Ekstansometri

Ekstansometrelerin bilimidir ölçümü ait deformasyon .

Genel

Ekstensometri, malzeme biliminin ve özellikle sürekli ortam mekaniğinin deneysel kısmının önemli bir bileşenidir . Aslında gerilmeleri hesaplamak mümkün olan gerinimleri ve kuvvetleri ölçerek mümkündür . Ekstensometri, örneğin çekme testleri ( % A kopmada uzamanın, elastiklik modülünün vb. Ölçümü ) veya sıkıştırma gibi mekanik testler sırasında kullanılır .

Ekstensometri ayrıca köprüler , barajlar veya büyük binalar gibi inşaat mühendisliği yapılarının aktif gözetimi için yaygın olarak kullanılmaktadır , çünkü yaşlanmalarını tahmin etmeyi ve dolayısıyla güvenlik için gerekli olan bakım işlemlerini planlamayı mümkün kılar.

Gerilme-şekil değiştirme ilişkisinin sunumu

Deneyciyi ilgilendiren, genel olarak kısıtlamadır (Yunanca "sigma" harfi): nihai sınır durumunda doğrulamayı belirleyen şey budur . Ancak ölçerin ölçtüğü şey bir deformasyondur ε (Yunanca " epsilon  " harfi  ). Bu nedenle , gerilme ile gerilme ile ilgili yasayı bilmek gereklidir , σ = ƒ (ε).

Farklı deformasyon türlerini farklı yasalarla ayırt edebiliriz:

• elastik deformasyon  ;
• Plastik deformasyon  ;
• sürünme .

Kısıtlamanın tanımı

Bir sınırlama, bir parçaya bir veya daha fazla kuvvet uygulandığında malzemenin içindeki kuvvetleri temsil eder. Mikroskobik bir bakış açısından, atomlar dış streslere uyum sağlamak için deforme olurlar. Makroskopik bir bakış açısından, maddenin sürekli olduğu varsayılır  ; Maddenin sonsuz küçük bir bölümünü, kübik şekle ayırırız ve gerilmeler, küpün her iki tarafına dağıtılan kuvvetlerdir.

Bir stres olan kuvvet , bir yüzey tarafından bölünmüş bir homojen yani basınç ve ifade paskal MPa bağlı büyüklük dereceleri için (Pa), ya da daha sık olarak, megapaskal (in, 1  Mpa = 10 6  Pa = 1  K / mm 2 ).

Deformasyonun Tanımı

Adından da anlaşılacağı gibi, bir gerinim ölçer, belirli bir yöndeki bir gerilimi ölçer (gerilimi çeşitli yönlerde elde etmek için genellikle bir rozet şeklinde birkaç ölçüyü ilişkilendiririz).

Bakış makroskopik açıdan, bir “uzantı” ve not adlandırılan geleneksel gerilme, tanımlar , e ile:

e=Δll0{\ displaystyle e = {\ frac {\ Delta l} {l_ {0}}}}

veya:

• l 0 , parçanın başlangıç ​​uzunluğudur veya burada ölçüdür;
• Δ l yük altındaki uzunluğun değişimidir, Δ l = ( l - l 0 ).

Bu nedenle göreceli uzamadır. Büyük deformasyonlar için, gerçek (veya rasyonel) deformasyon kullanılır, noted:

ε=ln⁡(ll0){\ displaystyle \ varepsilon = \ ln \ sol ({\ frac {l} {l_ {0}}} \ sağ)}.

Düşük değerler için e ≈ ε var. Aslında, deformasyon (conventional), konvansiyonel deformasyon sorunu olduğunda bile genellikle her zaman not edilir.

Elastik deformasyon

Elastik deformasyonun en basit örneği yay durumudur .

Elastik gerinim tersinir bir türdür: ortam gerilmeler giderildiğinde başlangıç ​​durumuna geri döner. Madde için doğrusaldır: tek eksenli bir gerilim için, Hooke yasası tarafından tanımlanır  :

σ = E × ε ben

ile:

• σ: normal gerilim;
• ε I  : boyuna şekil değiştirme;
• E  : Young modülü , belirli sıcaklık ve basınç koşulları için malzemenin karakteristiği .

Ayrıca kanuna göre parçanın çapı D küçülür:

ε II = - νε I

ile:

• ε II = Δ D / D 0  : enine şekil değiştirme;
• ν: Poisson oranı .

Son olarak, bir parça kesilirse, yönler, "kayma açısı" adı verilen ve aşağıdakileri doğrulayan bir γ açısı ile sapılır:

τ = G × γ

ile:

• τ: kayma gerilmesi;
• G  : kayma modülü .

Bu yasalar, ölçülen gerinimlerden gerilme durumunu çıkarmayı mümkün kılan, göstergeler için temeldir.

Deformasyon yerel olarak doğrusal ise, şeklinin karmaşıklığından dolayı parça düzeyinde mutlaka böyle olması gerekmediğini unutmayın.

Plastik bozulma

Plastik deformasyon , bir iş parçasının kalıcı deformasyon olduğu; atomların konumunun yeniden düzenlenmesiyle oluşur . Plastik gerilim her zaman elastik gerilim ile ilişkilidir.

Üç ana malzeme sınıfı vardır:

Kırılgan malzemeler Elastik deformasyonda kırılırlar, bu nedenle herhangi bir plastik deformasyon (veya çok az) göstermezler. Sünek malzemeler Geri döndürülemez bir deformasyon gösterirler. Mikroskobik bir bakış açısına göre, deformasyon , iş sertleşmesi (sertleşme) fenomeni ile çeşitli kusurlar ( yabancı atomlar , tane sınırları , diğer çıkıklar) tarafından bloke edilebilen veya yavaşlatılabilen kusur, çıkıklar yoluyla yayılır . Makroskopik bir bakış açısından, stres ve gerilimi birbirine bağlayan yasanın sapmasına dikkat çekilir. Bu yasayı bir veya daha fazla düz çizgiyle (bilineer veya multilinear yasa) yaklaşarak veya daha yüksek dereceli bir polinomla yaklaşarak çeşitli şekillerde tanımlayabiliriz. Elastoplastik yasalar genellikle aşağıdaki sertleştirme ile kullanılır:

• Hollomon yasası: σ = k ε n ve Ludwig yasası: σ = σ 0 + k ε n , n deneysel olarak belirlenen (0.1 ile 0.5 arasında) ancak belirli bir fiziksel anlamı olmayan bir sertleştirme katsayısıdır;
• Voce yasası: σ

s bir eşik gerilmesidir.σ-σsσ0-σs=tecrübe⁡(-ATε){\ displaystyle {\ frac {\ sigma - \ sigma _ {\ mathrm {s}}} {\ sigma _ {0} - \ sigma _ {\ mathrm {s}}}} = \ exp (- \ mathrm {A } \ varepsilon)} Deformasyonlar önemli olabilir (başarısızlıktan önce birkaç yüzde). Viskoelastik ve viskoplastik malzemeler Esasen polimerlerdir . Mikroskobik bir bakış açısından, zincirlerin birbirine göre kayması var. Görünümünde bir makroskopik açıdan bakıldığında, bir gerilme-deformasyon kanunu bağlıdır oldu gerinim hızında , ve sıcaklık. Yırtılmadan önceki deformasyonlar genellikle çok önemlidir.ε˙{\ displaystyle {\ dot {\ varepsilon}}}

Sürünme

Sürünme kalıcı deformasyon fenomenini kapsayan bir moddur difüzyon  : çıkıkların yükselişi , kayma tane sınırları.

Makroskopik bir bakış açısından, hıza ve sıcaklığa bağlı bir gerilme-şekil değiştirme yasası vardır.

Teknikler

Birçok ekstansometri tekniği vardır.

Kontak ekstensometri

• Göstergeler mikro deformasyonlara
• Karşılaştırıcı
• Titreşimli halat

Temassız ekstansometri

• Izgara ölçümü
• Nokta ölçümü
• Moiré
• Dijital Görüntü Korelasyonu
• Lazer interferometri

Notlar ve referanslar

1. Jean Philibert , Alain Vignes , Yves Bréchet ve Pierre Combrade , Metalurji, cevherden malzemeye , Dunod,2002, 1177  s. ( ISBN  978-2-10-006313-0 ) , s.  787

İlgili Makaleler

• Elastik deformasyon
• Kopmada uzama
• Gerinim ölçer
• Dinamometre