2. Na czym polega pomiar tensometryczny odkształceń liniowych na powierzchni badanego ciała? Jaka istnieje zależność pomiędzy stanem odkształcenia elementu a bazą pomiarową tensometru?

W badaniach laboratoryjnych badania odkształceń najczęściej polegają na mierzeniu wydłużeń na powierzchni ciała. Pomiary na powierzchni badanego ciała wynikają z zasady działania przyrządów pomiarowych oraz faktu, że ekstremalne wartości odkształceń występują w większości przypadków na powierzchni ciała. W celu pomiaru tensometrycznego odkształceń liniowych na powierzchni badanego elementu konstrukcyjnego ustala się odcinek pomiarowy o długości l nazywany bazą pomiarową. Odkształcenie jednostkowe odcinka pomiarowego w przypadku jednokierunkowego stanu naprężenia wynosi:

gdzie
- wydłużenie odcinka pomiarowego. W innych przypadkach odkształceń wartość odkształcenia uśrednia się na długości bazy pomiarowej. Im mniejsza jest długość bazy pomiarowej l zaś stan odkształceń bliższy jednorodnemu, tym uśredniona wartość odkształceń jednostkowych
jest bliższa rzeczywistej wartości odkształceń
badanego elementu.

3. Na czym polega zasada działania: tensometrów indukcyjnych, pojemnościowych, piezoelektrycznych i mechanicznych?

- Zasada działania tensometrów indukcyjnych oparta jest na zjawisku zmiany indukcyjności własnej lub zespołu cewka indukcyjna - magnetyczny rdzeń wywołanej odkształceniem badanego elementu konstrukcyjnego.

- W przypadku kondensatorów pojemnościowych odkształcenia konstrukcji powodują zmianę odległości pomiędzy płytkami kondensatora, stanowiącego główny element czujnika. Zmiana odległości pomiędzy płytkami kondensatora wywołuje z kolei zmianę pojemności elektrycznej, która jest mierzoną wielkością fizyczną.

- Zasada działania tensometrów piezoelektrycznych opiera się na zjawisku piezoelektrycznym, czyli na pojawieniu się ładunków elektrycznych na ściankach kryształu, który ulega odkształceniu w granicy plastyczności.

- Głównymi elementami tensometrów mechanicznych, za pomocą których wykonuje się pomiary przemieszczeń, są części mechaniczne: dźwignie, pręty, przekładnie. Bazę pomiarową l tensometrów mechanicznych jest zazwyczaj odległość pomiędzy dwoma ostrzami pryzmatycznymi dociskanymi do powierzchni badanego elementu za pomocą zacisków. Odkształcenia elementu konstrukcyjnego wywołują zmianę odległości pomiędzy ostrzami, która jest odczytywana przy pomocy tensometru mechanicznego.

4. Na czym polega zasada działania tensometrów oporowych? Do realizacji jakich pomiarów jest stosowana tensometria oporowa?

Tensometria oporowa wykorzystuje zjawisko przemiany oporu elektrycznego drutu metalowego podczas zmiany jego długości. Tensometria oporowa stosowana jest do:

• wyznaczanie wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci mechanicznych metali

• okreÅ›lania stanu odksztaÅ‚ceÅ„ i naprężeÅ„ w wybranych punktach elementów konstrukcyjnych obciążonych statycznie lub dynamicznie

• pomiarów naprężeÅ„ wÅ‚asnych

• pomiarów odksztaÅ‚ceÅ„ w wysokich i niskich temperaturach

5. Jakie wymagania muszą być spełnione podczas przymocowania tensometrów do powierzchni badanego elementu konstrukcyjnego? Kiedy można przeprowadzić pomiary?

Tensometry należy przyklejać ze szczególną dokładnością i przy zachowaniu wyjątkowej czystości. Powierzchnię, na którą nakleja się czujnik, należy przetrzeć papierem ściernym w celu usunięcia nierówności, a następnie odtłuścić acetonem lub innym odtłuszczającym środkiem chemicznym. Następnie na powierzchnię nakładamy dwie warstwy kleju i łączymy tensometr z badanym przedmiotem lekko go dociskając. Pomiary rozpoczynamy po całkowitym wyschnięciu kleju.

6. Podać określenie poniższych czujników oraz ich części.

Czujnik I - tensometr drucikowy wężykowy

1. drucik oporowy

2. podkładka nośna

3. naklejka

4. przewody

Czujnik II - tensometr drucikowy kratowy

1. drucik oporowy

2. podkładka nośna

3. naklejka

4. przewody

5. taśma miedziana

Czujnik III - tensometr foliowy

1. drucik oporowy

2. podkładka nośna

3. naklejka

4. przewody

7. W jaki sposób za pomocą metody tensometrycznej można mierzyć siłę w pręcie metalowym podlegającym ściskaniu/rozciąganiu?

W przypadku wyznaczania sił w prętach rozciąganych lub ściskanych metodą tensometryczną przyjmuje się, że w pręcie występuje jednorodny, jednokierunkowy stan naprężenia o zadanym kierunku głównym. Wówczas siła normalna w pręcie wynosi N=

x A, gdzie: A - pole przekroju poprzecznego pręta,
- naprężenie normalne. Uwzględniając prawo Hooke'a siłę normalną w pręcie wyznaczamy z zależności: N=
x E x A, gdzie
- odkształcenie jednostkowe mierzone przy pomocy tensometru oporowego, E - moduł Younga.

8. W jaki sposób za pomocą metody tensometrycznej można mierzyć moment gnący i siłę poprzeczną w belce przebywającej w stanie prostego zginania?

W przypadku pomiarów momentu gnącego i siły poprzecznej metodą tensometryczną zakładamy, że element belkowy o wymiarach przekroju poprzecznego b x h odkształca się w stanie prostego zginania. Przy takim założeniu do pomiaru momentu gnącego i siły poprzecznej wystarczy jeden tensometr naklejony w danej odległości z od osi obojętnej belki, tak by druciki oporowe przejmujące odkształcenie były równoległe do osi belki. Zwykle tensometr montuje się w punkcie pomiarowym znajdującym się na powierzchni włókien położonych w największej odległości od osi obojętnej. Wówczas moment gnący Mg względem osi obojętnej y wynosi:

Mg
gdzie: l- moment bezwładności względem osi obojętnej y, W- wskaźnik przekroju na zginanie względem osi obojętnej y.

Wartość siły poprzecznej T wyznaczamy z pomiaru momentu gnącego w zadanych punktach belki. Z warunków równowagi odcinka belki o długości dx wynika, że pochodna momentu gnącego jest równa sile tnącej:
.

9. W jaki sposób za pomocą metody tensometrycznej można mierzyć moment skręcający działający na wał?

Pomiar momentu skręcającego metodą tensometryczną pozwala określić wartość momentu skręcającego Ms, obracającego się wałka o średnicy D. Maksymalne naprężenia skręcające
w pęcie o przekroju kołowym skręcanym momentem MS wynoszą:
, gdzie Wo- wskaźnik wytrzymałości przekroju na skręcanie, który jest równy ilorazowi biegunowemu momentu bezwładności Io względem środka przekroju przez odległość najdalszego włókna
od środka przekroju:
. Dla przekroju kołowego wskaźnik wytrzymałości przekroju na skręcanie wynosi:
, stąd moment skręcający przekrój kołowy wynosi:
. Tensometry mierzące odkształcenia jednostkowe przykleja się do powierzchni bocznej wałka pod kątem 45 stopni względem osi symetrii wałka. Do pomiaru momentu skręcającego wystarczy jeden tensometr. Zastosowanie dwóch tensometrów pozwala na uśrednienie wyników pomiarów. Prawo Hooke'a w przypadku skręcania ma postać:
gdzie:
- kąt odkształcenia postaciowego równy: |
|=|2
|=|2
|, zaś G jest modułem sprężystości postaciowej ( modułem Kirchhoffa ):

---