Разработка поверочной схемы для средств измерений деформации, используемых при одноосных испытаниях

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.

1. Адамов 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.

2. 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/10.18101/2306-2363-2019-2-3-12-19

3. A 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).

4. 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.2024.146471

5. Experiment 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.2017.10.961

6. Effects 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.2022.142626

7. Investigating 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.2023.118145

8. Радченко С. Ю., Дорохов Д. О. Новая форма представления меры линейной деформации // Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. № 2. С. 446–457.

9. Rees D. Basic engineering plasticity: an introduction with engineering and manufacturing applications. Oxford : Elsevier Ltd, 2006. 528 p.

10. Винтовая экструзия – процесс накопления деформации / Я. Е. Бейгельзимер [и др.]. Донецк : Фирма ТЕАН, 2003. 87 с.

11. 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.

12. 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.2014.07.006

13. Advanced 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.2021.109024

14. The 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.2021.110375

15. Третьякова 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.

16. Метрологическая прослеживаемость результатов испытаний / В. Г. Кутяйкин [и др.] // Компетентность. 2020. № 7. С. 30–36.

17. 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/10.20915/2077-1177-2022-18-1-51-67

18. Жагора Н. А., Астафьева Л. Е., Макаревич В. Б. Метрологическая прослеживаемость // Контроль каче- ства продукции. 2016. № 4. С. 21–28.

19. Шимолин Ю. Р., Трибушевская Л. А. Современные тенденции развития метрологического обеспечения измерений деформации // Законодательная и прикладная метрология. 2018. № 6 (157). С. 23–25.

20. 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/JRC47650

21. Дрипке 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.pdf

22. Артемьев 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.

23. 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.2022.103451

24. Gangwar 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.2024.05.035

25. Червяковская Н. Н., Соломахо В. Л. Методика разработки рабочих поверочных схем для средств измерений // Наука и техника. 2007. № 3. С. 29–33.