření způsobené excentrickým vyvrtáním díry až 5 x.