Badanie tłumienia; przykład wykorzystania wirtualnego stanowiska badawczego

[bibshow file=http://kmim.wm.pwr.edu.pl/dynamika/wp-content/uploads/sites/66/2015/05/all.bib]
Pulsator hydrauliczny MTS–810 jest przykładem sterowanej numerycznie, uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej, stosowanej we współczesnych laboratoriach mechaniki eksperymentalnej. Szeroki zakres możliwych obciążeń (0–100 kN) i częstotliwości jego zadawania (0–100 Hz) umożliwia przeprowadzenie różnorodnych prób przy skrajnie małych jak i dużych prędkościach obciążenia. W wersji standardowej maszyna (pulsator) umożliwia zadawanie jednoosiowego stanu obciążenia (rozciąganie–ściskanie). Wykorzystanie dodatkowego osprzętu zapewnia przeprowadzenie również prób zginania, ścinania, skręcania a także realizacji złożonych stanów naprężenia.

Szczególnie uzasadnione ekonomicznie i technicznie jest wykorzystanie pulsatora do badań zmęczenia, mechaniki pękania i tłumienia. Ten ostatni rodzaj badań, o dużym stopniu trudności, posłuży nam dalej do ilustracji przypadku wirtualnego stanowiska wytrzymałościowego. Jest to uzasadnione tym, iż współczesne metody badania procesu zmęczenia materiałów konstrukcyjnych związane są z koniecznością wyznaczania charakterystyk tłumienia.

Wynika to z kolei z faktu, iż:

  1. Coraz powszechniej stosowane są hipotezy energetyczne. Energia bowiem w odróżnieniu od wielu innych wielkości stosowanych do opisu procesu zmęczenia, ma charakter addytywny. Może być ponadto stosowana jako wielkość kryterialna niezależnie od charakteru widma obciążenia (sinusoidalne, losowe, impulsowe, itd.).
  2. Podejmuje się próby aplikacji różnorodnych efektów krzyżowych (magnetomechanicznych, termosprężystych, akustycznych) do analizy zjawiska zmęczenia i tworzenia nieniszczących, nowych technik diagnostycznych. W tym celu mierzy się nie tylko typowe sygnały mechaniczne takie jak naprężenie σ(ξ) czy odkształcenie ɛ(ξ) ale i inne wielkości fizyczne jak przyrost temperatury Δ T(ξ) (efekt Kelvina), natężenie pola magnetycznego H(ξ) i indukcja B(ξ) (efekt Villariego). W rezultacie dysponujemy całą gamą przebiegów czasowych sygnałów jak i różnorodnych pętli histerezy w wielu możliwych układach współrzędnych jak np. σ − ɛ, σ − B, Δ T − ɛ i innych.

W rezultacie uogólnione zadanie eksperymentalne sprowadza się do wyznaczenia różnorodnych pętli histerez. Pomiar w czasie rzeczywistym energii odkształcenia plastycznego Δ W, czy szerzej jakiejkolwiek z wymienionych pętli histerezy, szczególnie w obszarze wysokocyklowym, jest trudny i stanowi problem zarówno naukowy jak i techniczny. Zagadnienie komplikuje się dodatkowo w przypadku wyznaczenia Δ W w obszarze nieograniczonej wytrzymałości zmęczeniowej, a szczególnie w interesującym nas obszarze między granicą zmęczenia a cykliczną granicą plastyczności.

Przykład wykorzystania układu pomiarowego do pomiaru pętli histerezy w wielu układach współrzędnych jak np. σ − ɛ, H − ɛ σ − B, Δ T − σ pokazano na rysunku poniżej [bibcite key=Chmielarczyk00,Kaleta98,Kaleta99]. Nie omawiano natomiast algorytmów pomiarowych i ich implementacji oraz błędów pomiaru, które to zagadnienia same w sobie są przedmiotem prac badawczych autorów.

Schemat układu pomiaru tłumienia
Schemat układu pomiaru tłumienia

Rezultaty pomiarów zaprezentowano z kolei na poniższym rysunku.

Przykład wykorzystania układu do pomiaru tłumienia w procesie zmęczenia
Przykład wykorzystania układu do pomiaru tłumienia w procesie zmęczenia

Dalej…
[/bibshow]