Sposób kalibracji pierścieni pomiarowych do mierzenia ich odkształcalności

Pełna nazwa: Sposób kalibracji pierścieni pomiarowych do mierzenia ich odkształcalności w wyniku odkształceń skurczowych materiałów wylewanych i układ do kalibracji pierścieni pomiarowych do mierzenia ich odkształcalności w wyniku odkształceń materiałów skurczowych

Istota wynalazku

Skurcz materiałów kompozytowych to zjawisko polegające na zmniejszeniu objętości wykonywanego elementu w wyniku wysychania, karbonatyzacji oraz procesów zachodzących w jego wnętrzu. W sytuacji, kiedy wykonywany element nie jest ograniczony i swobodnie zmniejsza swoja objętość, struktura jest nie naruszona. W przypadku kiedy skurcz materiału jest ograniczony, brak swobodnego odkształcenia, materiał rysuje się a w konsekwencji pęka. Ułatwia to penetrację wilgoci i agresywnych związków prowadząc do korozji zbrojenia, łatwiejszego ługowania materiału, niszczenia i w konsekwencji awarii konstrukcji.

Układ do kalibracji pierścieni pomiarowych do mierzenia oddziaływania odkształceń obwodowych materiałów wylewanych, znamienny jest tym, że pierścień pomiarowy wyposażony w tensometry obwodowe na jego wewnętrznej powierzchni jest połączony z mostkiem tensometrycznym, który jest połączony z systemem rejestracji danych. Pierścień pomiarowy umieszczony jest symetrycznie wewnątrz pierścienia zewnętrznego, usytuowanego pomiędzy płytą dolną a płytą górną. Pomiędzy pierścieniem pomiarowym a pierścieniem zewnętrznym znajduje się torus wykonany z elastycznego materiału, na przykład gumy, przy czym pierścień zewnętrzny jest o 0,5-1,0 cm wyższy od pierścienia pomiarowego. Torus połączony jest poprzez manometr cyfrowy ze sprężarką. Płyta dolna i płyta górna są połączone ze sobą trwale za pomocą śrub i wykonane z materiału trudno odkształcalnego na przykład ze stali. Pierścień zewnętrzny jest trwale przymocowany do płyty dolnej.

Pompowane powietrze ze sprężarki do torusa szczelnie go wypełnia a następnie zaczyna wywierać równomierny nacisk na powierzchnię zewnętrzna pierścienia pomiarowego. Zasysane przez sprężarkę powietrze przepływa przewodem przez manometr cyfrowy, który rejestruje aktualne ciśnienie powietrza panujące w gumowym torusie. Tensometry obwodowe zaczynają wykazywać zmianę oporności i dane w postaci sygnału elektrycznego przesyłane są do mostka tensometrycznego, który przekształca je na odkształcenia. Na monitorze komputera można zaobserwować zmieniającą się funkcję odkształcalności pierścienia pomiarowego w czasie. Porównuje się wartość ciśnienia z manometru cyfrowego z odkształcalnością pierścienia pomiarowego zarejestrowaną przez mostek tensometryczny we wspólnej funkcji czasu i wyznacza się liniową zależność odkształcenia-naprężenia. Następnie porównuje się przebieg funkcji z funkcją teoretyczną odkształcenia-naprężenia i wyznacza się współczynnik i stałą kalibracyjną.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia wyznaczenie z bardzo dużą dokładnością i częstotliwością, zmian intensywności oddziaływania skurczu materiału. Dzięki zastosowaniu manometra cyfrowego można precyzyjnie określić funkcję odkształcenia-ciśnienie (naprężenia promieniowe) dla każdego pierścienia pomiarowego.

Kalibracja dodatkowo umożliwia zbadanie kształtu geometrycznego oraz modułu sprężystości materiału z której jest wykonany pierścień. Kalibracja pneumatyczna pozwala wyeliminować wpływ błędów montażowych i wyznaczyć stałą kalibracyjną oraz współczynnik kalibracyjny w celu prawidłowej rejestracji odkształceń obwodowych. Analiza zależności odkształcenia-naprężenia pozwala wykazać jaka jest podatność betonu na pękanie przy zakładanej sztywności pierścienia pomiarowego.

Potencjał komercjalizacji

Wynalazek znajduje zastosowanie podczas badań laboratoryjnych do kalibracji pierścieniowych stanowisk badawczych, mierzących podatność na pękanie materiałów kompozytowych w wyniku skurczu ograniczonego różną sztywnością pierścieniową oraz innych badań z wykorzystaniem precyzyjnej zdolności pomiarowej modelów o geometrii pierścieniowej.

Kalibracja pierścieni pomiarowych przyczyni się do właściwego interpretowania uzyskiwanych właściwości fizycznych badanych materiałów. Badania na materiałach kompozytowych z użyciem kalibracji ciśnieniowej uszczegółowią przeznaczenie i zakresy ich stosowania po względem właściwości wytrzymałościowych. Główną dziedziną wdrożenia wynalazku to inżynieria materiałowa i budownictwo. Skalibrowanie urządzeń umożliwi zaprojektowanie właściwego składu i kompozycji składników mieszanek przeznaczonych na rynek przemysłu budowlanego.