rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2025-21-1-38-52rmjournal-537Research ArticleСовременные методы анализа веществ и материаловModern methods of analysis of substances and materialsРазработка поверочной схемы для средств измерений деформации, используемых при одноосных испытанияхDevelopment of a Verification Schedule for Deformation Measuring Instruments Used in Uniaxial TestsТрибушевскаяЛ. А.TribushevskaiaLydia A.

Трибушевская Лидия Александровна – и. о. заведующего лабораторией метрологии силы, массы и линейно-угловых величин,

620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, д.4.

Researcher ID: ABI-7037–2020.

Lydia A. Tribushevskaia – Acting Head of the Laboratory of Metrology of Force, Mass and Linear- Angular Magnitudes,

4, Krasnoarmeyskaya st., Yekaterinburg, 620075.

Researcher ID: ABI-7037–2020.

form233@uniim.ruУральский научно-исследовательский институт метрологии – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»РоссияUNIIM – Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for Metrology,Russian Federation2025250320252113852Copyright © Трибушевская Л.А., 20252025Трибушевская Л.А.Tribushevskaia L.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/537

В статье рассмотрена проблема отсутствия прослеживаемости результатов измерений механической деформации к государственным эталонам единиц величин и описано исследование, целью которого являлась разработка проекта поверочной схемы. Проанализированы требования к метрологическим характеристикам тензометров, предъявляемые в отечественных и зарубежных стандартах. Определены основные способы нормирования метрологических характеристик, проведен их сравнительный анализ. Установлены преимущества и недостатки нормирования метрологических характеристик экстензометров, определенных в ISO 9513 Metallic materials – Calibration of extensometer systems used in uniaxial testing и ASTM E83 Standard practice for verification and classification of extensometer systems. Предложен единый подход к способу выражения допускаемых значений погрешности в единицах, принятых для измерений механической деформации, и представлен порядок передачи единицы деформации таким средствам измерений, как экстензометры, тензометры и измерительные преобразователи деформации. Предлагаемая поверочная схема для средств измерений деформации имеет значимость при установлении метрологической прослеживаемости средств измерений деформации, применяемых при одноосных испытаниях.

Работа сфокусирована на вопросах, которые необходимо учесть при создании единой системы метрологического обеспечения измерений деформации, в частности – о необходимости введения классификации средств измерений деформации, способах нормирования метрологических характеристик и методах передачи единицы от эталонов к измерителям деформации.

The article considers the problem of the lack of traceability of mechanical deformation measurement results to state standards of measurement units and describes a study aimed at developing a verification schedule design. The requirements for metrological characteristics of strain gauges presented in domestic and foreign standards are analyzed. The main methods of standardization of metrological characteristics are defined; their comparative analysis is carried out. The advantages and disadvantages of standardization of metrological characteristics of extensometers defined in ISO 9513 and ASTM E83 are established. A unified approach to the method of expressing permissible error values in units adopted for measuring mechanical deformation is proposed, and the procedure for transferring the unit of deformation to such measuring instruments as extensometers, strain gauges and measuring transducers of deformation is presented. The proposed verification schedule for deformation measuring instruments is important in establishing the metrological traceability of deformation measuring instruments used in uniaxial tests.

The work is focused on issues that need to be taken into account when creating a unified system of metrological support for deformation measurements, in particular, the need to introduce a classification of deformation measuring instruments, methods for standardizing metrological characteristics, and methods for transferring units from standards to deformation measuring instruments.

тензометрыэкстензометрыизмерение деформацииповерочная схемаиспытания на растяжениеиспытания на сжатиеодноосные испытанияначальная расчетная длинабазовая длинаISO 9513ASTM E83машины испытательныеstrain gaugesextensometersstrain measurementverification scheduletensile testscompression testsuniaxial testsinitial gauge lengthreference lengthISO 9513ASTM E83testing machinesReferencesАдамов А. А., Лаптев М. Ю., Горшкова Е. Г. Анализ отечественной и зарубежной нормативной базы по ме- ханическим испытаниям полимерных композиционных материалов // Конструкции из композиционных материалов. 2012. № 3. С. 72–77.Adamov A. A., Laptev M. Yu., Gorshkova E. G. Analysis of the international and russian federation national technical standards for mechanical tests of polymeric composite materials. Konstrukcii iz kompozicionnyh materialov. 2012;3:72–77. (In Russ.).Углепластики: технология получения и определение механических характеристик / В. Н. Манхиров [и др.] // Вестник Бурятского государственного университета. Химия. Физика. 2019. № 2–3. С. 12–19. https://doi.org/10.18101/2306-2363-2019-2-3-12-19Mankhirov М. N., Nomoev A. V., Syzrantsev V. V., Ayurova O. Zh. Carbon plastic: technology of production and determination of mechanical characteristics. Buryat state University Vestnik. Chemistry. Physics. 2019;2–3:12–19. (In Russ.). https://doi.org/10.18101/2306-2363-2019-2-3-12-19A viscoplastic self-consistent analysis of tensile anisotropy and tension-compression asymmetry in rare-earth magnesium alloy / X. Zhang [et al.] // Journal of Rare Earths. 2024. Available at: https://doi.org/10.1016/j.jre.2024.04.024 (дата обращения: 30.04.2024).Zhang X., Zhou R., Guo S., Li Ch., Yue H., Li D. A viscoplastic self-consistent analysis of tensile anisotropy and tension-compression asymmetry in rare-earth magnesium alloy. Journal of Rare Earths. 2024. Available at: https://doi.org/10.1016/j.jre.2024.04.024 [Accessed 30 April 2024].Tensile and micro-compression behaviour of AISI 316L austenitic stainless steel single crystals at 20 °C and 300 °C: Experiments, modelling and simulations / J.-M. Scherer [et al.] // Materials Science and Engineering: A. 2024. Vol. 900. P. 146471. https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.146471Scherer J.-M., Hure J., Madec R., Le Bourdais Fl., van Brutzel L., Sao-Joao S. et al. Tensile and micro-compression behaviour of AISI 316L austenitic stainless steel single crystals at 20°C and 300°C: Experiments, modelling and simulations. Materials Science and Engineering: A. 2024;900:146471. https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.146471Experiment research on tensile and compression cyclic loading of sheet metal / Q. Li [et al.] // Procedia Engineering. 2017. Vol. 207. P. 1916–1921. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.961Li Q., Jin M., Zou Z., Zhao Sh., Zhang Q., Li P. Experiment research on tensile and compression cyclic loading of sheet metal. Procedia Engineering. 2017;207:1916–1921. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.961Effects of hot compression on the fracture toughness and tensile creep behaviors of a Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy / G. Zhao [et al.] // Materials Science and Engineering: A. 2022. Vol. 834. P. 142626. https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.142626Zhao G., Zhang Zh., Zhang Yu., Peng H., Yang Zh., Nagaumi H. et al. Effects of hot compression on the fracture toughness and tensile creep behaviors of a Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy. Materials Science and Engineering: A. 2022;834:142626. https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.142626Investigating deformation and work hardening behaviour of stacked sheet metal specimens in compression test: Influence of friction and interfacial shear resistance / Y. An [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2023. Vol. 321. P. 118145. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2023.118145An Yu., Spanjer W., Chezan T., Heijne J. Investigating deformation and work hardening behaviour of stacked sheet metal specimens in compression test: Influence of friction and interfacial shear resistance. Journal of Materials Processing Technology. 2023;321:118145. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2023.118145Радченко С. Ю., Дорохов Д. О. Новая форма представления меры линейной деформации // Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. № 2. С. 446–457.Radchenko S. J., Dorokhov D. O. The new form representation of the measure of linear deformation. Izvestiya Tula State University. 2011;2:446–457. (In Russ.).Rees D. Basic engineering plasticity: an introduction with engineering and manufacturing applications. Oxford : Elsevier Ltd, 2006. 528 p.Rees D. Basic Engineering Plasticity: An Introduction with Engineering and Manufacturing Applications. Oxford: Elsevier Ltd; 2006. 528 p.Винтовая экструзия – процесс накопления деформации / Я. Е. Бейгельзимер [и др.]. Донецк : Фирма ТЕАН, 2003. 87 с.Beygelzimer Y., Varyukhin V., Orlov D., Synkov S. Twist extrusion – process for deformation accumulation. Doneczk : Firma TEAN; 2003. 87 p. (In Russ.).Данилов М. Н., Бардаев П. П. Метод измерения деформаций структурно-неоднородных сред // Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики – 2019 : Материалы IX Всероссийской молодежной научной конференции, Томск, 18–20 ноября 2019 г. / Под редакцией М. Ю. Орлова. Томск : Издательство «Красное знамя», 2020. С. 84–88.Danilov M., Bardaev P. Strain measurement method of heterogeneous materials. In: Current issues of continuum mechanics and celestial mechanics – 2019 : The conference proceedings IXth International Youth Scientific Conference, 18–20 November 2019, Tomsk, Russia. Ed. M. Yu. Orlov. Tomsk: Izdatelstvo «Krasnoe znamya»; 2020. 340 p. (In Russ.).Motra H. B., Hildebrand J., Dimmig-Osburg A. Assessment of strain measurement techniques to characterise mechanical properties of structural steel // Engineering Science and Technology, an International Journal. 2014. Vol. 17, Iss. 4. P. 260–269. http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2014.07.006Motra H. B., Hildebrand J., Dimmig-Osburg A. Assessment of strain measurement techniques to characterise mechanical properties of structural steel. Engineering Science and Technology, an International Journal. 2014;17(4):260–269. http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2014.07.006Advanced self-compensated, high-accuracy optical extensometer based on field-of-view splitting and dual-reflector imaging techniques / F. Zhu [et al.] // Measurement. 2021. Vol. 174. P. 109024. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109024Zhu F., Tao J., Lu R., Bai P., Lei D. Advanced self-compensated, high-accuracy optical extensometer based on field-of-view splitting and dual-reflector imaging techniques. Measurement. 2021;174:109024. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109024The effects of the temperature in the testing system on the measurements of thermal rock strain with clip-on exten- someters / L. Pei [et al.] // Measurement. 2022. Vol. 188. P. 110375. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110375Pei L., Blöcher G., Wang Y. J., Milsch H., Zimmermann G., Huenges E. et al. The effects of the temperature in the testing system on the measurements of thermal rock strain with clip-on extensometers. Measurement. 2022;188:110375. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110375Третьякова Т. В., Третьяков М. П., Вильдеман В. Э. Оценка точности измерений с использованием видеосистемы анализа полей перемещений и деформаций // Вестник ПНИПУ. Механика. 2011. № 2. С. 92–100.Tretyakova T. V., Tretyakov M. P., Vildeman V. E. Assessment of measurement accuracy using video system for analysis of displacement and deformation fields. Perm State Technical University. Mechanics. 2011;2:92–100. (In Russ.).Метрологическая прослеживаемость результатов испытаний / В. Г. Кутяйкин [и др.] // Компетентность. 2020. № 7. С. 30–36.Kutyaykin V. G., Gorbachev P. A., Geyger Е. Yu., Savrovskiy K. K. Metrological traceability of test results. Competency (Russia). 2020;7:30–36. (In Russ.).Толмачев В. В., Матвеева И. Н. Современное состояние метрологического обеспечения испытаний на статическое растяжение // Эталоны. Стандартные образцы. 2022. Т. 18, № 1. С. 51–67. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2022-18-1-51-67Tolmachev V. V., Matveeva I. N. The current state of metrological support for static tension. Measurement Standards. Reference Materials. 2022;18(1):51–67. (In Russ.). https://doi.org/10.20915/2077-1177-2022-18-1-51-67Жагора Н. А., Астафьева Л. Е., Макаревич В. Б. Метрологическая прослеживаемость // Контроль каче- ства продукции. 2016. № 4. С. 21–28.Zhagora N. A., Astafyeva L. E., Makarevich V. B. Metrologicheskaya proslezhivaemost’. Kontrol’ kachestva produkcii. 2016;4:21–28. (In Russ.).Шимолин Ю. Р., Трибушевская Л. А. Современные тенденции развития метрологического обеспечения измерений деформации // Законодательная и прикладная метрология. 2018. № 6 (157). С. 23–25.Shimolin Yu. R., Tribushevskaya L. A. Modern trends in the development of metrological support of deformation measurements. Legal and applied metrology. 2018;6(157):23–25. (In Russ.).Calibration of a speckle interferometry full-field strain measurement system / M. Whelan [et al.] // Blackwell publishing. 2008. STRAIN44. P. 180–190. https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC47650Whelan M., Albrecht D., Hack E., Patterson E. Calibration of a speckle interferometry full-field strain measurement system. Blackwell publishing. 2008;44:180–190. https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC47650Дрипке М. Выбор подходящих экстензометров для испытания любых материалов // Металлургическое производство и технология металлургических процессов. 2009. № 1. С. 42–47. https://rudmet.net/media/articles/Article_MPT_01_09_pp.42–47.pdfDripke M. Selection of suitable extensometers for testing all materials. Metallurgicheskoe proizvodstvo i texnologiya metallurgicheskix processov. 2009;1:42–47. (In Russ.). https://rudmet.net/media/articles/Article_MPT_01_09_pp.42–47.pdfАртемьев М. И., Титов В. Н. Современное оборудование для испытаний материалов, работающих в условиях температурно-силового нагружения и в вакууме // ТестМат : Сборник докладов VI Всероссийской конференции по испытаниям и исследованиям свойств материалов, Москва, 12–13 февраля 2015 г. / М. : ФГУП ВИАМ, 2015. 50 с.Artemyev M. I., Titov V. N. Modern equipment for testing materials working under temperature-force loading and in vacuum conditions. In: TestMat: Proceedings of the VI All-Russian conference on testing and research of material properties, 12–13 February 2015, Moscow. Moscow: The national research center «kurchatov institute» federal state unitary enterprise all-russian scientific research institute of aviation materials; 2015. 50 p. (In Russ.).Tabin J. Strain measurement by means of clip-on extensometers during discontinuous plastic flow at 4 K // Cryogenics. 2022. Vol. 123. P. 103451. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2022.103451Tabin J. Strain measurement by means of clip-on extensometers during discontinuous plastic flow at 4 K. Cryogenics. 2022;123:103451. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2022.103451Gangwar V., K Acharyya S., Banerjee A. Calibration of tensile tests in drop-weight impact machine and implementation in simulation of Charpy impact tests // Procedia Structural Integrity. 2024. Vol. 60. P. 123–135. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2024.05.035Gangwar V., K Acharyya S., Banerjee A. Calibration of tensile tests in drop-weight impact machine and implementation in simulation of Charpy impact tests. Procedia Structural Integrity. 2024;60:123–135. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2024.05.035Червяковская Н. Н., Соломахо В. Л. Методика разработки рабочих поверочных схем для средств измерений // Наука и техника. 2007. № 3. С. 29–33.Chervyakovskaya N. N., Solomakho V. L. Methodology for elaboration of working verifying schemes for measuring tools. Science and technique. 2007;3:29–33. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.