AVCR_zakladni_znacka_CZ_black.jpg facebook.png twitter.png linkedIn.png
     

 



Řídící a výpočtový software pro přenosný zkušební stroj

 

Download here (1Mb)

 

Úvod

V rámci projektu NAKI bylo vyvinuto zařízení určené k měření pevnostních charakteristik válcových vzorků kamene (resp. dalších křehkých stavebních materiálů) využívající principu split-testu. Je třeba si uvědomit, že při transportu vzorků často dochází vlivem změny vnějších podmínek (např. vysychání) ke změně mechanických vlastností materiálů, z čehož plyne výhoda testů v místě odběru vzorku, s využitím přenosného zařízení.

Základním problémem konstrukce tohoto zařízení se ukázalo splnění okrajových podmínek.Teoretické předpoklady a výpočty Muskhelishviliho předpokládají lineární kontakt mezi povrchem válcového vzorku a plochou čelisti. Podle teoretických výpočtů dochází za této situace ke vzniku maximálních tahových napětí ve středu stlačovaného vzorku, kde iniciuje trhlina. Analýza experimentů s využitím studie napjatosti pomocí série obrázků získaných optickou kamerou a nástroji digitální korelace obrázků bylo zjištěno, že trhlina iniciuje v oblasti kontaktu čelisti a vzorku. Experimentální studie taktéž prokázala, že využití různých kontaktních materiálů sice vede k určitému zlepšení výsledků, ale ani v tomto případě, nedochází k obecnému splnění okrajových podmínek. Z tohoto důvodu byla změněna koncepce experimentu, tak, že využívá kontaktu dvou válcových ploch. Za těchto podmínek se stává nejdůležitějším úkolem stanovení optimálního poměru poloměru čelisti R vůči poloměru válcového vzorku r0, respektive materiálu válcové čelisti. Na základě měření, numerických simulací byl jako optimální stanoven plošný kontakt mezi dvěma válcovými plochami v rozmezí 5o až 15o.

Obr1.jpg

 

Obr. 1: Zkušební zařízení pro Split test/Brazilský test.

 

Do těchto čelisti je přímo instalována dvojice optoelektronických mikrometrů. Dále je možno na přístroj nainstalovat vnější laesrové mikrometry (využívající laserové triangulace), tyto mikrometry jsou používány jako referenční měřidla pro práci v laboratoři. Tato meridla jsou také používány pro studium deformace rámu při zatěžování. Stroj je pohánen krokovým motorem. Konstrukce stroje umožňoje instalaci různých běžně používaných motorů /převodovek (NEMA23/NEMA24 atd.) bez nutnosti dalších zásahů do konstrukce. Z důvodů zmenšení rozměrů byla použita planetová převodovka s pootočením os o 900. Konstrukce stroje byla opravena tak, aby se omezilo zanášení pracovního prostoru nečistotami pomocí těchto úprav: Všechny komponenty řídícího systému ( řízení motoru, data z polohových senzorů - mikrometrů, a s tenzometrického můstku) jsou integrovány do jediné řídící jednotky, tato jednotka umožňuje i volbu způsobu napájení a integruje napětí.

V prostředí Builder C++ byl vytvořen pro tuto řídící jednotku program umožňující ovládání přístroje. Řídící program zaznamenává měřené napětí z tenzometrického můstku, deformaci z optoelektronických mikrometrů a čas. Tento program, taktéž umožňuje graficky zobrazit průběh zatěžování a základní zpracování naměřených hodnot.

 

Popis programu

Řídící a výpočtový software pro "Přenosné zkušební zařízení pro testování stavebních materálů" byl vytvořen ve vývojovém prostředí Builder C++. Tento program je určen pro ovládání krokového motoru, který zajištuje zdvih silové cásti zkušebního stroje. Program zpracovává signál z optoelektronických a laserových senzoru instalovaných na zkušebním stroji. Program pracuje v operačním systému Windows 98/2000/XP a 7 . V přípádě, že je řídící program nainstalován v prostředí Vista doporučujeme uživatelům, nastavit vlastnsoti systému na kopmatibilní se systémem XP.

Část programu určená k ovládání krokového elektromotoru, umožnuje nastavit výšku zdvihu, resp. počet kroků motoru i regulovat rychlost otáčení. Program pracuje tak, že předává signál na řídící desku Microcon. Tento program je určen pro ovládání krokového motoru, který zajištuje zdvih silové části zkušebního stroje. Program obecne přijímá a zpracovává signál z optoelektronických a laserových senzorů společnosti Mikro-Epsilon. Nutnou a postačující podmínkou pro zpracování signálu tímto programem je spojení realizované pomocí převodníku Mikro-Epsilon. Program umožnuje najednou zpracovávat signál ze čtyr polohových senzorů a tenzometrického můstku. Průběh měření, změnu měřených veličin lze sledovat v grafu závislosti polohy/deformace na zatížení. Graf je možno také vykreslit po ukončení meření. Graf má proměnnou velikost, takže je možno zvětšit zajímavé oblasti grafu a studovat je podrobněji. Program umožnuje i další zpracování naměřených dat a to:

  • Stanovení maximální síly pri porušení zkušebního vzorku.
  • Výpočet pevnosti v příčném tahu, tzv Brazilský test.
  • Stanovení pevnosti v tlaku.
  • Stanovení pevnosti v ohybu.
  • Výpočet Youngova modulu z deformace válce v Brazilském testu.
  • Výpočet Youngova modulu z deformace při tlakové zkoušce.
  • Výpočet Youngova modulu z ohybové zkoušky.
  • Odhad Youngova modulu ve smyku.

 

 

Obr2.png

Obr. 2: Okno řídícího programu v průběhu měření: měřené veličiny jsou spolu s časem zapisovány do okna v levé části řídícího panelu, vetšinu plochy panelu zahrnuje graf napětí/deformace.

 

 

Metodika určování mechanických charakteristik nepřímou metodou

Metoda výpočtu pevnosti v příčném tahu využívá vztah odvozený Muskhelishvilim. Maximální pevnost v tlaku a ohybu je určena pomocí standartních vztahů známých z mechaniky a to tak, že software provede výběr maximální síly v zatěžovací křivce. Výpočty Youngova modulu jsou založeny metodě konecných prvku. Vzhledem k tomu, že při deformaci Brazilském testu dochází nejen k deformaci zkušebního válce, ale i k deformaci čelistí a k deformaci rámu je třeba řešit problém jako celek, tj. deformace sestavy. Program obsahuje FEM model sestavy čelist - zkušební válec,dále je třeba výsledek korigovat na deformaci rámu stroje. Měření Youngova modulu se má realizovat při zatížení caa. 10-20% jmenovité záteže zkušebního stroje, při vetších zátežích presnost měření resp. výpočtu velmi negativne ovlivňuje nelinearita deformací. Rozměry zkušebního vzorku, tj. průměr válce a jeho délka se zadávájí v editačním okně na řídícím panelu.

 

 

Návod k obsluze

Po otevření exe souboru programu vidíme panel obsahující řídící a kontrolní prvky. V horní části panelu jsou obsaženy editační okna a tlačítka. Editační okna s popiskami zobrazují buď měřené veličiny (okamžitou zatěžující sílu/actual force; maximální sílu/maximal force; data z polohových senzometrů - v případě, že senzometry nejsou připojeny zobrazují se automaticky generované hodnoty 0. - v případe, že senzory jsou detekovány, ale není přijata žádná hodnota se zobrazí hodnota 4 ). Výběr typu testu : Brazilský test/Tlaková zkouška/Zkouka ohybová se realizuje pomocí komponent Test Selection. Editacní okna také slouží k zadávání rozměru zkušebního vzorku, tj. v přípasě Split testu se jedná o průměr a délku válce; v případě tlakové zkoušky se zadavá výška a průřez zkušebního tělesa (tato zkouška není omezena na válcové těleso), a v případě ohybové zkoušky délka vzorku a rozměry v příčném řezu A a B (rozměr A je kolmý na rovnoběžný se směrem zatěžujících sil). Popisky jednotlivých oken se mění v závyslosti na výběru typu testu.

Na levém kraji panelu jsou tlačítka volající výpočtové funkce, volající kontrolní okno motoru a uložení naměřených dat. Všechny tyto funkce je možno volat i pomocí tlačítek v horní liště. Tato lišta obsahuje i další funkce jako například kontrolu grafu. V levém rohu je okno v němž se vypisují naměřené hodnoty a čas. Většinu plochy panelu pak zabírá graf Závislosti zatěžující síly a deformace.

 

Obr3.png

 

Obr. 3: Okno řídícího programu, funkce kontroly měření a nastavení grafu.

 

Licenční podmínky

Majitelem tohoto produktu je: Ústav Teoretické a aplikované mechaniky, v.v.i, AV ČR, Prosecká 809/76, 19000 Praha 9, Česká republika.

Autorem tohoto programu je: Štěpán Major.Ph.D

Tento program je zájemcům volně k použití. Použití tohoto software jinými subjekty se řídí pravidly a zákony platnými pro freeware.

 

Poděkování

Tento program byl vypracován v rámci řešení projektu NAKI DF11P01OVV001.

 

 

Stažení a instalace software

Program je ke stažení zde.

nebo ať zájemci o program napíši na adresu s.major@seznam.cz.