Misure di deformazione Corso di Misure e Diagnostica Industriale - A.A. 2004-2005.

Misure di deformazione

Corso di Misure e Diagnostica Industriale - A.A. 2004-2005

Misure di deformazione 2

Introduzione

• Misure di deformazione vengono condotte sia per conoscere lo stato di deformazione e, quindi, di sforzo su una superficie, sia per realizzare dispositivi per la misura di forze o coppie (dinamometri, torsiometri…)…

• è importante avere a disposizione trasduttori per misure di deformazione al fine di poter svolgere operazioni di:

collaudo

diagnostica

monitoraggio

controllo

Introduzione


• Esistono diverse definizioni per il concetto di deformazione (Scienza delle Costruzioni)

Deformazione

L

L L

dL

0

• Definendo un valore medio per la deformazione, essa può essere calcolata come:

0L

L

Nota: 1 = 10-6 (m/m)

Deformazione


Estensimetri

• Gli strumenti per effettuare misure di deformazione sono detti estensimetri

• Possono essere di diverse tipologie:

meccanici

ottici

pneumatici

acustici

ferromagnetici

elettrici Estensimetri


Esempio di estensimetro meccanico. Esempio di estensimetro ferromagnetico.

Figure tratte da: F. Angrilli, “Corso di misure meccaniche, termiche e collaudi – Gli strumenti di misura”, CEDAM

Estensimetri

Misure di deformazione 6 Estensimetri

Caratteristiche dell’estensimetro:

- la costante di taratura dell’estensimetro deve essere stabile e non variare nel tempo, per effetti termici od altri fattori ambientali;- dovrebbe misurare la deformazione locale e non quella media (quindi lo spostamento relativo tra due punti molto vicini);

- deve avere una buona risposta in frequenza, nel caso di misure dinamiche;

- deve essere economicamente accessibile per permettere un largo impiego.

Misure di deformazione 7 Estensimetria elettrica: concetti base

Estensimetria elettrica: concetti base

FF

Elemento sensibile

• Estensimetro incollato e isolato elettricamente

• Stato di deformazione piano

A

LR • R resistenza del conduttore []

• resistività del materiale [m]

• L lunghezza del conduttore [m]

• A sezione del conduttore [m2]


Valori tipici• resistenza nominale: R 120 , 350

tolleranza: ± 1%• base: 0,6-200 mm• materiali: costantana (lega Cu-Ni), leghe Ni-Cr, semiconduttori,

altri...

base



ba

se d

i mis

ura

asse longitudinale

assetrasversale

terminali a filo

terminali a piazzola

supporto

grigliasegni di riferimento

ESTENSIMETRI FOTOINCISI


Figura tratta da: A. Cigada, “Appunti di estensimetria elettrica”, Città Studi


per per 0,6/120 1,5/120 3/120 6/120 10/1200,6/120 1,5/120 3/120 6/120 10/120acciaioacciaio 3/350 6/350 10/350 3/350 6/350 10/350

per per 0,6/120 1,5/120 3/120 6/120 10/1200,6/120 1,5/120 3/120 6/120 10/120alluminioalluminio 3/350 6/350 10/350 3/350 6/350 10/350

per per 0,6/120 1,5/120 3/120 6/1200,6/120 1,5/120 3/120 6/120acciaioacciaio



2 ESTENSIMETRI



3 ESTENSIMETRI



saldatiincapsulati: con involucro protettivo



FOTOINCISIONE


• Disegno in grande

• Proiezione su lastra fotosensibile che ricopre uno strato metallico depositato su supporto isolante

• Effetto della luce fissa il disegno

• Lavaggio mette a nudo il metallo da asportare

• Bagno acido asporta il metallo


GAGE FACTOR


A

LR

La resistenza dell’estensimetro varia a causa di:

• variazioni dimensionali (L, A) dello stesso, dovute alla deformazione;

• variazioni di resistività () dovute alla deformazione meccanica (effetto piezoresistivo).

Differenziando la (1):

(1)

2

)(

A

LdAALddLdR

(2)

Considerando la variazione infinitesima di volume:

LdAAdLdV

ALV

(3)

(4)

Si può anche scrivere:

LAALdV 2)1()1( (5)

AdLLdALA )21( (6)


Ma:

L

dL

AdLLdA

AdLLdAAdL

2

)21(

Sostituendo nella (2):

2

2)(

A

AdLALddLdR

(6)

(7)

(8)

Dividendo membro a membro la (8) per la (1):

d

L

dL

R

dR )21( (9)

Dunque:

)/(

)/(21

)/(

)/(

LdLLdL

RdRk

GAGE FACTOR

Effetto dell’allungamento

Effetto del mutamento di area

Effetto piezoresistivo

Valore tipico: k=2 (per leghe metalliche).



Sensibilità trasversale

Da quanto visto:

In realtà, la variazione di resistenza nell’estensimetro dipende dallo stato di deformazione piano presente sulla superficie considerata.

kR

R

atsttaa kkkR

R

ks è normalmente trascurabile.

)( ttaa SkR

R a

tt k

kS

(sforzo monoassiale)

Quindi, a causa della deformazione trasversale, calcolando la deformazione con la (*), si commette un errore:

L’andamento è riportato nel grafico …

(%)a

aerr

(*)


Figura tratta da: J. W. Dally & W. F. Riley, “Experimental stress analysis”, 3rd edition, McGraw Hill

St


Abrasione con carta vetrata della zona di applicazione

APPLICAZIONE DEGLI ESTENSIMETRI



Pulizia della zona di applicazione



Posizionamento dell’estensimetro



Applicazione dell’adesivo



Applicazione dell’estensimetro



Pressione sull’estensimetro



Saldatura dei terminali



Saldatura e fissaggio dei cavi



Applicazione del protettivo



Riassumendo:

1. Abrasione con carta vetrata

2. Pulitura

3. Posizionamento estensimetro

4. Applicazione adesivo

5. Applicazione estensimetro

6. Pressione

7. Saldatura terminali

8. Fissaggio cavi

9. Applicazione protettivo e isolante



Adesivi ad azione rapida:

cianoacrilati: - polimerizzano in un tempo molto breve

- utilizzati per prove di breve durata

- utilizzati a temperatura ambiente

ADESIVO

Adesivi ad azione lenta:

(utilizzati per prove di lunga durata)

resine epossidiche: - aggiunta di un catalizzatore

- sono termoindurenti (tempo di indurimento funzione della temperatura di utilizzo)

resine fenoliche: - utilizzate a temperatura e pressione elevate


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