Устанавливаем стенд на горизонтальную поверхность. Я использую чертежную доску, поставленную на стол. Желательно, чтобы за стендом была светлая поверхность, например, стена, штора. Это уменьшит контраст в кадре и изображение будет лучше.
Для предотвращения перемещения стенда фиксируем его за ножки столярными струбцинами. Причем я фиксирую этими же струбцинами также и чертежную доску. Т.е. струбцина стягивает пакет из ножки стенда, чертежной доски, столешницы.
Устанавливаем на штатив видеокамеру с поворотом на 90° так, чтобы большая сторона кадра была вертикальна. Следим, чтобы ось объектива была перпендикулярна основанию стенда.
Ставим лампу для лучшего освещения стенда так, чтобы:
хорошо был виден нониус и линейка;
читались показания на экране весов;
расстояние до стенда - примерно 70 см. Подбираем так, чтобы линейка и нониус были хорошо освещены, но не залиты светом, когда вместо линейки белое пятно.
Если видеокамера имеет режим ручной фокус - наводим на резкость и переводим ее в этот режим. Это предотвратит “дерганье” автофокуса при испытании.
Все готово к испытаниям. Сами испытания.
Берем образец, устанавливаем его между неподвижными и подвижной опорой.
Поднимаем траверсу так, чтобы образец находился между опорами с минимальным зазором.
Включаем весы. При включении они вес траверсы и образца засчитают как тару, т.е. показание будет “0”. У меня на весах имеется режим фиксации веса. Его необходимо отключить, иначе при испытаниях весы запомнят только максимальную нагрузку. В моих весах этот режим отключается нажатием на несколько секунд кнопки “Тара”.
Поднимаем траверсу, пока не возникнет минимальная нагрузка. Проверяем положение образца относительно неподвижных опор и положение подвижной опоры. Снимаем нагрузку.
Включаем видеокамеру. Громко называем номер образца. Это позволит в дальнейшем не запутаться при обработке.
Плавно и равномерно нагружаем образец, вращая ворот. Приветствуются комментарии по поведению образца. Испытание проводим до полного разрушения образца.
Выключаем видеокамеру.
Вот видео, иллюстрирующее процесс проведения испытаний.
.
К сожалению, качество звука очень низкое, но, думаю, все понятно.
Я снимал HD видеокамерой. Вот кадр регистрации:
Попробовал снять на старый фотоаппарат с видео 640х480.
Кадр из видео с разрешением 640х480
Считать показания с трудом, но можно (1,6 мм). Поэтому можно снимать на всё, что имеет разрешение 640х480 и выше.
Вот пример регистрация процесса испытания образца
Обработка результатов
После проведения испытаний необходимо данные занести в табличный редактор (OpenOffice, LibreOffice, Excel и т.д.) и построить графики.
Сбрасываем видео на компьютер.
В табличном редакторе делаем заготовку с такими столбцами:
Номер образца
Название образца
Вес образца
Коэффициенты a, b аппроксимирующей прямой
Далее идут данные
Смотрим, где у нас при испытаниях было нижнее положение траверсы, и в строке 2 заполняем ячейки, начиная с E2 значениями с шагом 0,1. Например, у меня, для однослойных образцов, в ячейках E2:KT2 прописаны данные от 37,0 до 67,1. Это наша шкала X.
Теперь просматриваем покадрово видео. Здесь я сделал еще 1 шаг - сохранил видео как набор изображений и просматривал уже их. Мне так показалось удобнее. Для экспорта изображений я использовал свой любимый видеоредактор Edius, для просмотра кадров - свой любимый просмотрщик изображений XnView (очень удобный просмотрщик с возможностью редактирования фото и бесплатный - рекомендую).
Данные в таблицу я заносил так: при изменении показания весов смотрю при каком это положении траверсы и значение нагрузки вносится в соответствующую колонку заготовленной таблицы. Для жестких образов, где показания нагрузки изменяются значительно быстрее, чем значение положения, методика немного меняется. Здесь я для кадра, в котором деление нониуса четко совпадает с делением линейки, записывал значение нагрузки.
Далее по этим данным строим графики (Вставка диаграммы). Параметры диаграммы:
Тип - Диаграмма XY
Ряды данных (данные находятся на листе “Одинарные”):
Название - $Одинарные.$A$3:$C$3 (Номер образца, наименование образца, его вес в граммах)
Значения X - $Одинарные.$E$2:$KT$2 (Положение траверсы, мм)
Значения Y - $Одинарные.$E$3:$KT$3 (Нагрузка, граммы)
Как я уже отмечал, положение линейки нам не важно. Мы знаем, что график усилие/относительное перемещение проходит через начало системы координат, т.е. при нулевой нагрузке перемещение образца также равно 0. Поэтому в таблицу результатов вносим абсолютные значения положения траверсы. Затем в упругой области (начальные точки) строим аппроксимирующую прямую методом наименьших квадратов. Прочитать о этом методе можно здесь: Например для электронной таблицы (OpenOffice Calc, LibreOffice Calc, Excel и пр.) у нас в ячейках B3:B7 находятся значения Y (нагрузка), а в ячейках C3:C7 значения X (перемещения) то коэффициенты a и b равны (ячейки B8 B9): a=(COUNT(B3:B7)*SUMPRODUCT(B3:B7;C3:C7)-SUM(B3:B7)*SUM(C3:C7))/(COUNT(B3:B7)*SUMSQ(B3:B7) - (SUM(B3:B7))^2) =(COUNT(AL2:EL2)*SUMPRODUCT(AL2:EL2;AL3:EL3)-SUM(AL2:EL2)*SUM(AL3:EL3))/(COUNT(AL2:EL2)*SUMSQ(AL2:EL2) - (SUM(AL2:EL2))^2)
b =(SUM(C3:C7)-B8*SUM(B3:B7))/COUNT(B3:B7) =(SUM(AL3:EI3)-D3*SUM(AL2:EI2))/COUNT(AL2:EI2)
Тогда перемещение ?L = L + b/a Пример определения аппроксимирующей прямой можно посмотреть здесь:
Но в дальнейшем выяснилось, что необязательно привязывать графики к 0 по оси “x”. Ведь нас интересует
максимальная нагрузка
угол наклона кривой
А то, что графики не проходят через нулевую точку даже лучше - из-за разной толщины образцов они немного сдвигаются друг относительно друга. Так даже нагляднее.
И, чтобы было наглядно, приведу таблицу с изображением внешнего вида образца в зависимости от прогиба:
Думаю, что нагрузки, которые вызывают прогибы как во втором столбце (более 12 мм) нас уже интерисуют чисто теоретически.
