Испытания образцов

Подготовка

1. 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.
2. 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.
3. Устанавливаем на штатив видеокамеру с поворотом на 90° так, чтобы большая сторона кадра была вертикальна. Следим, чтобы ось объектива была перпендикулярна основанию стенда.
4. Ставим лампу для лучшего освещения стенда так, чтобы:
   1. хорошо был виден нониус и линейка;
   2. читались показания на экране весов;
   3. расстояние до стенда - примерно 70 см. Подбираем так, чтобы линейка и нониус были хорошо освещены, но не залиты светом, когда вместо линейки белое пятно.
5. 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.

1. Берем образец, устанавливаем его между неподвижными и подвижной опорой.
2. Поднимаем траверсу так, чтобы образец находился между опорами с минимальным зазором.
3. 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”.
4. Поднимаем траверсу, пока не возникнет минимальная нагрузка. Проверяем положение образца относительно неподвижных опор и положение подвижной опоры. Снимаем нагрузку.
5. Включаем видеокамеру. Громко называем номер образца. Это позволит в дальнейшем не запутаться при обработке.
6. Плавно и равномерно нагружаем образец, вращая ворот. Приветствуются комментарии по поведению образца. Испытание проводим до полного разрушения образца.
7. 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.

1. Сбрасываем видео на компьютер.
2. В табличном редакторе делаем заготовку с такими столбцами:
   1. Номер образца
   2. Название образца
   3. Вес образца
   4. Коэффициенты a, b аппроксимирующей прямой
   5. Далее идут данные
3. 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.
4. 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).
5. 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.
6. Далее по этим данным строим графики (Вставка диаграммы). Параметры диаграммы:
   1. Тип - Диаграмма XY
   2. Ряды данных (данные находятся на листе “Одинарные”):
      1. Название - $Одинарные.$A$3:$C$3 (Номер образца, наименование образца, его вес в граммах)
      2. Значения X - $Одинарные.$E$2:$KT$2 (Положение траверсы, мм)
      3. 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: http://www.cleverstudents.ru/mnk.html
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:
https://docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0AtZOQiSEnehLdHlyWXhqWkh5YTVQdWlmWXNWQmtPX2c

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.