Способ измерения деформаций

Авторы патента:

G01B11/16 - для измерения деформации твердых тел, например оптические тензометры

Владельцы патента RU 2537105:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области экспериментальных методов исследования механических напряжений и деформаций в деталях машин и элементах конструкций и может быть использовано для определения пластических деформаций изделия в машиностроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Способ осуществляют следующим образом. На поверхность контролируемого объекта фотоспособом наносят эталонную сетку из системы пересекающихся окружностей различного диаметра, которую формируют на персональном компьютере и печатают на лазерном принтере с высокой разрешающей способностью, фотографированием получают ее изображение, деформируют контролируемый объект, фотографируют деформированную сетку, сравнивают изображение эталонной и копию деформированной сеток и определяют величины деформаций на поверхности контролируемого объекта. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения деформаций.

Изобретение относится к области экспериментальных методов исследования механических напряжений и деформаций в деталях машин и элементах конструкций и может быть использовано для определения пластических деформаций изделий в машиностроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Известен способ измерения деформаций, заключающийся в том, что исследуемый образец изготавливают из пластин, на поверхностях которых наносят координатную сетку из металла с такими же пластическими свойствами, как у исследуемого, но с другим коэффициентом поглощения рентгеновских лучей, затем пластины прокатывают вместе до образования монолитного материала (деформируют), вырезают образец, подвергают его просвечиванию рентгеновскими лучами, получают изображение на экране, которое снимают на кинопленку [1].

Недостатками данного способа являются высокая трудоемкость и необходимость наличия рентгеновской установки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ измерения деформаций, представленный в авторском свидетельстве [2].

В данном способе на поверхность контролируемого объекта наносят фоточувствительный слой, фотографируют на нем изображение эталонной сетки, нанесенной на прозрачную пластину, а после нагружения объекта фотографируют деформированную фотосетку, сравнивают изображение эталонной и копию деформированной сетки и определяют величины деформаций на поверхности объекта.

Недостатком известного технического решения является необходимость применения при нанесении эталонной сетки на прозрачную пластину образцовой сетки, при изготовлении которой требуется использование сложной специальной техники и аппаратуры, в частности прецизионных делительных и линовальных машин или высокоточных координатографов. При этом нанесенная на прозрачную пластину эталонная сетка представляет собой семейство параллельных линий.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности, расширение технологических возможностей способа измерения деформаций и упрощение его реализации. Это достигается тем, что в способе измерения деформаций, согласно изобретению, эталонную сетку изготавливают в виде системы пересекающихся окружностей различного диаметра. Применение такой сетки при измерении деформаций объекта обеспечивает возможность определять с высокой точностью не только значения главных деформаций, но и их направления, которые совпадают с направлением главных осей эллипса, в который преобразуется окружность в ходе деформирования. Использование эталонной сетки в виде системы пересекающихся окружностей различного диаметра позволяет измерять деформации объекта как в области однородного деформированного состояния, так и в зоне с высоким градиентом деформаций за счет применения в этой зоне эталонной сетки с переменной базой. При этом так как окружности эталонной сетки не соприкасаются, то границы ячеек деформированной сетки четко фиксируются даже при очень больших деформациях, вплоть до разрушения объекта.

Эталонную сетку формируют на персональном компьютере и печатают на прозрачной пленке на лазерном принтере с высокой разрешающей способностью. Использование персонального компьютера позволяет сформировать эталонную сетку из системы пересекающихся окружностей различного диаметра. При этом база сетки (размер ячейки) может быть как постоянной (регулярная сетка), так и переменной (разреженная или сгущенная сетка).

Предлагаемый способ отличается высокой точностью. По результатам статистической обработки проведенных измерений размеров 20 ячеек эталонной сетки из системы пересекающихся окружностей диаметром 2,6 мм установлено, что относительная среднеарифметическая ошибка составляет ±0,5%. Предлагаемый способ характеризуется высокой производительностью. Так, например, время изготовления эталонной сетки из системы пересекающихся окружностей диаметром 2,6 мм размером 150×150 мм составляет 4 мин.

Способ осуществляют следующим образом. На персональном компьютере формируют эталонную сетку, которую затем печатают на прозрачной пленке на лазерном принтере с высокой разрешающей способностью. После этого эталонную сетку наносят на поверхность контролируемого объекта, покрытую фоточувствительным слоем, путем наложения на нее прозрачной пленки с напечатанной на ней эталонной сеткой и фиксирования ее на фоточувствительном слое. Далее нанесенную на поверхность контролируемого объекта сетку фотографируют и получают ее изображение. Затем контролируемый объект нагружают, фотографируют деформированную сетку, сравнивают изображение эталонной и копию деформированной сеток и определяют величины деформации на поверхности контролируемого объекта.

Реализация предлагаемого способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность, расширить технологические возможности способа измерения деформаций и упростить его реализацию.

Пример конкретной реализации способа

Пластические деформации определяли при двухосном растяжении трех круглых образцов диаметром 166 мм, изготовленных из листовой стали 08 (ГОСТ 16527-70), толщиной 1,2 мм с целью установления предельной пластичности. Каждый образец имел на рабочей части ослабление в виде односторонней выточки диаметром 36 мм. Нагружение образцов до разрушения производили на стандартной испытательной машине Р-20 в экспериментальном штампе пуансоном диаметром 75 мм, имевшим круговую полость диаметром 45 мм и глубиной 10 мм.

До испытания на поверхность рабочей части образца, покрытую фоточувствительным слоем, наносили эталонную сетку из системы пересекающихся окружностей диаметром 2,6 мм путем наложения на нее прозрачной пленки с напечатанной на ней эталонной сеткой и фиксирования ее на фоточувствительном слое. Эталонную сетку формировали на персональном компьютере по специальной программе, разработанной в среде программирования Delphi, и печатали на прозрачной пленке на лазерном принтере с разрешающей способностью 1200 точек на дюйм. Далее нанесенную на образец сетку фотографировали и получали ее изображение.

После испытания образца деформированную сетку фотографировали, сравнивали изображение эталонной и копию деформированной сеток и определяли величины деформаций на поверхности рабочей части образца. Главные логарифмические деформации в плоскости листа рассчитывали по формулам

где d - диаметр ячейки эталонной сетки; а, b - соответственно максимальный и минимальный размеры ячейки деформированной сетки. Значения d, a, b устанавливали соответственно на изображении эталонной и копии деформированной сеток с помощью инструментального микроскопа БМИ-1 с точностью ±0,005 мм. Измерения размеров a, b производили вдоль одного радиуса, расположенного вблизи трещины, но ею не пересекаемого.

По установленным значениям главных деформаций определяли параметр вида деформированного состояния α=ε₂/ε₁. В пределах рабочей части каждого из испытанных образцов параметр α оставался практически постоянным, а его величина была близка к единице, что свидетельствовало о том, что рабочая часть образца при его нагружении деформировалась в условиях однородного двухосного растяжения. Располагая рассчитанными значениями главных логарифмических деформаций устанавливали предельную пластичность материала, которая равна интенсивности логарифмических деформаций, накопленной к моменту разрушения

Величина предельной пластичности, усредненная по результатам испытаний трех образцов, оказалась равной 0,64.

Таким образом, проведенное экспериментальное исследование позволяет сделать заключение о возможности реализации с высокой точностью предлагаемого способа измерения деформаций.

Предлагаемый способ позволяет определять пластические деформации изделий, изготовленных из листовых и объемных заготовок, и может быть использован для изучения технологических операций обработки металлов давлением путем проведения испытаний в механических лабораториях предприятий и НИИ.

Источники информации

1. АС СССР 163772, кл. G01В 11/16, 22.07.1964. БИ №13.

2. АС СССР 439695, кл. G01В 11/16, 15.08.1974. БИ №30.

Способ измерения деформаций, заключающийся в том, что на поверхность контролируемого объекта наносят фоточувствительный слой, фотографируют на нем изображение эталонной сетки, нанесенной на прозрачный материал, а после нагружения объекта фотографируют деформированную фотосетку, сравнивают изображение эталонной и копию деформированной сеток и определяют величины деформаций на поверхности объекта, отличающийся тем, что эталонную сетку изготавливают в виде системы пересекающихся окружностей различного диаметра.

Похожие патенты:

Тензометрический датчик // 2530467

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре.

Способ контроля внешнего композиционного армирования строительных конструкций // 2519843

Изобретение относится к области разработки, производства и монтажа строительных конструкций преимущественно из бетона, покрытого армирующим композиционным материалом.

Устройство оптической идентификации измерительных каналов системы встроенного неразрушающего контроля на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков // 2510609

Изобретение относится к приспособлениям для регистрации сигналов с набора волоконно-оптических брэгговских датчиков системы встроенного неразрушающего контроля (ВНК) объекта.

Оптоэлектронное устройство для исследования деформационных характеристик волокнистых систем // 2507479

Изобретение относится к приборостроению для легкой и текстильной промышленности и предназначено для исследования деформационных свойств легкодеформируемых материалов типа тканей и трикотажных полотен.

Устройство для измерения продольной и поперечной деформации легкодеформируемых трикотажных полотен // 2499257

Изобретение относится к приборостроению для легкой и текстильной промышленности и предназначено для исследования свойств легкодеформируемых высокоэластичных материалов, преимущественно трикотажных полотен.

Способ управления промышленной безопасностью и диагностики эксплуатационного состояния промышленного объекта // 2494434

Изобретение относится к области управления промышленной безопасностью и технической диагностики, в частности к контролю напряженно-деформированного состояния таких объектов, как сосуды, аппараты, печи, строительные конструкции, трубопроводы, находящихся под действием механических и/или термомеханических нагрузок, с использованием анализа распределения температурных полей на поверхности объекта и связанного с ними распределения механических напряжений.

Способ неразрушающего контроля деталей из полимерных композиционных материалов // 2488772

Изобретение относится к способам оперативного диагностирования деталей из полимерных композиционных материалов (ПКМ) в эксплуатации и может быть использовано для выявления появляющихся дефектов изделий, агрегатов, узлов и деталей в авиакосмической, авиационной, судостроительной и других отраслях машиностроения.

Устройство для измерения деформаций грунта // 2485448

Изобретение относится к устройствам измерения распределения деформации, использующим в качестве чувствительного элемента оптическое волокно. .

Распределенный оптоволоконный датчик // 2482449

Изобретение относится к оптоволоконному датчику для измерения температуры и деформации в продольном направлении измерительного волокна. .

Способ неразрушающего экспресс-контроля сварных соединений и устройство, его реализующее // 2475725

Способ диагностирования состояния конструкции // 2539106

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и касается способа диагностирования состояния конструкции. Способ включает в себя формирование на участке вероятного возникновения дефекта конструкции датчика. При этом в качестве датчика используют диагностическое покрытие, состоящее из слюдопигмента и защитного слоя полимерного материала, которое наносят на участок вероятного возникновения дефекта. Толщина слоя слюдопигмента составляет 0,1-0,12 мм, а толщина защитного слоя полимерного материала - не более 2 мм. Наличие и развитие дефекта определяют визуально по изменению оптических свойств диагностического покрытия. Технический результат заключается в упрощении способа, а также в обеспечении возможности выявления дефектов на стадии их возникновения. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Система контроля технического состояния конструкций летательного аппарата (варианты) // 2544028

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам контроля состояния летательных аппаратов в процессе эксплуатации. Система контроля технического состояния конструкций летательного аппарата содержит датчики технического состояния лопастей винта вертолета или консолей крыла самолета и блок-регистратор, размещенный на их борту. На каждой лопасти винта вертолета и каждой консоли крыла самолета установлены не менее двух волоконно-оптических тензодатчиков на основе брэгговской решетки и не менее двух виброакустических датчиков. Система включает волоконно-оптические магистральные кабели, оптические разъемы, электрические шины управления, оптические свитчи, волоконно-оптические измерительные линии. В вертолетную систему контроля дополнительно входит оптический вращающийся соединитель. Блок-регистратор содержит блок опорного сигнала, блок волоконно-оптической коммутации, блок источника света, блок спектрального анализа, блок управления и анализа информации, блок хранения информации, имеет вход-выход электрического сигнала управления и вход электропитания, блок электропитания. Тензодатчики и виброакустические датчики вмонтированы в толщу композиционного материала в самые нагруженные части лонжеронов лопастей винта вертолета и консолей крыла самолета. Достигается возможность контроля технического состояния лонжеронов лопастей и консолей крыла, выполненных из композиционных материалов, при производстве и эксплуатации авиационной техники. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании // 2549907

Способ относится к исследованиям деформации материала в процессе механической обработки резанием. Деформируемую в процессе резания поверхность образца освещают когерентным монохроматическим излучением. Процесс деформации регистрируют цифровой монохроматической камерой. Формируют опорные точки на изображении. Проводят сравнение двух последовательных кадров видеозаписи. В результате получают характеристики перемещения точек деформируемого материала в зоне стружкообразования. По измеренным перемещениям определяют характеристики деформации. Технический результат - возможность определения деформации материала образца при перемещении в реальном времени. 8 ил.

Способ бесконтактных измерений геометрических параметров объекта в пространстве и устройство для его осуществления // 2551396

Изобретение относится к способу бесконтактных измерений геометрических параметров объекта в пространстве. При реализации способа на поверхности объекта выделяют одну и/или более обособленную зону, для которой можно заранее составить несколько разных упрощенных математических параметрических моделей на основании заранее известных геометрических закономерностей исследуемого объекта, характеризующих форму, положение, движение, деформацию. Наносят маркеры на поверхность объекта, группируя по обособленным зонам в обособленные группы. Далее регистрируют изображения центральной проекции указанных маркеров. И на их основании с учетом заранее известных геометрических закономерностей исследуемого объекта и с использованием методов многомерной минимизации расхождений определяют искомые геометрические параметры объекта. Технический результат - повышение точности и достоверности измерений геометрических параметров объекта при использовании одной камеры, особенно в условиях стесненного окружающего пространства и ограниченного оптического доступа. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 14 ил.

Распределенный волоконно-оптический сенсор температуры повышенной чувствительности // 2552399

Изобретение относится к устройствам измерения распределения температуры, в котором оптическое волокно используется в качестве чувствительного элемента, а именно является чувствительным элементом распределенного датчика температуры, в котором используется способ, основанный на явлении вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна (ВРМБ), возникающего в оптическом волокне. Волоконно-оптический сенсор для систем мониторинга распределения температуры на основе регистрации параметров вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна содержит, по меньшей мере, один оптический модуль, состоящий из трубки, включающей, по меньшей мере, одно, свободно уложенное с ней, кварцевое оптическое волокно. Волокно имеет механически связанную с ним оболочку, а коэффициент продольного линейного теплового расширения оптического волокна в оболочке не менее чем в сорок раз превышает коэффициент линейного теплового расширения кварцевого стекла. Техническим результатом является повышение чувствительности сенсора температуры повышенной чувствительности. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Интерактивная система мониторинга технического состояния магистрального трубопровода на участках надземных переходов // 2556335

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для диагностики технического состояния надземных переходов магистральных трубопроводов, а также автоматического восстановления геометрии трубы надземного перехода по результатам диагностики. Целью настоящего изобретения является повышение информационной эффективности существующих систем мониторинга надземных переходов магистральных трубопроводов, в том числе получение информации о реальном изменении геометрии трубы надземного перехода с одновременной ее корректировкой, для поддержания уровня НДС в заданных пределах, с помощью саморегулируемых опор, что приведет к снижению вероятности возникновения аварийных ситуаций. Интерактивная система мониторинга технического состояния магистрального трубопровода на участках надземных переходов содержит аппаратно-программный комплекс, измерительный блок с датчиками уровня напряженно-деформированного состояния и диспетчерское оборудование. Дополнительно содержит систему оптического наблюдения за геометрией трубопровода, саморегулируемые опоры, и дополнительный блок к аппаратно-программному комплексу, отвечающий за автоматическое регулирование вышеуказанных опор. 1 ил.

Тензометрический преобразователь // 2564691

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности для измерения деформаций (напряжений) в различных конструкциях посредством поляризационно-оптических преобразователей, и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре. Предложена конструкция тензометрического преобразователя, включающего нагрузочный элемент цилиндрической формы с разрезами, не нарушающими целостности цилиндра, и закрепляемый на контролируемом объекте, размещенный в нем пьезооптический преобразователь, состоящий из закрепленного в заведомо нагруженном состоянии фотоупругого элемента (ФЭ) с системой преобразования величины напряжений на ФЭ в электрический сигнал и блока обработки сигнала, причем фотоупругий элемент имеет в плане крестообразную форму, фронтальные поверхности которого, параллельные направлению измеряемых усилий, являются оптически плоскими, а боковые поверхности ФЭ имеют постоянный и/или переменный радиус кривизны, при этом пьезооптический преобразователь имеет собственный корпус, который представляет собой цилиндр диаметром меньше, чем внешний диаметр ФЭ, и в котором выполнены отверстия, сквозь которые торцы боковых поверхностей ФЭ выступают за внешние габариты цилиндра, а в нагрузочном элементе напротив этих выступов на уровне размещения ФЭ выполнены четыре сквозных резьбовых отверстия, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, и под углом 90 градусов относительно друг друга, под винты, обеспечивающие изначальную силовую нагрузку на ФЭ, при этом система преобразования величины напряжений на ФЭ в электрический сигнал пьезооптического преобразователя включает механизмы вращения поляризатора и четвертьволновой пластины. Технический результат - упрощение конструкции, повышение ее надежности и точности измерения деформаций, уменьшение габаритов - достигается за счет того, что создание изначальной силовой нагрузки на ФЭ в двух взаимно ортогональных направлениях осуществляется контролируемым способом, пьезооптический преобразователь имеет собственный унифицированный корпус и может быть использован с нагрузочными элементами разных конструкций, при этом габаритный размер пьезооптического преобразователя в плоскости измеряемых напряжений не превышает размер ФЭ. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ измерения относительной продольной деформации поверхности и экстензометр для его осуществления // 2575795

Изобретение относится к средствам измерения относительной продольной деформации на поверхности материальных тел. Экстензометр содержит два референтных тела в виде заостренных инденторов, при этом один индентор жестко связан с корпусом прибора, другой установлен с возможностью перемещения, а также систему передачи этих перемещений. В корпусе прибора дополнительно установлены лазер с оптической системой коллимации излучения, фокусирующая линза, фокус которой совпадает с контролируемой поверхностью, светоделительное зеркало, линза, координатно-чувствительный фотоэлектрический преобразователь и арретир для маятника. Подвижный индентор выполнен с оптическим референтным элементом, центр кривизны которого совмещен с острием индентора и с контролируемой поверхностью, и жестко установлен на шарнирно подвешенном в верхней части корпуса маятнике. Между подвижным и неподвижным инденторами подвешен электромагнит. Сущность: расстояние «А» между острыми кромками двух инденторов измеряют до установки на поверхность. Маятник арретируют, подключают источник света, мнимый фокус луча которого совмещают с острием подвижного индентора, при этом изображение фокальной точки лазерного луча, отраженного от сферического зеркала, с оптическим увеличением «К» фокусируют в положении, соответствующем среднему положению светового пятна на координатно-чувствительном фотоэлектрическом преобразователе, и регистрируют условно нулевую координату «Б» энергетического центра светового пятна. В заарретированном состоянии устанавливают экстензометр на деформируемую поверхность и разарретируют маятник, далее поджимают маятник с подвижным индентором и сферическим зеркалом к деформируемой поверхности посредством электромагнита. Регистрируют координату энергетического центра светового пятна «В», нагружают деформируемую балку и регистрируют координату энергетического центра светового пятна «Г». Относительную продольную деформацию вычисляют по формуле. Технический результат: повышение степени точности определения координат выбранных базовых точек, точности измерения расстояния между острыми кромками инденторов и их взаимных перемещений из-за деформации поверхности, в том числе с учетом структурной неоднородности деформируемого материала. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения величин деформаций стенки резервуара вертикального цилиндрического // 2581722

Изобретение относится к области геодезического контроля вертикальных цилиндрических резервуаров. В заявленном способе определения величин деформаций стенки резервуара производят сканирование внешней поверхности резервуара при помощи наземного лазерного сканера. Определяют пространственные координаты по осям X, Y, Z точек отражения лазерного луча от поверхности резервуара в условной системе координат. Выполняют регистрацию сканов между собой, производят обработку данных результатов наземного лазерного сканирования с помощью программного обеспечения, производят обработку данных результатов наземного лазерного сканирования с помощью программного обеспечения, позволяющего выполнить привязку сканов к заданной системе координат. Передают полученную цифровую информацию в компьютерную программу, производят построение цифровой точечной трехмерной модели внешней поверхности стенки резервуара, далее выполняют развертывание полученной объединенной цифровой точечной трехмерной модели на плоскость, получают развертку в виде плоской точечной модели поверхности, в которой координата Z показывает удаление любой точки от вертикальной оси вышеупомянутого резервуара, а также взаимное отклонение от вертикали между точками, выполняют построение карты деформаций боковой поверхности стенки резервуара в виде изолиний, оценивают характер и величину деформаций стенки резервуара путем сравнения фактических значений деформаций стенки по оси Z с требованиями нормативных значений. Технический результат - повышение точности и достоверности определения величин деформаций стенки резервуара вертикального цилиндрического. 1 ил.

Способ изготовления чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации // 2589447

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при создании первичных чувствительных элементов оптических преобразователей деформаций спектрального типа. В заявленном способе изготовления чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации на поверхности упругого элемента располагают нефоточувствительное оптическое волокно и наносят слой оптически-прозрачного нефоточувствительного стеклокристаллического материала, сборку из упругого элемента, оптического волокна и стеклокристаллического материала помещают в печь, где производят пайку соединения металл-стекло. Далее извлекают из печи и остужают со скоростью не более 5-8°C/мин в структуре нефоточувствительного оптического волокна, покрытого слоем затвердевшего оптически-прозрачного нефоточувствительного стеклокристаллического материала. При этом в зоне максимальной деформации упругого элемента формируют решетку Брэгга, а материалы конструктивных составляющих чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации выбирают с близкими значениями коэффициента температурного расширения. Технический результат - упрощение технологии изготовления чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации и повышение точности спектрального преобразования. 2 ил.