Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza Instytut Tele- i Radiotechniczny Centrum Systemów Teleinformatycznych i Aplikacji Sprzętowych Zakład Piezoelektroniki i Ultradźwięków Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza Autorzy: Piotr Gawryś Krystian Król Łukasz Krzemiński Zakopane, czerwiec 2012r.

Cele i założenia projektu Znaczenie badań zmęczenia cieplnego metali powszechność stosowania metali w aplikacjach narażonych na udary cieplne oraz znaczne zmiany temperatur znaczenie żeliw oraz ich stosunkowo niska odporność zmęczeniowa możliwość modyfikacji składu stopowego żeliw w celu poprawy ich właściwości mechanicznych Cele budowy stanowiska badawczego badanie wpływu modyfikacji składu chemicznego i procesu obróbki na parametry wytrzymałościowe badanie długoterminowych zmian właściwości materiału pod wpływem zmęczenia cieplnego określenie zjawisk i procesów zachodzących w metalach pod wpływem stresów temperaturowych oraz oddziaływania sił zewnętrznych Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza

Badania cieplnej wytrzymałości zmęczeniowej budowa uchwytu pomiarowego 1 – tor prądowy grzania 2 – tor sprężonego powietrza (chłodzenia) 3 – uchwyty chłodzone cieczą 4 – próbka rurowa 5 – belka sztywna 6 – trawersa cykl pomiarowy - grzanie próbki poprzez przepływ prądu do zadanej wartości - chłodzenie próbki poprzez przepływ sprężonego powietrza Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii – Etap II Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza

Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza Wymagania projektowe konstrukcja ramy pomiarowej realizująca przyjętą metodę pomiarową w zakresie temperatur grzania do 850°C realizacja czterech trybów pracy możliwość zdalnej kontroli, monitorowania i rejestracji przebiegu badań zastosowanie struktury rozproszonej układu kontrolno – pomiarowego spełnienie wymagań dyrektyw i norm zharmonizowanych w celu zapewnienia wymaganego poziomu bezpieczeństwa użytkowania zastosowanie autonomicznego układu sterowania zapewniającego bezpieczeństwo działania stanowiska możliwość zwiększenia wydajności prądowej zasilacza do 800A możliwość zwiększenia funkcjonalności stanowiska poprzez dodanie funkcji generowania profilu obciążenia próbki w trakcie cyklu pomiarowego Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii – Etap II Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza

Realizacja trybów pracy stanowiska badawczego pomiar wydłużenia próbki zamocowanej pomiędzy unieruchomionym i swobodnym uchwytem - rejestracja wydłużenia, temperatury, rezystywności, numeru i długości cyklu pomiar naprężeń próbki zamocowanej pomiędzy unieruchomionymi uchwytami - rejestracja naprężeń, temperatury, rezystywności, numeru i długości cyklu pomiar naprężeń próbki zamocowanej pomiędzy unieruchomionymi uchwytami z wprowadzonym wstępnym naprężeniem ściskającym - rejestracja naprężeń, temperatury, rezystywności, numeru i długości cyklu pomiar naprężeń próbki zamocowanej pomiędzy unieruchomionymi uchwytami z wprowadzonym wstępnym naprężeniem rozciągającym Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii – Etap II Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza

Konstrukcja ramy pomiarowej A – Słupy prowadzące B – Belki stałe C – Belka nieważka ( ułożyskowana na słupach z przeciwwagą ) D – Uchwyty próbki ( kasowanie luzów, chłodzenie) E – Przetwornik wydłużenia próbki (10mm, d<1μm) F – Przetwornik naprężeń ( siły ) D B E C F A Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii – Etap II Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza

Budowa układu kontrolno - pomiarowego Elementy układu kontrolno – pomiarowego - układ zasilania z obwodami bezp. - układ grzania próbki - układ chłodzenia uchwytu - układ chłodzenia próbki - układ sterowania PLC - system pomiarowy - przełącznik Ethernet - komputer(y) PC - sygnalizator Kanały pomiarowe 1 – tor pomiaru temperatury 2 – tor pomiaru rezystywności 3 – tor pomiaru naprężeń (siły) 4 – tor pomiaru wydłużenia Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii – Etap II Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza

Budowa systemu pomiarowego Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii – Etap II

Budowa systemu kontrolnego Komputer sterujący PC - konfiguracja parametrów pomiaru - wybór trybu pomiarowego - rejestracja wyników - uruchomienie i zatrzymanie badania Sterownik PLC - sterowanie obwodami bezpieczeństwa - utrzymanie kontrolowanego stanu stanowiska przy zerwaniu połączenia z komputerem PC (master) - utrzymanie stanowiska w zakresie dopuszczalnych parametrów - sterowanie procesami chłodzenia - monitoring stanu pracy interfejsów sieciowych - realizacja algorytmów zabezpieczeń   Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii – Etap II Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza

Zabezpieczenia stanowiska badawczego wyłącznik awaryjny bezpieczniki nadprądowe, różnicowo prądowe, przekaźnik bezpieczeństwa osłony, krańcówka i elektrozamek zabezpieczający przestrzeń wokół badanej próbki czujnik przepływu wody, czujnik ciśnienia gazu chłodzącego czujniki temperatury wokół przetworników pomiarowych system cyrkulacji powietrza w komorze pomiarowej   Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii – Etap II Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza

Oprogramowanie kontrolno - pomiarowe realizacja programu w środowisku LabView zastosowanie idei instrumentu wirtualnego Instrument wirtualny to przyrząd pomiarowy integrujący w sobie następujące składowe: czujniki i przyrządy pomiarowe, magistralę wymiany danych oraz oprogramowanie umożliwiające akwizycję danych oraz ich graficzną lub liczbową reprezentację. Zastosowanie architektury wielowątkowej sterowanej przerwaniowo brak utraty danych, niezależny odczyt pomiarów od procesu monitorowania i sterowania Użycie struktury kolejkowej maszyny stanów Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii – Etap II Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza

Struktura wątków programu kontrolno - pomiarowego Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii – Etap II

Modernizacja i rozbudowa stanowiska możliwość zwiększenia wydajności prądowej zasilacza do 990A możliwość zwiększenia funkcjonalności stanowiska poprzez dodanie funkcji generowania profilu obciążenia próbki w trakcie cyklu pomiarowego dodanie napędu śruby naprężającej układ próbka, trawersa, przetwornik siły Zastosowanie ekstensometrów optycznych / wizyjnych umożliwiających pomiar odkształceń próbki z jednoczesnym pomiarem naprężeń walidacja modeli komputerowych, numerycznych Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii – Etap II Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza

Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza Podsumowanie opracowane stanowisko spełnia postawione wymagania i posiada odpowiednią funkcjonalność niezbędną do prowadzenia planowanych badań zostało przebadane przez akredytowane laboratorium i dopuszczone do eksploatacji posiada strukturę rozproszoną embaded i charakteryzuje się skalowalnością umożliwiającą przyszłą modernizację i rozbudowę systemu o nowe funkcjonalności Zastosowanie środowiska LabView umożliwia szybką i łatwą modyfikację oprogramowania w celu zmiany struktury raportów z pomiarów i implementację nowych funkcji stanowiska badawczego Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii – Etap II Stanowisko do badania zmęczenia cieplnego metali i stopów żelaza

Dziękuję za uwagę