Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10599-1:2014 (ISO 4965-1:2012) về Vật liệu kim loại - Hiệu chuẩn lực động cho thử nghiệm mỏi một trục - Phần 1: Hệ thống thử nghiệm

TCVN 10599-1:2014

ISO 4965-1:2012

VẬT LIỆU KIM LOẠI - HIỆU CHUẨN LỰC ĐỘNG CHO THỬ NGHIỆM MỎI MỘT TRỤC - PHẦN 1: HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM

Metallic materials - Dynamic force calibration for uniaxial fatigue testing - Part 1: Testing systems

 

Lời nói đầu

TCVN 10599-1:2014 hoàn toàn tương đương ISO 4965-1:2012.

TCVN 10599-1:2014 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 164, Thử cơ lý kim loại biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 10599 (ISO 4965), Vật liệu kim loại - Hiệu chuẩn lực động cho thử nghiệm mỏi một trục gồm các phần sau:

- Phần 1: Hệ thống thử nghiệm;

- Phần 2: Dụng cụ đo của cơ cấu hiệu chuẩn động lực học (DCD).

 

Lời giới thiệu

Trong thử nghiệm động lực học, lực tác động lên mẫu thử (Ft) có thể khác lực do hệ thống thử nghiệm chỉ báo (Fi) một cách đáng kể. Các sai số động lực học là do các lực quán tính tác động vào bộ chuyển đổi lực và bất cứ sai số động lực học nào trong các thiết bị điện tử của hệ thống chỉ báo lực. Các lực quán tính làm cân bằng khối lượng kẹp chặt (được đặt giữa bộ chuyển đổi lực và mẫu thử) được nhân với gia tốc cục bộ của khối lượng này, và do đó phụ thuộc vào:

a) biên độ của chuyển động,

b) tần số của chuyển động, và

c) khối lượng kẹp chặt.

Biên độ của chuyển động sẽ phụ thuộc vào lực tác dụng và kết cấu cơ khí của hệ thống thử nghiệm, bao gồm cả biến dạng đàn hồi của hệ truyền lực, mẫu thử, khung chịu lực và giá lắp ráp cơ bản. Đối với một tần số đã cho và trên một phạm vi đã cho của lực, các tổ hợp khác nhau của các giá trị biến dạng đàn hồi sẽ dẫn đến các biên độ chuyển động khác nhau [chuyển động của một dụng cụ kẹp một mẫu thử rất dễ biến dạng đàn hồi rất có thể theo chiều ngược lại (ngược pha) với chiều của cùng một dụng cụ nhưng kẹp một mẫu thử cứng vững hơn].

Theo yêu cầu của tiêu chuẩn này phải có mối quan hệ tuyến tính giữa lực tác dụng và chuyển vị của cơ cấu dẫn động. Khi sử dụng phương pháp A và hệ số hiệu chỉnh tính toán, hệ thống đo lực sẽ được hiệu chuẩn về mặt động lực học tới phạm vi 1 % phạm vi lực tác dụng. Khi sử dụng phương pháp B và hai cơ cấu hiệu chuẩn động lực học (DCD) có biến dạng đàn hồi khác nhau sẽ được hiệu chuẩn về mặt động lực học tới phạm vi 1 % phạm vi lực tác dụng, nếu mẫu thử thực tế có độ biến dạng đàn hồi ở giữa các biến dạng đàn hồi của hai DCD.

Phương pháp A (phương pháp mẫu thử sao chép) - Phương pháp này được sử dụng để hiệu chuẩn hệ thống thử nghiệm động lực học với hai cơ cấu hiệu chuẩn động lực học (DCD) cho phép có sai số đến 10% trong phạm vi lực chỉ thị sẽ được hiệu chỉnh khi sử dụng một hệ số hiệu chỉnh được tạo ra. DCD phải có cùng một độ biến dạng đàn hồi và khối lượng như của các mẫu thử sẽ được sử dụng cho thử nghiệm thực tế. Trước khi bắt đầu một loạt các thử nghiệm động lực học mới, có thể xác định hệ số hiệu chỉnh liên kết phạm vi lực chỉ thị (ΔFi) với phạm vi lực của mẫu thử (ΔFt) khi sử dụng một mẫu thử sao chép được đo biến dạng. Hệ số này có thể được áp dụng như một hệ số hiệu chỉnh các kết quả hoặc để sửa đổi lực do hệ thống thử nghiệm tác dụng, khi giảm sai số của lực động tới nhỏ hơn 1%. Hệ số hiệu chỉnh này phụ thuộc vào tần suất thử nghiệm và vì vậy sẽ phải được xác định trên toàn bộ phạm vi các tần suất thử nghiệm đã cho.

Phương pháp B (phương pháp đường bao biến dạng đàn hồi) - Phương pháp này được sử dụng để hiệu chuẩn một hệ thống thử nghiệm động lực học cho sử dụng với kết cấu mẫu thử thay đổi, khi sử dụng hai DCD có biến dạng đàn hồi khác nhau. DCD có biến dạng đàn hồi thấp nên có độ biến dạng đàn hồi thấp hơn độ biến dạng đàn hồi của bất cứ mẫu thử nào được thử và DCD có độ biến dạng đàn hồi cao nên có độ biến dạng đàn hồi cao hơn độ biến dạng đàn hồi của mẫu thử. Đường bao khi làm việc của biến dạng đàn hồi của mẫu thử đối với tần suất có thể được xác lập cho hệ thống thử nghiệm, trong đó các sai số động lực học được duy trì trong phạm vi 1 % phạm vi lực tác dụng. Giả thiết rằng biến dạng đàn hồi của hệ truyền lực là đáng kể khi được so sánh với biến dạng đàn hồi của DCD. Nếu trường hợp này không xảy ra và máy được sử dụng với các giá trị biến dạng đàn hồi thay đổi của hệ truyền lực thì sẽ cần phải thực hiện các quá trình hiệu chuẩn bổ sung.

 

VẬT LIỆU KIM LOẠI - HIỆU CHUẨN LỰC ĐỘNG CHO THỬ NGHIỆM MỎI MỘT TRỤC - PHẦN 1: HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM

Metallic materials - Dynamic force calibration for uniaxial fatigue testing - Part 1: Testing systems

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định hai phương pháp (xem Lời giới thiệu) để xác định mối quan hệ giữa phạm vi lực động (ΔF_t) tác dụng vào mẫu thử trong thử nghiệm một trục, hình sin có biên độ không đổi và phạm vi lực do hệ thống thử nghiệm chỉ báo (ΔF_i).

Các phương pháp này áp dụng cho hệ thống thử nghiệm động lực học vận hành ở tần số cách xa các tần số cộng hưởng và có liên quan đến hệ thống thử nghiệm trong đó chưa biết các sai số đo lực động hoặc các sai số này được mong đợi vượt quá 1 % phạm vi lực tác dụng.

Các sai số đo lực động được xác định bằng cách so sánh các lực đỉnh do hệ thống thử nghiệm động lực học chỉ báo với các lực được đo bằng cơ cấu hiệu chuẩn động lực học đo biến dạng (DCD). Cơ cấu DCD này đã được hiệu chuẩn tĩnh từ trước (xem 5.2.1) đối với dụng cụ chỉ thị của hệ thống thử nghiệm.

Đối với phương pháp A (phương pháp mẫu thử sao chép), hiệu chuẩn động lực học được áp dụng trên phạm vi có hiệu lực của các tần số chỉ dùng cho loại mẫu thử này. Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào tần số được áp dụng cho hiệu chỉnh các sai số đo lực động đến 10% phạm vi lực động. Với việc sử dụng hệ số hiệu chỉnh này, sai số đo lực động của mẫu thử thực tế sẽ được giảm đi tới nhỏ hơn 1 % phạm vi lực động.

Đối với phương pháp B (phương pháp đường bao biến dạng đàn hồi), hiệu chuẩn động lực học được áp dụng trên dải các tần số thử có hiệu lực đối với các mẫu thử có độ biến dạng đàn hồi nằm giữa các biến dạng đàn hồi của hai DCD. Không áp dụng hệ số hiệu chỉnh vì phương pháp B không cho phép các sai số đo lực động vượt quá 1% phạm vi lực động.

CHÚ THÍCH: Phụ lục A đưa ra hướng dẫn khi hệ thống được hiệu chuẩn lại bằng các phương pháp được mô tả trong tiêu chuẩn này.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 10601-1 (ISO 7500-1), Vật liệu kim loại - Kiểm tra máy thử tĩnh một trục - Phần 1: Các máy thử kéo/nén - Kiểm tra và hiệu chuẩn hệ thống đo lực.

TCVN 10599-2 (ISO 4965-2), Vật liệu kim loại - Hiệu chuẩn lực động cho thử nghiệm mỏi một trục - Phần 2: Dụng cụ đo của cơ cấu hiệu chuẩn động lực học (DCD).

3. Thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu trong TCVN 10599-2 (ISO 4965-2) và các thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu sau. Hình 1 giới thiệu sơ đồ lắp đặt thiết bị cho hiệu chuẩn

Hình 1 - Sơ đồ lắp đặt thiết bị của phương pháp hiệu chuẩn theo TCVN 10599 (ISO 4965)

3.1. Hệ số hiệu chỉnh (correction factor, C)

Tỷ số giữa phạm vi (giới hạn) lực động được xác định bởi cơ cấu hiệu chuẩn động lực học (DCD), (ΔF_DCD) và phạm vi (giới hạn) lực động do hệ thống thử nghiệm chỉ báo (ΔF_i) ở cùng một tần số thử.

3.2. Cơ cấu hiệu chuẩn động lực học (dynamic calibration device)

Mẫu thử sao chép đo biến dạng (hoặc đối với phương pháp B, thiết bị thử) có cùng một khối lượng và độ biến dạng đàn hồi như các mẫu được thử, đối với phương pháp A, hoặc có biến dạng đàn hồi đã biết, đối với phương pháp B.

3.3. Lực DCD (DCD force, F_DCD)

Lực được đo bằng cơ cấu hiệu chuẩn động lực học (DCD), được tính toán từ i_DCD sau khi hiệu chuẩn tĩnh đối với hệ thống thử nghiệm.

CHÚ THÍCH: Xem công thức (2) và (3).

3.4. Chỉ báo của DCD (DCD indication, iDCD)

Tín hiệu ra của dụng cụ đo của DCD.

CHÚ THÍCH: Vì dụng cụ đo của DCD cần được hiệu chuẩn trước dựa vào các tiêu chuẩn điện cho nên chỉ thị của DCD sẽ là các đơn vị điện như mV hoặc mV/V.

3.5. Dụng cụ đo của DCD (DCD instrumentation)

Dụng cụ đo được sử dụng kết hợp cùng với DCD, bao gồm cả các bộ phận điện tử và hiển thị, xử lý tín hiệu đầu ra cầu đo biến dạng.

CHÚ THÍCH: Dụng cụ đo của DCD cũng có thể cung cấp điện áp kích thích cho DCD, nó cũng có thể hiển thị tín hiệu ra của DCD dưới dạng tỷ số mV/V.

3.6. Phạm vi lực động (dynamic force range, ΔF)

Hiệu số giữa các giá trị lớn nhất (đỉnh) và nhỏ nhất (đáy) của lực trong các điều kiện có chu kỳ.

3.7. Hệ thống thử nghiệm động lực học (indicated force, F_i)

Tổ hợp của cơ cấu dẫn động, khung chịu lực, hệ truyền động và dụng cụ đo được sử dụng để thực hiện thử nghiệm lực có chu kỳ, chỉ thị các giá trị lực tác dụng lớn nhất và nhỏ nhất.

3.8. Lực chỉ báo (indicated force, F_i)

Lực được đo bằng bộ chuyển đổi lực được hiệu chuẩn tĩnh của hệ thống thử nghiệm động lực học và được chỉ thị bằng dụng cụ đo của nó trong cả hai điều kiện tĩnh và động lực học.

3.9. Sai số chỉ thị (indication error, l_i)

Hiệu số giữa các phạm vi lực được chỉ thị bằng dụng cụ đo của hệ thống thử nghiệm và dụng cụ đo của DCD, được biểu thị là một tỷ lệ phần trăm của phạm vi lực của DCD.

3.10. Hệ truyền lực (load train)

Tất cả các bộ phận, trừ mẫu thử/DCD, truyền lực giữa cơ cấu dẫn động và khung chịu lực của hệ thống thử nghiệm động lực học, bao gồm cả bộ chuyển đổi lực, các đầu nối, đồ kẹp và các đồ gá khác.

4. Yêu cầu chung

4.1. Nhiệt độ

Phải ghi lại nhiệt độ môi trường xung quanh ở đó thực hiện hệ thống thử nghiệm động lực học một trục. Việc hiệu chuẩn nên được thực hiện ở một môi trường không thay đổi và cần chú ý che chắn bảo vệ cho DCD không bị kéo và bị chiếu trực tiếp của ánh sáng mặt trời.

4.2. Hệ thống thử nghiệm động lực học

4.2.1. Hiệu chuẩn tĩnh

Hệ thống thử nghiệm động lực học phải có chứng chỉ về dòng điện của hiệu chuẩn tĩnh theo TCVN 10600-1 (ISO 7500-1), cấp 1 hoặc chính xác hơn đối với các điều kiện chất tải có liên quan.

4.2.2. Tần số hiệu chuẩn

Hệ thống thử nghiệm động lực học phải được hiệu chuẩn động lực học trên dải tần số ở đó thực hiện thử nghiệm động lực học, trừ bất cứ các tần số thử nghiệm nào mà ở đó cộng hưởng của hệ thống ảnh hưởng đến độ chính xác đo lực như đã quy định trong 5.1.1. Khuyến nghị rằng, để duy trì các sai số biên độ nhỏ hơn 0,2% thì tần số thử lớn nhất không vượt quá 25% dải thông của dụng cụ đo trong hệ thống thử nghiệm (xem Phụ lục B) đối với hệ thống lọc hai cực, hoặc 6% của dải thông này đối với hệ thống lọc một cực.

Quá trình lọc các lực đo được có ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác động lực học của các lực đo này. Vì vậy, bất cứ bộ lọc nào cũng phải được đưa vào trước khi tiến hành hiệu chuẩn động lực học. Việc hiệu chuẩn chỉ có hiệu lực với các bộ lọc được sử dụng tại thời điểm hiệu chuẩn.

Nếu sử dụng phương pháp B, phải sử dụng cùng một dải tần số cho mỗi một trong hai cơ cấu hiệu chuẩn động lực học (DCD). Cộng hưởng của hệ thống dẫn đến các vùng cục bộ có sai số tăng. Phải chú ý nhận dạng các vùng này với cả hai DCD sao cho thử nghiệm thực tế không được thực hiện ở các tần số ở đó xuất hiện các sai số quá mức.

4.2.3. Phạm vi của lực động

Các mức đầu cuối của lực chỉ thị được sử dụng cho quy trình hiệu chuẩn động lực học phải nằm trong phạm vi của lực hiệu chuẩn tĩnh của hệ thống thử nghiệm động lực học, và tại các giá trị đỉnh cho trước đối với mẫu thử. Phạm vi lực hiệu chuẩn động lực học phải ở giữa 10% và 100% của mỗi phạm vi động lực học của DCD. Phạm vi lực động phải qua điểm không hoặc chỉ kéo, hoặc chỉ nén. Hiệu chuẩn động lực học chỉ với kéo sẽ không có hiệu lực đối với nén và ngược lại. Hiệu chuẩn động lực học qua điểm không kiểm tra được cả kéo và nén. Tiêu chuẩn này đòi hỏi, nếu chỉ sử dụng một phạm vi lực cho hiệu chuẩn động lực học thì tại mỗi tần số thử phải có quan hệ tuyến tính (mặc dù có khả năng khác nhau) giữa lực tác dụng và chuyển vi của cơ cấu dẫn động - một cách để chứng minh yêu cầu này có thể được ghi lại và sau đó sẽ biểu đồ vị trí của cơ cấu dẫn động như một hàm số của lực tác dụng trong quá trình hoặc tiếp sau hiệu chuẩn lực tĩnh của máy.

CHÚ THÍCH: Các sai số do quán tính tỷ lệ với gia tốc và do đó cũng tỷ lệ với chuyển vị - mối quan hệ tuyến tính giữa lực và chuyển vị bảo đảm rằng các sai số do quán tính tỷ lệ với lực và vì thế là một tỷ lệ không đổi của phạm vi lực để thực hiện sự hiệu chuẩn chỉ trên một phạm vi lực.

Nếu không có mối quan hệ tuyến tính giữa lực tác dụng và chuyển vị của cơ cấu dẫn động, cần có nhiều hiệu chuẩn phạm vi lực động trước khi hệ thống được đưa vào hiệu chuẩn động lực học.

Các giá trị đỉnh và đáy được sử dụng nên ở trong phạm vi làm việc của thiết bị hiệu chuẩn.

Trong phương pháp B, các phạm vi lực động được sử dụng cho hai DCD có thể khác nhau, nhưng phải sử dụng cùng một dải tần số.

4.2.4. Hệ truyền lực

Đối với phương pháp A, phải sử dụng các đồ gá và phụ tùng cho hệ truyền lực trong thử nghiệm động lực học thực tế, và DCD phải có cùng một khối lượng, độ biến dạng đàn hồi và chống rung như các mẫu thử được thử (nghĩa là DCD nên là một mẫu chuẩn có gắn các ten xơ met)

Đối với phương pháp B, phải thực hiện sự hiệu chuẩn khi sử dụng một hệ truyền lực có khối lượng lớn nhất trong thử nghiệm tiếp sau vì có thể giảm tới mức tối thiểu sự phát sinh các sai số do quán tính. Sự thay đổi đáng kể của biến dạng đàn hồi của hệ truyền lực cũng sẽ ảnh hưởng tới các sai số động lực học được tạo ra.

Nếu máy được sử dụng để thử các mẫu thử khi sử dụng hệ truyền lực có các giá trị biến dạng đàn hồi khác nhau (ví dụ, bằng cách lắp các cần cho sử dụng trong lò) thì phải thực hiện các bước sau:

- Xác định biến dạng đàn hồi (C1) của DCD có biến dạng đàn hồi nhỏ (nhà sản xuất nên sẵn có giá trị này).

- Xác định phạm vi của các biến dạng đàn hồi (Δ_C = C_max - C_min) của các hệ truyền lực được sử dụng (có thể thực hiện yêu cầu này bằng cách đo chuyển vị của cơ cấu dẫn động ở cùng một lực, với cùng một mẫu thử).

- Nếu Δ_C > C₁/10, phải sử dụng cả hai DCD để hiệu chuẩn máy khi sử dụng cả hai hệ truyền lực có biến dạng đàn hồi lớn nhất và hệ truyền lực có biến dạng đàn hồi nhỏ nhất.

4.2.5. Lắp ráp cơ cấu hiệu chuẩn động lực học (DCD)

DCD phải được lắp trong hệ truyền lực và được kẹp chặt ở cùng một vị trí như mẫu thử trong thử nghiệm thực tế.

4.2.6. Hệ thống thử nghiệm động lực học

Hệ thống thử nghiệm động lực học phải có khả năng điều khiển và tác dụng một lực lặp lại theo chu kỳ trên mẫu thử và đọc được lực có chu kỳ này. Sử dụng một máy phát sóng được tích hợp với hệ thống thử hoặc được nối với bên ngoài với hệ thống thử để cung cấp sóng thử nghiệm có chu kỳ. Phải đo và ghi lại phạm vi lực thử đạt được và các mức giới hạn của lực thử. Hệ thống thử nghiệm động lực học phải có khả năng tác dụng một cách thích hợp các mức giới hạn lặp lại của lực trong toàn bộ quá trình thử nghiệm. Các lực đỉnh (cực đại) và đáy (cực tiểu) đã được chỉ thị bởi hệ thống thử nghiệm động lực học phải được lặp lại trong phạm vi sai lệch 1% của phạm vi lực tác dụng cho mỗi chu kỳ trong toàn bộ quá trình thử nghiệm. Điều 5.1.2 quy định quy trình được dùng để thử xem yêu cầu này có được đáp ứng hay không.

4.2.7. Dụng cụ đo của DCD

Dụng cụ đo của DCD phải được hiệu chuẩn phù hợp với TCVN 10599-2 (ISO 4965-2). Đối với dụng cụ đo được hiệu chuẩn khi sử dụng một điện áp kích thích danh định và sự hiển thị các đơn vị điện áp, phải sử dụng giá trị của điện áp kích thích trong hiệu chuẩn hệ thống thử nghiệm. Đối với dụng cụ đo có điện áp kích thích riêng và có chỉ thị theo mV/V, phải sử dụng cùng các giá trị chỉnh đặt trong quá trình hiệu chuẩn hệ thống đo lực của hệ thống thử nghiệm động lực học như đã được sử dụng trong quá trình hiệu chuẩn dụng cụ đo của DCD theo TCVN 10599-2 (ISO 4965-2).

5. Quy trình

5.1. Kiểm tra ban đầu

5.1.1. Dải thông của hệ thống

Mục đích của phép kiểm tra này là xác định dải tần số để kiểm tra hệ thống thử nghiệm. Có thể sử dụng một kỹ thuật để kiểm tra động lực học toàn bộ hệ thống đo (các ảnh hưởng cơ và điện) là làm đứt gãy một mẫu thử giòn (trong điều kiện kiểm soát chuyển vị) và ghi lại sự thay đổi đột ngột của tín hiệu lực. Dải thông có thể được tính toán sau đó như trong Phụ lục B, phụ lục này cũng đưa ra hướng dẫn về đánh giá dải thông của dụng cụ đo trong hệ thống thử nghiệm.

Cũng có thể sử dụng kỹ thuật khác để xác định các dải tần số có hiệu lực là thực hiện sự xê dịch (quét) tần số, kỹ thuật này cho phép nhận dạng các vùng sai số cục bộ không tuân theo xu hướng chung do sự hiện diện của các tần số cộng hưởng quan trọng. Tăng tần số thử một cách từ từ, với phạm vi lực có chu kỳ cố định ở một biên độ vừa phải, theo cách liên tục hoặc từng bước nhỏ từ nhỏ nhất tới lớn nhất của phạm vi hiệu chuẩn tần số thử, với mỗi DCD được lắp trong hệ truyền lực. Đọc và ghi lại các tín hiệu ra đỉnh và/hoặc đáy của DCD, tại mỗi tần số thử. Vẽ biểu đồ biên độ của các giá trị đo được đối với tần số, điều chỉnh cho thích hợp đường cong cho các điểm dữ liệu và nhận dạng các giá trị riêng có sai lệch so với xu hướng chung lớn hơn 5% giá trị của chúng - các thay đổi chuyển tiếp này có thể chỉ báo sự cộng hưởng của hệ thống. Nếu phát hiện ra bất cứ thay đổi chuyển tiếp nào, cần giảm dải tần số thử được kiểm tra để tránh các tần số cộng hưởng của hệ thống. Khi sử dụng phương pháp B, phải tránh bất cứ các tần số cộng hưởng nào của hệ thống được chỉ báo trong quá trình sử dụng DCD trong thử nghiệm thực tế.

Nên thực hiện sự xê dịch (quét) tần số thử trong điều chỉnh lực để bảo đảm độ phân giải thích hợp của điều chỉnh.

Để tránh cộng hưởng cho hệ thống, có thể kiểm tra các hệ thống thử nghiệm trên nhiều hơn một dải tần số thử, như vậy tránh được các tần số cộng hưởng giới hạn của hệ thống. Ví dụ, hệ thống thử nghiệm có thể được kiểm tra giữa các tần số 0 Hz và 23 Hz và giữa 37 Hz và 100 Hz để tránh tần số cộng hưởng giới hạn của hệ thống là 30 Hz. Sau đó, không cho phép thử nghiệm thực tế trong dải từ 23 Hz đến 37 Hz, dải tần trong đó tín hiệu ra sai lệch một cách đáng kể so với xu hướng chung như đã minh họa trên Hình 2.

CHÚ DẪN:

x Tần số, tính bằng Hz

y Tín hiệu ra tiêu chuẩn hóa

Hình 2 - Ví dụ về biểu đồ minh họa dải tần số cần được tránh sử dụng do đặc tính cộng hưởng

CHÚ THÍCH 1: Giám sát sự méo dạng sóng tại mỗi tần số thử có xê dịch có thể được thực hiện bởi dụng cụ trợ giúp nhận dạng các tần số cộng hưởng của hệ thống, mặc dù các dụng cụ thực hiện việc giám sát này một cách toàn diện là các dụng cụ tiên tiến. Nếu sự méo biểu thị dạng một biểu đồ dao động đơn giản thì hệ thống thử không hoạt động một cách hoàn toàn chính xác.

CHÚ THÍCH 2: Các phương pháp khác để xác định các dải tần số chủ yếu được quan tâm đang được triển khai. Các phương pháp này bao gồm việc xác định phép biến đổi nhanh Fourier (FFT) của chỉ thị lực của máy khi đưa một tín hiệu vào dạng bước cho cơ cấu dẫn động trong trường hợp không có mẫu thử và xác định FFT của tốc độ lực khi đưa một tín hiệu vào dạng bước của lực cho một mẫu thử - và các phương pháp này cũng có thể được sử dụng để xác định các dải tần số hiệu chuẩn có hiệu lực. Các phương pháp này cũng có thể được sử dụng để xác định ảnh hưởng của vị trí con trượt của máy thử. Để có thêm chi tiết, có thể tham khảo tài liệu tham khảo [1].

CHÚ THÍCH 3: Phương pháp khác có thể cho thông tin về sự hiện diện của các tần số cộng hưởng là vẽ biểu đồ của lực/chuyển vị trong khi xê dịch (quét) dải tần số. Diện tích của vòng từ trễ rất có thể tăng lên một cách đáng kể gần tới cộng hưởng và có thể biểu thị là một hình phẳng dạng số 8 co sóng hài cao hơn.

5.1.2. Tính lặp lại của lực tác dụng

Xác lập tính lặp lại của lực tác dụng cho hệ thống thử nghiệm động lực học khi được đo bằng hệ thống đo lực riêng của hệ thống thử nghiệm. Tại mỗi tần số kiểm tra, chu kỳ của hệ thống thử nghiệm động lực học tối thiểu phải là 50 lần và ghi lại các giá trị giới hạn đỉnh và đáy tương ứng của mỗi chu kỳ, khi được đo bằng hệ thống đo lực. Các mức giới hạn này không được thay đổi lớn hơn 1% tổng phạm vi lực được tác dụng tại tất cả các tần số kiểm tra.

5.2. Quy trình hiệu chuẩn

5.2.1. Hiệu chuẩn tĩnh của DCD

5.2.1.1. Hiêu chuẩn tĩnh cho DCD đối với dụng cụ chỉ thị của hệ thống thử nghiệm động lực học, khi sử dụng phạm vi lực được xác định trong 4.2.3 bằng cách quay vòng chậm theo chu kỳ lực ở giữa các mức giới hạn trên và giới hạn dưới của lực ít nhất là ba lần và sau đó giữ lực không thay đổi trên hệ thống thử nghiệm và đọc chỉ báo của DCD. Lấy số đọc ở bốn giá trị lực tĩnh sau:

a) lực đỉnh (cực đại) + 5% phạm vi lực [ = (p+5)];

b) lực đỉnh (cực đại) - 5% phạm vi lực [ = (p-5)];

c) lực đáy (cực tiểu) + 5% phạm vi lực [ = (v+5)];

d) lực đáy (cực tiểu) - 5% phạm vi lực [ = (v-5)].

Khi phạm vi lực động đi qua điểm không [kéo (dương) và nén (âm)] cần sử dụng các mức giới hạn ở trên.

Khi phạm vi lực động chỉ là lực kéo và [lực cực tiểu -5% phạm vi lực] giá trị ở dưới điểm không thì nên sử dụng giá trị lực không (zero).

Khi phạm vi lực động chỉ là lực nén và [lực cực đại +5% phạm vi lực] giá trị ở trên điểm không thì nên sử dụng giá trị lực không (zero).

Lực chỉ thị                                                                               Chỉ thị của DCD

F_i (p+5)                         (lực đỉnh + 5% phạm vi lực)                   i_DCD [p + 5]

F_i (p-5)                          (lực đỉnh - 5% phạm vi lực)                    i_DCD [p - 5]

F_i (v+5)                         (lực đáy + 5% phạm vi lực)                    i_DCD [v + 5]

F_i (v-5)                          (lực đáy - 5% phạm vi lực)                     i_DCD [v - 5]

5.2.1.2. Lặp lại 5.2.1.1 hai lần để tạo ra ba bộ số đọc và sau đó xác định giá trị trung bình của ba bộ số đọc này.

5.2.1.3. Nếu sử dụng phương pháp B, lặp lại 5.2.1.1 và 5.2.1.2 đối với DCD thứ hai.

5.2.1.4. Đối với cả hai mức lực đỉnh (cực đại) và đáy (cực tiểu), tính toán các hệ số của đường thẳng nối hai giá trị liền kề để cho quan hệ lực tĩnh giữa chỉ thị của DCD và chỉ thị lực của hệ thống thử động lực học khi sử dụng các giá trị được tính toán trung bình đã xác định trong 5.2.1.2. Đối với các mức lực đỉnh:

F_DCD (p) = m_p. i_DCD + c_p                                                                                       (1)

Trong đó:

Đối với các mức lực đáy

F_DCD (v) = m_v. i_DCD + c_v                                                                                       (2)

Trong đó:

5.2.2. Hiệu chuẩn động lực học chỉ thị lực của hệ thống thử nghiệm

5.2.2.1. Lấy các số đọc của các giá trị lực đỉnh và đáy từ dụng cụ chỉ thị lực của hệ thống thử nghiệm động lực học (F_i) và từ DCD (i_DCD) tại mỗi một trong năm tần số thử nghiệm tăng được phân bố xấp xỉ bằng nhau (theo đường thẳng hoặc logarit) trên dải tần được xác định trong 4.2.2 và tại bốn tần số thử nghiệm giảm ở gần giữa khoảng cách của các tần số thử nghiệm này. Khi thử nghiệm được hiệu chuẩn trên nhiều hơn một dải tần, do sự hiện diện của các tần số cộng hưởng, phải áp dụng ba tần số thử tăng và hai tần số thử giảm trong mỗi dải tần. Biên độ lực của thử nghiệm nên theo xác định trong 4.2.3

Cho phép bố trí hệ thống thử nghiệm tại mỗi tần số mới trước khi lấy số đọc đỉnh và đáy.

5.2.2.2. Nếu sử dụng phương pháp B, lặp lại 5.2.2.1 khi sử dụng DCD thứ hai.

6. Tính toán các kết quả

6.1. Tính toán các lực DCD và các phạm vi lực đo được

Tính toán các giá trị lực của DCD (F_DCD) tại mỗi đỉnh và đáy động lực học từ các chỉ thị của DCD (i_DCD) và các hệ số được xác định trong 5.2.1.4 và sau đó tính toán phạm vi lực của DCD (ΔF_DCD) khi sử dụng công thức (3) và phạm vi lực chỉ thị (ΔF_i) khi sử dụng công thức (4):

ΔF_DCD = F_DCD (p) - F_DCD (v)                                                                                  (3)

ΔF_i = F_i (p) - F_i (v)                                                                                              (4)

6.2. Mẫu thử sao chép - phương pháp A

Tính toán hệ số hiệu chỉnh (C) ở mỗi tần số theo công thức (5)

(5)

Đối với các điều kiện vận hành trong đó sai số của lực động nhỏ hơn 1% phạm vi lực tác dụng (nghĩa là, các hệ số hiệu chỉnh động lực học ở giữa 0,99 và 1,01), không yêu cầu phải hiệu chỉnh phạm vi lực động cho thử nghiệm. Đối với các điều kiện vận hành, trong đó sai số của lực động lớn hơn 1% nhưng nhỏ hơn 10% phạm vi lực tác dụng (nghĩa là hệ số hiệu chỉnh ở giữa 0,90 và 0,99 hoặc ở giữa 1,01 và 1,10), phải áp dụng hệ số hiệu chỉnh. Đối với các điều kiện vận hành, trong đó sai số của lực động vượt quá 10% (nghĩa là hệ số hiệu chỉnh nhỏ hơn 0,90 hoặc lớn hơn 1,10) thì hệ thống thử nghiệm động lực học phải được xem là không hiệu chuẩn được và không nên sử dụng hệ thống này cho thử nghiệm. Một khi hệ số hiệu chỉnh được áp dụng thì sai số của lực động của mẫu thử thực tế sẽ được giảm xuống nhỏ hơn 1% phạm vi của lực động.

Hệ số hiệu chỉnh có thể được biểu thị như một đường cong được vẽ theo đồ thị đối với tần số (một ví dụ lý tưởng được cho trên Hình 3) hoặc như một hàm điều chỉnh thích hợp nhất trên dải tần được hiệu chuẩn khi tránh được bất cứ tần số cộng hưởng tới hạn nào của hệ thống được xác định trong 5.1.2.

CHÚ DẪN:

x tần số

y hệ số hiệu chỉnh

Hình 3 - Ví dụ về một kết quả hiệu chuẩn của phương pháp A

6.3. Đường bao biến dạng đàn hồi - phương pháp B

Tính toán sai số chỉ thị, e_i, tại mỗi tần số theo công thức (6)

(6)

Các sai số chỉ thị được xác định khi sử dụng hai DCD được vẽ đồ thị đối với tần số để xác định phạm vi hiệu chuẩn trên đó có thể sử dụng hệ thống thử nghiệm động lực học cho thử nghiệm thực tế (xem các Hình 4 và 5). Phạm vi hiệu chuẩn của hệ thống thử nghiệm là phạm vi trong đó không có các sai số của lực động nào vượt quá 1% phạm vi lực tác dụng. Nếu độ chênh lệch về biến dạng đàn hồi giữa hai DCD là nhỏ thì chúng sẽ có thể có các đường cong dạng tương tự nhau (dạng lý tưởng) được chỉ dẫn trên Hình 4, trong đó cả hai sai số có thể là tăng hoặc giảm với tần số tăng. Nếu có độ chênh lệch lớn giữa các biến dạng đàn hồi của chúng thì một DCD có thể có sai số tăng với tần số tăng và DCD kia có thể có sai số giảm với tần số tăng (vẫn là dạng đường cong lý tưởng) như đã chỉ dẫn trên Hình 5. Các giới hạn của tần số thử thực tế được xác định sao cho sai số không vượt quá 1% phạm vi lực động. Không cho phép thực hiện thử nghiệm thực tế ở bất cứ tần số nào ở đó sai số của mỗi DCD vượt quá 1% phạm vi lực động.

CHÚ DẪN:

x tần số

y sai số chỉ thị, %

---- DCD có biến dạng đàn hồi nhỏ hơn

- - DCD có biến dạng đàn hồi lớn hơn

Hình 4 - Đường bao hiệu chuẩn điển hình cho một thay đổi nhỏ của biến dạng đàn hồi giữa hai DCD có biến dạng đàn hồi thấp

 

CHÚ DẪN:

x tần số

y sai số chỉ thị, %

--- DCD có biến dạng đàn hồi nhỏ hơn

- - DCD có biến dạng đàn hồi lớn hơn

Hình 5 - Đường bao hiệu chuẩn điển hình cho một thay đổi lớn của biến dạng đàn hồi giữa hai DCD

7. Báo cáo

7.1. Thông tin chung

Báo cáo phải có các thông tin sau:

a) Các chỉ thị của lực và phạm vi chỉ thị được kiểm định;

b) Dải tần số trên đó thực hiện việc kiểm định;

c) Hệ thống thử nghiệm, bao gồm nhà sản xuất, số hiệu mẫu (model), số loạt và các bộ phận nhận dạng cho tất cả các bộ phận cấu thành của hệ truyền lực.

d) Khối lượng của các bộ phận trong hệ truyền lực giữa cảm biến tải trọng và mẫu thử;

e) Hình học, vật liệu, biến dạng đàn hồi và bộ phận nhận dạng duy nhất cho mỗi cơ cấu hiệu chuẩn động lực học được sử dụng, bao gồm cả nhà sản xuất và số loạt;

f) Tiêu chuẩn dùng cho hiệu chuẩn tĩnh hệ thống thử nghiệm [nghĩa là TCVN 10600-1 (ISO 7500-1)], cấp đạt được và ngày hiệu chuẩn tĩnh;

g) Nhiệt độ môi trường xung quanh tại thời điểm hiệu chuẩn;

h) Tên của tổ chức thực hiện hiệu chuẩn;

i) Ngày hiệu chuẩn;

j) Viện dẫn tiêu chuẩn này, nghĩa là TCVN 10599-1 (ISO 4965-1)

7.2. Kết quả của hiệu chuẩn động lực học

Báo cáo phải bao gồm các kết quả hiệu chuẩn sau:

a) Đối với phương pháp A, dải tần số có hiệu lực trong đó không cần phải có hệ số hiệu chỉnh, nếu thích hợp, hệ số hiệu chỉnh thu được và dải tần số có hiệu lực của nó;

b) Đối với phương pháp B, dải tần số trong đó tất cả các sai số chỉ thị động lực học nhỏ hơn 1% phạm vi lực;

c) Bất cứ sự quan trắc nào, lời ghi chú hoặc kiến nghị có liên quan đến kiểm tra động lực học.

7.3. Hiệu chuẩn lại

Báo cáo phải bao gồm hướng dẫn về hiệu chuẩn lại như đã cho trong Phụ lục A.

 

Phụ lục A
(Quy định)

Hướng dẫn hiệu chuẩn lại dùng cho người sử dụng

Báo cáo phải bao gồm hướng dẫn sau cho người sử dụng về hiệu chuẩn lại máy thử.

a) Hiệu chuẩn động lực học được yêu cầu ở các khoảng thời gian không vượt quá 12 tháng.

b) Hiệu chuẩn động lực học lại được yêu cầu nếu có bất cứ thay đổi nào có thể có ảnh hưởng đáng kể tới chỉ thị lực động, ví dụ, nếu máy đã được di chuyển hoặc có thay đổi về lắp đặt. Đối với các hiệu chuẩn theo phương pháp A, cần hiệu chuẩn động lực học lại nếu hệ truyền lực đã thay đổi. Đối với các hiệu chuẩn theo phương pháp B, cần hiệu chuẩn động lực học lại nếu biến dạng đàn hồi của hệ truyền lực hoặc của mẫu thử nằm ngoài phạm vi hiệu chuẩn có hiệu lực. Thay đổi vị trí con trượt của đầu kéo cũng có thể ảnh hưởng đến đặc tính động lực học của máy. Nếu không thể chứng minh được rằng ảnh hưởng của bất cứ thay đổi nào về vị trí con trượt của đầu kéo là không đáng kể thì máy cũng có thể cần phải hiệu chuẩn lại.

CHÚ THÍCH: Đã chứng minh được rằng lắp đặt hệ thống thử nghiệm là một đóng góp chủ yếu vào các sai số quán tính. Vật liệu, chiều dày và biến dạng của sàn cũng có ảnh hưởng quan trọng. Để hiệu chuẩn, các trang thiết bị, phụ tùng cho lắp đặt hệ thống thử nghiệm được xem là bao gồm sàn trên đó đặt hệ thống và bất cứ kết cấu nào giữa sàn và chân của hệ thống thử nghiệm (ví dụ, các đệm cao su và các vật liệu giảm chấn khác).

 

Phụ lục B
(Tham khảo)

Hướng dẫn về đánh giá dải thông của dụng cụ đo trong hệ thống thử nghiệm

Để đánh giá dải thông cho vận hành của dụng cụ đo trong hệ thống thử nghiệm, có thể thực hiện phép đo đáp ứng của dụng cụ đo đối với thay đổi từng bước của tín hiệu vào. Có thể tạo ra sự thay đổi từng bước (khi không có mẫu thử) bằng cách đóng một mạch shunt đặt qua cầu đo của cảm biến tải trọng và ghi lại sự thay đổi đột ngột của tín hiệu lực. Cần thiết phải bắt được đáp ứng ở một tốc độ lấy mẫu đủ cao để bảo đảm có thể thực hiện được phép đo chính xác thời gian tăng. Dải thông, w tính bằng hertz (Hz) được tính toán sau đó theo công thức (B.1)

(B.1)

Trong đó t_{10 - 90} là thời gian tăng, tính bằng giây giữa các giá trị thay đổi từng bậc 10% và 90%.

CHÚ THÍCH: Để có thông tin chi tiết hơn, xem tài liệu tham khảo [2]

 

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] http://dfv.wikidot.com (có hiệu lực từ 11/04/2012)

[2] ASTM E 1942-98, Standard guide for evaluating data acquisition systems used in cyclic fatigue and fracture mechanics testing.

[3] Dixon, M.J. Dynamic force measurement. In: B.F.DYSON, M.S. OVEDAY and M.G.GEE, eds.Materials Metrology and Standard for Structural Performance. London: Chapman and Hall, 1995, Chapter 4.

[4] KUMME, R. Investigation of the comparison method for the dynamic calibration of force tranducers, Measurement, 23 (1998), pp. 239-245.

[5] KUMME, R. Dissertation, Technische Universität Braunschweig, 1996 (PTB - Bericht MA-48), ISBN 3-89429-744-1, 170 p.