Экстензометр (Э) – это прибор для измерения деформации образца при его испытании на растяжение или сжатие во время приложения нагрузки. По методу применения делятся на контактные и бесконтактные.
Контактные Э делятся на три основных группы:
- Навесные;
- Длинноходовые;
- Автоматические.
Отдельную группу составляют экстензометры для испытания на сжатие и изгиб.
К бесконтактным Э относятся видеоэкстензометры и лазерные.
Условия работы экстензометров многовекторные – они с успехом применяются при проведении испытаний при нормальной температуре на открытом воздухе, в печах и термокриокамерах.
Экстензометры нашли широкое применение во многих отраслях народного хозяйства – промышленности, металлургии, нефтегазовой отрасли, производстве пластмассовых изделий и других сферах использования материалов (металлы, пластмассы, керамика, пленки, стекло, текстильные изделия, бумага, древесина и др.).
Характеристики деформации.
Деформация материала представляет собой изменение физической формы под нагрузкой. Определение значений деформации позволяет определить характеристику материала, что в свою очередь позволяет сделать вывод о целесообразности применения данного материала в какой-либо конструкции.
С помощью экстензометров определяются такие характеристики деформации, как Е-модуль (модуль Юнга), предел текучести, деформация разрушения, значение и коэффициент Пуассона, относительное удлинение при разрыве и др.
Модуль Юнга, или модуль упругости характеризует способность материала сопротивляться растяжению (сжатию) при упругой деформации. Чем больше числовое значение модуля, тем выше способность материала сопротивляться растяжению или сжатию.
Предел текучести – механическая характеристика, характеризующая напряжение, при котором пластические деформации продолжают расти без увеличения нагрузки, т. е. конец упругой деформации и начало пластичной.
Деформация разрушения – характеристика, получаемая в процессе испытания на растяжение. Определяет свойства деформации материала.
Коэффициент Пуассона – величина отношения относительного изменения деформации образца в продольном и поперечном направлении. Характеризует деформационное поведение твердых тел, зависит не от размеров, а от природы материала.
Относительное удлинение при разрыве характеризует пластичность материала. Параметр тесно связан с прочностью и упругостью материала.
Таким образом не трудно сделать вывод о том, что при выборе материала для его использования в каких-либо конструкциях, в первую очередь необходимо определить его деформационные свойства.
Применение экстензометров.
Необходимо понимать, что универсального экстензометра, пригодного для измерения всех параметров деформации любого образца не существует. Широкая область применения Э требует использования приборов различного конструктивного исполнения.
Выбор экстензометров.
Требования к Э определяются характеристиками контролируемого материала. Поэтому в работе используются экстензометры различных типов (см. рис. ниже).
При применении Э контактного типа в процессе измерения перемещение его базы является фиксированной величиной. Бесконтактные Э с видеокамерой имеют бо́льшую зону обзора.
В зависимости от требований соответствующих стандартов на проведение испытаний выбирается нужная точность калибрования измерительных систем экстензометров.
Вывод. Э контактного типа измеряют удлинение с высокой точностью, относительно простые по устройству, эффективны с точки зрения затрат. Бесконтактные Э более дорогие в бюджетном плане, но крайне необходимы в случаях, когда образцы имеют повышенную чувствительность к острым кромкам упоров датчика (фольга, тонкие нити).
Экстензометр при испытании.
В качестве примера рассмотрим применение Э при определении механических свойств геосинтетических материалов, способ испытания на растяжение. Здесь руководящим документом является международный стандарт ISO 10319-2015.
Абзац «Подготовка образцов» опускаем, а из «Вспомогательные устройства и материалы» делаем выборку относительно экстензометров.
Перед испытанием на образец наносятся метки (см. рис. 1).
После установки Э и нанесения меток приводят в действие разрывную машину МИМ, создают нагрузку и фиксируют процесс растяжения до разрыва образца. Датчик или камера экстензометра обнаруживают нанесенные метки и фиксируют их движение. Таким образом определяется удлинение образца относительно их первоначального расположения.
Аналогичным методом проводятся испытания металлов. Схема определения удлинения образца представлена на рис.2.
В этом случае датчики со щупами устанавливаются на образец с помощью измерительных ножей, закрепленных на рычагах щупов. Измерение деформации осуществляется путем анализа угла или перемещения щупов во время приложения разрывной нагрузки к образцу.
Современные испытательные машины в обязательном порядке оснащаются системами контроля при исследовании физико-механических характеристик материалов. Важнейшей составляющей таких систем являются тензодатчики (измеряют приложенную силу) и экстензометры (отслеживают деформацию образца). Применение этих тестирующих инструментов позволяет безошибочно определить соответствие материалов нормативным требованиям.
