Результаты испытаний.

Монтаж датчиков:

Перед монтажом датчиков следует рисовать топологическую схему. В нашем случае схемы для двух балок выглядели следующим образом:

Ti-1

1522

1523

1539

1576

1527

1528

1499

1533

Рис. 2. топологическая схема для титановой балки

ВНИМАНИЕ!

В схеме указаны номера ВБР, которым соответствуют центральные пики, со следующими длинами волн:

	№	λ, мкм
S1	1522	1,523
S2	1523	1,529
S3	1539	1,537
S4	1576	1,543
S5	1527	1,553
S6	1528	1,559
S7	1499	1,568
S8	1533	1,576

Нер-1

1594

1447

1537

1578

1473

1498

1469

1566

Рис. 3. Топологическая схема для балки из нержавеющей стали

ВНИМАНИЕ!

В схеме указаны номера ВБР, которым соответствуют центральные пики, со следующими длинами волн:

	№	λ, мкм
S1	1594	1,523
S2	1447	1,526
S3	1537	1,532
S4	1578	1,538
S5	1473	1,556
S6	1569	1,562
S7	1498	1,568
S8	1566	1,574

В результате балка выглядит следующим образом:

Рис. 4. балка из титана с датчиками	Рис. 5. балка из нержавеющей стали с датчиками

На рисунках 3 и 4 представлены балки из титана и нержавеющей стали соответственно. На каждой балке находится 8 датчиков, по 4 с обеих сторон. При монтаже рекомендуется выбирать длины волн пиков с разницей не менее 5 нм, для того, чтобы во время испытаний пики не перекрывали друг друга. Для удобства датчики стоит сначала приклеить, а затем сварить друг с другом, при этом на места сварки одеваются гильзы из комплекта для защиты сварных соединений (КДЗС). При сварке так же следует следить за уровнем потерь и не допускать потери более 0,05 дБ, тогда сигнал будет наиболее стабилен и четок. После того, как все датчики будут сварены в одну линию - привариваем коннектор.

Механические испытания.

Перед механическими испытаниями следует определить какую максимальную нагрузку нужно приложить для деформации балки на 3000 мкм/м:

Дано: Консольная балка прямоугольного сечения и постоянной толщины h=1 мм. Исследуемые деформации ε=0,3%=3000 мкм/м. Материал балок – сталь, титан и алюминий. Схема балки на рисунке 5

Определить размеры балки и прикладываемую нагрузку.

Рис 6. Схема балки

Максимальное напряжение в сечении балки:

где - момент в сечении, - сопротивление сечения. Т.к. балка равного сопротивления, то , откуда

Из закона Гука

Таким образом, имеем зависимость, связывающую длину и ширину балки с нагрузкой

Тогда для деформации 0,3% требуется приложить нагрузку:

параметр	Al	St	Ti
h, м	0,9*10-3	1,4*10-3	1,5*10-3
l, м	0,25	0,25	0,25
b0, м	0,1	0,1	0,1
E, Па	7*1010	2*1011	1,12*1011
P, Н	11,34	78,4	50,4

Для того, чтобы провести механические испытания используется стенд, представленный на рисунках 7 и 8:

Рис. 7. Стенд с БРС и подвешенным грузом	Рис. 8. Стенд с БРС и подвешенным грузом

Балка кладется на стенд, сверху кладется груз, затем данная конструкция закрепляется болтами. После закрепления балки подключаем датчики с помощью коннектора к интеррогатору. Интеррогатор с помощью сетевого кабеля подключается к персональному компьютеру или ноутбуку. Для получения данных используется программа “DynamicMONITOR” (рисунок 9):

Рис. 9. Ноутбук с включённой программой “DynamicMONITOR”

После включения программы нажимаем кнопку “Connect” и вводим IP адрес интеррогатора (обычно он указан на стенке интеррогатора). Далее переходим во вкладку “Spectral View” и сохраняем полученный спектр. Затем во вкладке “Configuration” с помощью автоматического сканирования определяем нулевые значения длин волн (при этом балка должна находиться в разгруженном состоянии) и сохраняем данную конфигурацию. Эту конфигурацию следует использовать на протяжении всех тестов. Затем, перейдя во вкладку “Graphical View”, нажать кнопку “Start” и кнопку “Save”. На экране появится график, его значения сохранятся в папке, указанной во вкладке “Configuration”.

После того, как балка будет закреплена, а программа начнет запись начинаем тест. Изначально записываем показания, при которых балка находится разгруженном состоянии (примерно 3-5 минут). Затем к балке подвешивается груз в 1 кг. Показания записываются в течении 5-7 минут. Следующим шагом разгружаем балку, даем ей вернуться в исходное состояние в течении 3-5 минут. После этого снова нагружаем балку, увеличивая нагрузку на 1 кг (суммарный вес – 2 кг). Записываем показания в течении 5-7 минут. Повторяем данные действия до достижения грузом массы в 5 кг.

Все полученные данные сохраняются в текстовом документе, после чего для обработки результатов используется программа, способная строить графики. В данном случае это был “MS Excel”:

Рис. 10. “MS Excel” с полученными в ходе испытаний датчиков результатами

На рисунке 10 видно 2 графика. Первый график – это зависимость изменения длины волны от времени, второй зависимость изменения микрострейн (мкм/м) от времени Микрострейн – это техническая единица для измерения нагрузки. Находящийся под нагрузкой объект обычно деформируется (растягивается или сжимается), и нагрузка измеряется по величине этой деформации по отношению к тому же объекту в недеформированном состоянии. Один микрострейн представляет собой нагрузку, которая создает деформацию в отношении один к миллиону (10^-6). Для перевода полученных данных в микрострейны пользуются формулой (1):

(1)

, (2)

где: ε – значение деформации в микрострейнах, k – коэффициент тензочувствительности, λ – данная длина волны, λ₀ – начальная длина волны, Δλ – смещение длины волны.

Далее представлены результаты, полученные в ходе испытания при 5 циклах нагрузки балки из нержавеющей стали грузом не более 2 кг, на рисунках 11-20 представлены графики изменения длины волны и деформации:

ЦИКЛ 1

	wavelength	microstrain
GRAF
	Рис. 11. график зависимости изменения длины волны от времени	Рис 12. График зависимости изменения деформации от времени
СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРИ 1 КГ	S1=-0.6034 S2=-0.6584 S3=-0.6247 S4=-0.5567 S5=0.6641 S6=0.5455 S7=0.5741 S8=0.5034	S1=-507.6425 S2=-552.1439 S3=-552.9293 S4=-462.7617 S5=546.2565 S6=447.5238 S7=469.9363 S8=411.4303
СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРИ 2 КГ	S1=-1.1825 S2=-1.2922 S3=-1.2286 S4=-1.088 S5=1.2687 S6=1.0345 S7=1.0927 S8=0.9553	S1=-996.1962 S2=-1086.3669 S3=-1029.3691 S4=-911.9279 S5=1044.3445 S6=851.2607 S7=893.0585 S8=775.8468

ЦИКЛ 2

	wavelength	microstrain
GRAF
	Рис. 13. график зависимости изменения длины волны от времени	Рис 14. График зависимости изменения деформации от времени
СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРИ 1 КГ	S1=-0.5981 S2=-0.6533 S3=-0.6219 S4=-0.552 S5=0.6672 S6=0.5474 S7=0.5776 S8=0.5042	S1=-505.3586 S2=-549.9590 S3=-520.7528 S4=-459.4265 S5=546.1265 S6=447.1646 S7=473.4499 S8=409.5988
СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРИ 2 КГ	S1=-1.1807 S2=-1.2939 S3=-1.2279 S4=-1.0895 S5=1.2748 S6=1.0423 S7=1.0974 S8=0.9599	S1=-995,607 S2=-1086,87 S3=-1028,49 S4=-908,091 S5=1049,273 S6=854,5413 S7=897,2245 S8=781,6259

ЦИКЛ 3

	wavelength	microstrain
GRAF
	Рис. 15. график зависимости изменения длины волны от времени	Рис 16. График зависимости изменения деформации от времени
СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРИ 1 КГ	S1=-0,6084 S2=-0,6666 S3=-0,6307 S4=-0,5603 S5=0,6575 S6=0,5417 S7=0,5659 S8=0,4964	S1=-512,19 S2=-560,043 S3=-527,868 S4=-467,098 S5=541,5853 S6=444,4883 S7=462,5004 S8=404,2252
СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРИ 2 КГ	S1=-1,1782 S2=-1,2883 S3=-1,2242 S4=-1,0891 S5=1,2696 S6=1,0417 S7=1,0959 S8=0,9584	S1=-992,069 S2=-1082,58 S3=-1024,8 S4=-908,091 S5=1045,569 S6=854,6233 S7=895,5091 S8=780,3236

ЦИКЛ 4

	wavelength	microstrain
GRAF
	Рис. 17. график зависимости изменения длины волны от времени	Рис 18. График зависимости изменения деформации от времени
СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРИ 1 КГ	S1=-0.6014 S2=-0.6573 S3=-0.6183 S4=-0.5538 S5=0.6708 S6=0.5538 S7=0.584 S8=0.5093	S1=-501.9167 S2=-547.0179 S3=-517.8229 S4=-460.1769 S5=551.9617 S6=454.0869 S7=478.5161 S8=415.1352
СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРИ 2 КГ	S1=-1.1806 S2=-1.2933 S3=-1.2277 S4=-0.877 S5=1.2818 S6=1.0505 S7=1.1075 S8=0.9662	S1=-995.1012 S2=-1080.9866 S3=-1023.9632 S4=-903.7537 S5=1052.3192 S6=860.7743 S7=903.5143 S8=785.4514

ЦИКЛ 5

	wavelength	microstrain
GRAF
	Рис. 19. график зависимости изменения длины волны от времени	Рис 20. График зависимости изменения деформации от времени
СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРИ 1 КГ	S1=-0,5937 S2=-0,6477 S3=-0,6154 S4=-0,5488 S5=0,6747 S6=0,5548 S7=0,5845 S8=0,5109	S1=-499,812 S2=-544,161 S3=-545,06 S4=-457,509 S5=555,75 S6=455,2356 S7=477,6991 S8=415,3036
СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРИ 2 КГ	S1=-1,1759 S2=-1,285 S3=-1,2204 S4=-1,0854 S5=1,2828 S6=1,051 S7=1,1035 S8=0,9641	S1=-990,131 S2=-1079,81 S3=-1021,62 S4=-905,005 S5=1056,435 S6=862,2506 S7=901,7173 S8=784,9631

Сравним показания первого и последнего циклов в микрострейнах:

	Цикл 1	Цикл 5
Значения при нагрузке 1 кг	S1=-507.6425 S2=-552.1439 S3=-552.9293 S4=-462.7617 S5=546.2565 S6=447.5238 S7=469.9363 S8=411.4303	S1=-499,812 S2=-544,161 S3=-545,06 S4=-457,509 S5=555,75 S6=455,2356 S7=477,6991 S8=415,3036
Значения при нагрузке 2 кг	S1=-996.1962 S2=-1086.3669 S3=-1029.3691 S4=-911.9279 S5=1044.3445 S6=851.2607 S7=893.0585 S8=775.8468	S1=-990,131 S2=-1079,81 S3=-1021,62 S4=-905,005 S5=1056,435 S6=862,2506 S7=901,7173 S8=784,9631

Видно, что максимальная разница между показаниями составляет не более 15 микрострейн, что находится в пределах погрешности 3%.

Так же проводят длительный тест, при котором балка находится в загруженном состоянии более 2 часов. Далее представлены графики (рисунки 21-24) и средние значения результатов нагрузки балки из титана грузом массой 2 кг длительностью 12 часов в микрострейнах:

Время	График	Среднее значение
17.50-20.20		S1=-1345,19 S2=-1703,85 S3=-1399,85 S4=-1353,52 S5=1201,437 S6=1107,121 S7=1298,341 S8=1222,272
	Рис 21. График зависимости изменения деформации от времени
20.20-23.20		S1=-1358,77 S2=-1700,96 S3=-1414,85 S4=-1367,49 S5=1194,169 S6=1099,586 S7=1290,746 S8=1214,297
	Рис 22. График зависимости изменения деформации от времени
23.20-02.50		S1=-1366,71 S2=-1698,88 S3=-1423,4 S4=-1375,67 S5=1190,629 S6=1095,832 S7=1287,393 S8=1210,342
	Рис 23. График зависимости изменения деформации от времени
02.50-04.50		S1=-1371,38 S2=-1696,14 S3=-1428,47 S4=-1380,53 S5=1189,441 S6=1094,478 S7=1286,307 S8=1208,882
	Рис 24. График зависимости изменения деформации от времени