Niszczyć czy nie niszczyć? DIC wsparciem dla maszyny wytrzymałościowej

Po ustaleniu sposobu pomiaru pora na wybór urządzenia, które w sposób powtarzalny i dokładny zbada dla nas siłę odrywania, twardość, moduł sprężystości i wiele innych wielkości. Maszyna wytrzymałościowa nie jest nowatorskim urządzeniem pomiarowym, ale podejście niektórych producentów wykracza daleko poza ramy standardowego wyznaczania własności mechanicznych. Dobrym przykładem jest maszyna Inspekt niemieckiej firmy Hegewald und Peschke MPT GmbH, która udostępnia 3 przestrzenie pomiarowe (Fot. 1). W głównej przestrzeni – zamkniętej osłoną bezpieczeństwa – instaluje się w niej uchwyty do pomiarów przy największej sile, górną przestrzeń rezerwuje się do najrzadszych prób, a boczna część o otwartej konstrukcji zapewnia najlepszy dostęp do próbek o dużych gabarytach lub o nieregularnym kształcie. Wszystko to podyktowane jest ergonomią i komfortem użytkownika, który nie musi demontować i zakładać ciężkich uchwytów. Dla laboratorium nie bez znaczenia pozostanie oszczędność czasu, jaką daje brak konieczności przezbrajania urządzenia między próbami, co często wymaga więcej uwagi niż samo badanie.

Ciekawym uzupełnieniem dużego Inspekta jest microINSPEKT do mikroskopowej analizy wydłużenia materiału (Fot. 2). Horyzontalna konstrukcja tej małej maszyny o udźwigu 500 N ułatwia pozycjonowanie układu optycznego względem próbki. Obraz ze zintegrowanego mikroskopu zapisuje oprogramowanie sterujące LabMaster, które czuwa również nad przebiegiem badania i synchronizuje czas filmu z przebiegiem krzywej naprężenia w funkcji odkształcenia lub dowolnej innej krzywej wyznaczonej z sygnału siły i przemieszczenia. Użytkownik może na podstawie wzrokowej oceny wykresu ustalić krytyczny punkt i ustawiając kursor przywołać właściwą stopklatkę.

Czy jednak każdą próbkę – małą czy dużą albo co ciekawsze tanią czy drogą – trzeba zniszczyć? Maszyny sterowane programem LabMaster bez dodatkowego wyposażenia wykonają próbę kwalifikacyjną, sprawdzając, czy zadane obciążenie nie wywoła uszkodzenia. Rozwinięciem tej metody jest technika cyfrowej korelacji obrazów (DIC – ang. Digital Image Correlation). Z pomocą optycznego systemu microDIC Q400 firmy Dantec Dynamics jeszcze przed rejestracją charakterystycznych punktów na wykresie siły otrzymujemy kolorystyczną i liczbową informację o deformacji obiektu. Staje się on rozwinięciem mikroskopu z maszyny microINSPEKT i umożliwia analizę odkształcenia całej powierzchni próbki, łącznie z pomiarem w osi pionowej wyznaczającej odległość od obiektywu. Uniwersalność Q400 wyraża się brakiem konieczności stosowania maszyny wytrzymałościowej. Odkształcenie można bowiem uzyskać innymi metodami, np. poprzez podgrzewanie (Fot. 3).

Szeroki zakres stosowania Q400 dotyczy również pomiarów makroskopowych w wielu dziedzinach. W budownictwie obserwuje się deformację konstrukcji takich jak mosty i ściany budynków oraz analizuje propagację pęknięcia wycinków nawierzchni drogowej (Fot. 4). Jednocześnie ten sam system wyposażony w obiektywy do małego pola pomiarowego wyrysuje mapę odkształcenia skóry poddanej działaniu gorącego powietrza lub siły rozciągającej (Fot. 5). W tych przykładach poruszamy się wśród obiektów o prawie płaskiej powierzchni, korzystając ledwie z ułamka możliwości, jakie zapewnia Q400. Jeśli wyobrazimy sobie system wielokamerowy, pracujący w jednym układzie współrzędnych, choć spoglądający na badany materiał z różnych stron, będziemy mogli analizować odkształcenie powierzchni bryły, z pomiarem wydłużenia i zmiany kształtu w pozostałych kierunkach, czyli np. przewężenia niezależnie od miejsca wystąpienia tzw. szyjki. Multicamera Q400 wciela to wyobrażenie w życie (Fot. 6). Wracamy zatem do próby wytrzymałości, ale dzięki 8 kamerom zastępującym setki tensometrów, będzie to badanie obfitujące w dotąd niedostępne informacje. Oprogramowanie generuje mapę odkształcenia w trakcie pomiaru, która stanowi ogromną ilość informacji do późniejszej analizy, a jednocześnie daje podstawę do podjęcia decyzji o przerwaniu pomiaru w odpowiednim momencie.

Metod niszczących nie da się po prostu zastąpić, a powodem nie jest zwyczajna chęć rozerwania, zgniecenia, rozdarcia czy połamania. Jeśli jednak zdecydujemy się na próbę niszczącą, warto zadbać, aby uzyskane z niej informacje były jak najbardziej kompletne. A połączenie maszyny Inspekt z systemem Q400 dostarczy danych do analizy w profesjonalnym oprogramowaniu w drodze komfortowego pomiaru.