книги / Механика материалов. Методы и средства экспериментальных исследований

полный контроль над формой волны, методом управления испытанием, сбором данных и процессом испытания. Программное обеспечение позволяет управлять скоростью опроса данных в процессе испытания, позволяя увеличить точность требуемых результатов, при этомминимизировать размерфайлавыборки.

При создании метода испытания в программном обеспечении WaveMatrix необходимо учитывать следующие параметры: ресурсы аппаратного обеспечения, требуемые для управления испытанием; информацию об испытательном цикле и последовательности испытания; настройки сбора данных результатов; особенности реакции каждого устройствапризавершении испытания.

Окно создания метода испытания представлено на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Общий вид окна метода испытания программного обеспечения WaveMatrix

111

К ресурсам аппаратного обеспечения в методе испытания WaveMatrix относят особенности устройств, датчиков, ресурсов

иканалов, необходимых для управления испытанием. Программное обеспечение WaveMatrix в процессе эксперимента позволяет работать с несколькими осями нагружения (растяжение, кручение, внутреннее давление), а также управлять контроллерами дополнительных устройств для осуществления режимов термомеханического воздействия. Количество подсоединяемых датчиков ограничено интерфейсом контроллера испытательной системы.

Используемые в программе каналы делятся на следящие

иканалы пиков и трендов. В свою очередь следящие каналы делятся на исходные и производные. Информация для исходных каналов поступает с датчиков (например, в канал «Положение»

с датчика перемещения актуатора испытательной системы, в канал «Нагрузка» с датчика нагрузки, в канал «Угол» с датчика поворота), а для производных путем преобразования информации сдатчиков (например, канал «Напряжение», «Деформация»).

Каналы пиков и трендов для каждого следящего канала, включенного в метод испытания, бывают стандартными («Максимум», «Минимум», «Амплитуда», «Среднее по пикам») и дополнительными, которые становятся доступными вместе с вычислениями (например, при вычислении «Динамический механический анализ» становится доступен канал «Угол потерь», канал «Динамический модуль»).

В настройки сбора и обработки данных программного обеспеченияWaveMatrix входят такиепараметры, как:

–скорость сбора данных и настройки фильтров, которые определяют, как исходные данные регистрируются от аппаратного обеспечения в процессе испытания;

–разделение исходных данных на синхронизированные

циклы;

–уменьшение объема исходных данных путем исключения векторов (строк точек данных), в которых не происходит значимого изменения значений;

–сохранение отслеживаемых данных в файл;

112

–сохранение данных о пиках и трендах в файл;

–мониторинг пиков и трендов в циклах и выполнение действий, заданных пользователем при значительном изменении пиков или трендов.

В WaveMatrix действия по обработке результатов испытаний выполняются на каждом шаге или петле, допуская параллельное, «вложенное» сохранение данных. Все шаги и петли, определенные в последовательности испытаний, имеют соответствующий процессор данных, ответственный за выполнение всех действий по их обработке.

Опция «Вычисления» программного обеспечения WaveMatrix дает возможность настраивать и выполнять различные расчеты как часть испытания, например, динамический механический анализ, вычисления энергии, упругойдеформации.

Вычисления добавляются в методику выполнения испытания как следящие каналы, содержащие непрерывные данные, либо как каналы пиков и трендов, включающие одно значение данных за цикл, и позволяют сохранять вычисления в файле результатов, а также выводить результаты вычислений в виде графиков.

В графической конфигурации поля испытания могут быть отображены одновременно поле индикатора прогресса испытания, поле текущего состояния, поле с данными из таблицы отслеживания, таблицы результатов и трендов, а также до четырех графиков слежения за процессом испытания.

Заключительными данными при написании метода испытаний являются особенности работы каждого управляемого устройства при завершении испытания, то есть устройство может быть как отключено, так и переведено в любой другой режим его работы (например, снятие нагрузки, фиксация положения).

Таким образом, специализированное программное обеспечение максимально облегчает работу оператора, связанную с настройкой машины, заменой и калибровкой датчиков, позволяет минимизировать погрешности при измерении параметров испытаний, расширяет возможности создания программ нагружения, проведения испытаний и контроля процесса испытания.

113

5. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

В настоящем разделе приведены руководства по практическому проведению лабораторных испытаний материалов с целью исследования деформационных и прочностных свойств материалов в опытах на одноосное растяжение, кручение и сложное напряженное состояние, а также характеристик усталостной долговечности, вязкостиразрушенияициклической трещиностойкости.

5.1. ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ

Цель работы

Знакомство с методикой проведения испытаний на одноосное растяжение металлических образцов. Определение модуля упругостиипределапрочностиматериалаприодноосномрастяжении.

Объект исследования

Плоскиеметаллическиеобразцыввидедвустороннейлопатки.

Испытательное оборудование

Испытания на одноосное растяжение проводятся на универсальной электромеханической испытательной системе Instron 5882 сиспользованием бесконтактного видеоэкстензометра AVE.

Содержание работы

Перед началом испытания произвести замеры образцов, занести полученные размеры в табл. 5.1.

114

Выполнение эксперимента включает в себя три основных

этапа:

1)подготовка к работе испытательного оборудования и об-

разцов,

2)задание параметров испытаний с использованием специализированного программного обеспечения («Создание» метода испытания на одноосное растяжение),

3)проведение испытания и обработка результатов.

Подготовка и проведение испытаний выполняются

только в присутствии инженера, обслуживающего испытательную систему.

I. Подготовка к работе испытательного оборудования и образцов

Для подготовки к работе необходимо включить испытательную систему, включить контроллер, включить AVE, запустить программное обеспечение управления машиной Instron Console. Убедиться, что все датчики системы (датчики силы, видеоэкстензометр) подключены и откалиброваны.

При проведении испытаний с помощью видеоэкстензометра необходимо провести его подготовку, а именно:

1)запустить программу Bluehill,

2)нажать на кнопку с изображением значка AVE (в верхнем правом углу),

3)включить режим осевых («Axial») измерений и режим поперечных («Transverse») измерений, отметив соответствующее окно.

Сразу после появления отметки «3» в окошках загорается устройство подсветки, начинают работать вентиляторы, в основном окне появляется активное изображение нагрузочной цепи, программа начинает поиск отметок.

После того как программа определит местоположение меток (вокруг меток появится красная рамка), в окне AVE нажать

115

кнопку «Measure Strain» (замер расстояния между метками). В полях «Gauge Length» осевой и поперечной деформации появятся значения начального расстояния между нанесенными на образец метками.

Значения первоначальных расстояний между метками следует занести в табл. 5.1, в графы «Расстояние между метками l1 в продольном направлении» и «Расстояние между метками l2

в поперечном направлении».

Все действия, связанныескалибровкой AVE, выполняются инженером, обслуживающимданнуюиспытательнуюсистему.

II. «Создание» метода испытания на растяжение

Для создания метода проведения испытания на растяжение в программе Bluehill выполнить следующие действия:

1.Запустить программу Bluehill, создать новый метод испытания на растяжение.

2.На вкладке «Общие» (рис. 5.1) из списка доступных пунктов выбрать пункт «Основная схема». Выбрать схему с двумя графиками, расчетами и образцами.

Рис. 5.1. Вкладка «Общие» создания метода испытания – окно настройки схемы испытаний

116

3.На вкладке «Образец» выбрать пункт «Размеры», на экране появится окно, представленное на рис. 5.2.

В открывшемся окне выбрать прямоугольную геометрию

изадать размеры основных геометрических параметров – ширина, толщина и длина. Размеры записываются из таблицы «Результаты замеров образцов».

4.На вкладке «Управление» выбрать пункт «Испытание», на экране появится окно, представленное на рис. 5.3.

Рис. 5.2. Вкладка «Образец» создания метода испытания – окно настройки формы и размеров образца

Рис. 5.3. Вкладка «Управление» создания метода испытания – окно настройки параметров испытаний

117

В открывшемся окне во вкладке «Режим управления 1» выбрать параметр «Осевая деформация (Видео)». Значение «Коэффициент 1» отображает скорость перемещения траверсы (при выполнении данной работы рекомендуется задать скорость

5 мм/мин). В пункте «Предварительное испытание» отметить галочкой параметр «Автобалансировка», из доступных каналов выбрать канал «Осевая деформация (Видео)». В пункте «Конец испытания» установить значение параметра «Чувствительность (%)» 60 % и выбрать действие «Остановить». В пункте

«Деформация» для параметра «Источник деформации при растяжении» выбрать «Осевая деформация (Видео)».

5.На вкладке «Расчеты» из доступных вычислений выбрать

«Максимальную нагрузку при растяжении», «модуль Юнга». На вкладке «График 1» в пункте «Тип» выбрать «С множеством об-

разцов», при этом количество кривых указать «1». В пункте «Данные по оси Х» установить канал «Удлинение» в миллиметрах, «Масштабирование» – «автоматическое». В пункте «Ось Y» установить канал «Нагрузка» в кН, «Масштабирование» – «авто-

матическое». На вкладке График 2 в пункте «Тип» выбрать «Смножеством образцов», при этом количество кривых указать «1». В пункте «Данные по оси Х» установить канал «Осевая де-

формация (Видео)» в процентах, «Масштабирование» – «автоматическое». Впункте «Ось Y» установить канал «Напряжение при растяжении» в МПа, «Масштабирование» – «автоматическое».

6.Сохранить созданный метод испытания под именем

«Лабораторный практикум. Растяжение».

Подготовка образцов к проведению испытаний заключается в нанесении меток в рабочей области, необходимых для точного определения деформации материала в процессе испытания. Метки наносятся перманентным маркером по стандартному трафарету и для плоских образцов имеют круглую форму диаметром 4 мм.

118

III. Проведение испытания и обработка результатов

1.Открыть программу Bluehill, выбрать вкладку «Испытание», задать имя выборки «Растяжение. Лаб. раб.» и место расположения результатов эксперимента.

2.Из списка доступных методов выбрать созданный ранее метод испытания «Лабораторный практикум. Растяжение».

3.Нажать на панели инструментов кнопку «Выполнить», после чего подвижный захват начнет движение. При необходимости остановки эксперимента нажать кнопку «Остановить».

4.После завершения эксперимента все данные сохраняются в указанной ранее директории. Посредством программ Excel, MathCAD и других обработать полученные экспериментальные данные. Для расчета предела прочности используют формулу

тельная продольная деформация.

Способность материала сопротивляться деформированию в упругой области определяется модулем упругости E, который

где P – нагрузка, F0 – площадь поперечного сечения образца.

119

5. По результатам выполнения экспериментов заполнить табл. 5.2.

Таблица 5 . 2

Результаты выполнения экспериментов

5.2. ИСПЫТАНИЕ НА КРУЧЕНИЕ

Цель работы

Знакомство с методикой проведения испытаний на кручение. Определение модуля сдвига и предела прочности материала при чистом сдвиге.

Объект исследования

Тонкостенные трубчатые образцы (эскиз представлен на рис. 5.4).

Испытательная установка

Испытания на кручение проводятся на универсальной двухосевой испытательной системе Instron 8850 с использованием двухосевого экстензометра.

Рис. 5.4. Эскиз тонкостенного трубчатого образца для испытаний на кручение

120