Gerinim Ölçer Rozeti Nedir?

Bir parçanın üzerindeki gerilimin hangi yönde en büyük olduğunu bilmiyorsanız, tek bir gerinim ölçer size yanıltıcı bir güven verir: ölçtüğü değer doğrudur, ama ölçtüğü yön yanlış olabilir. Rozetler tam olarak bu sorunu çözmek için geliştirilmiştir.

Rozet, farklı yönlerdeki gerinimleri ölçmek için yakın konumlandırılmış iki veya daha fazla ölçerin düzenlenmesidir. Belirli kuvvet kombinasyonlarının dik düzlemlerde gerilim ürettiğinin anlaşılmasıyla iki eksenli gerilim analizi gerekliliği doğmuştur.

Tek ölçerin sınırı nerede başlar

Tek ızgaralı bir ölçer, yalnızca kendi ekseni doğrultusundaki gerinimi verir. Eksenel yüklenen düz bir çubukta bu yeterlidir, çünkü asal yön bellidir. Ancak gerçek parçalarda durum nadiren bu kadar temizdir: bir bağlantı kulağı, bir kaynak dikişi çevresi, bir basınçlı kap cidarı veya bir dişli gövdesi üzerinde gerilim hem büyüklük hem yön olarak noktadan noktaya değişir.

Böyle bir noktada tek ölçerle yapılan ölçüm, asal gerinimin ölçer eksenine izdüşümünü verir. Ölçerin ekseni asal yönle çakışmıyorsa sonuç gerçek tepe değerin altında kalır ve bu eksiklik hesapla fark edilemez. İki eksenli gerilim durumunu çözmek için, düzlemdeki gerinim durumunu tanımlayan üç bağımsız bileşenin bilinmesi gerekir; bu da en az üç farklı yönde ölçüm anlamına gelir.

Rozet tipleri

Dikdörtgen ve delta rozetler aynı problemi çözer; fark, hata duyarlılığının yönlere göre dağılımındadır. Delta düzeni açıları eşit böldüğü için hesaplanan asal yönün belirsizliği yöne daha az bağımlıdır. Dikdörtgen düzen ise değerlendirme formülleri daha sade olduğu ve hizalaması kolay olduğu için sahada daha yaygındır. Kalıntı gerilim ölçümü için geliştirilmiş özel geometriler artık gerilim rozetleri kategorisinde yer alır.

Ölçülen gerinimden asal gerilime

Rozetin verdiği üç okuma doğrudan gerilim değildir; bunlar üç farklı yöndeki gerinimlerdir. Değerlendirme iki aşamada yapılır.

1. Gerinim durumunun çözülmesi: Üç okumadan, düzlemdeki asal gerinimler ve asal yönün açısı hesaplanır. Bu adım yalnızca geometriye bağlıdır, malzeme bilgisi gerektirmez.
2. Gerilime geçiş: Asal gerinimlerden asal gerilimlere geçmek için malzemenin elastisite modülü ve Poisson oranı kullanılır. Bu adım malzeme bilgisine bağlıdır ve iki eksenli durumda tek eksenli formül kullanmak belirgin hata üretir.

Uygulamada en sık yapılan hata ikinci adımda ortaya çıkar: ölçülen gerinim, elastisite modülüyle doğrudan çarpılarak gerilime çevrilir. Bu yaklaşım yalnızca tek eksenli gerilim durumunda geçerlidir. İki eksenli bir alanda dik yöndeki gerilimin Poisson etkisiyle katkısı hesaba katılmadığında sonuç sistematik olarak kayar.

Değerlendirmeden önce netleştirilecekler

• Malzemenin elastisite modülü ve Poisson oranı gerçekten biliniyor mu, yoksa kataloğa mı güveniliyor?
• Malzeme izotropik mi? Kompozitlerde yön bağımlılığı ayrı bir model gerektirir.
• Ölçüm elastik bölgede mi kalıyor? Plastik deformasyon başladığında elastik ilişki geçersizdir.
• Rozetin ızgara numaralandırması ve dönme yönü, kullanılan formülle uyumlu mu?

Üst üste mi, yan yana mı

Rozetler iki temel yerleşimle üretilir. Yan yana (düzlemsel) düzende ızgaralar aynı taşıyıcı üzerinde birbirinin yanında durur; üst üste düzende ise ızgaralar ince yalıtım katmanlarıyla ayrılmış olarak birbirinin üzerine yerleştirilir.

Üst üste düzenin avantajı, üç ızgaranın da neredeyse aynı noktayı ölçmesidir; gerinim gradyanının dik olduğu bölgelerde bu belirleyicidir. Dezavantajı, üstteki ızgaraların yüzeyden uzaklaşması ve ısı dağılımının zorlaşmasıdır; bu da özellikle ısıyı kötü ileten malzemelerde ısınma kaynaklı kaymaya yol açabilir. Yan yana düzen ise ısıl açıdan rahattır ama üç ızgara farklı noktaları ölçer; gradyanlı alanlarda bu fark hataya dönüşür.

Malzemeye göre sıcaklık uyumu

Rozetler de tekil ölçerler gibi, üzerine yapıştırıldıkları malzemenin ısıl genleşmesine uyacak şekilde seçilmelidir. Uyumsuzluk, yük olmadan da sinyal üreten görünür gerinime yol açar ve üç ızgarayı birlikte etkilediği için asal yön hesabını da bozar.

Uygulamada karşılaşılan başlıca malzeme grupları ferritik çelik, östenitik paslanmaz çelik, alüminyum ve titanyumdur; bu grupların ısıl genleşme katsayıları belirgin biçimde farklıdır ve her biri için ayrı kompanzasyon sınıfı gerekir. Özellikle ferritik ve östenitik çeliğin karıştırılması, malzemelerin görünüşte benzer olması nedeniyle sık rastlanan bir hatadır.

HBK, hem bilinen hem bilinmeyen asal yönler için rozet konfigürasyonları sunar. Deneysel gerilim analizinde yaygın kullanılan poliimid taşıyıcılı Y serisi ve diğer aileler için gerinim ölçerler kategorisine bakabilirsiniz.

Montaj ve ölçüm zincirinde dikkat edilecekler

Rozet montajı tekil ölçer montajıyla aynı adımları izler; fark, hizalamanın çok daha kritik olmasıdır. Rozetin referans ızgarası, değerlendirmede kullanacağınız açı referansıyla hizalanmalı ve bu referans ölçüm kaydına yazılmalıdır. Aylar sonra veriyi açan mühendisin hangi ızgaranın hangi yön olduğunu tahmin etmesi gerekmemelidir.

Elektriksel tarafta her ızgara ayrı bir kanal ister. Üç ızgaralı bir rozet üç köprü kanalı demektir; birkaç ölçüm noktası hızla kanal sayısını büyütür. Bu nedenle çok kanallı köprü modülleri tercih edilir; MX1615B gibi modüller ve QuantumX ailesi bu iş için kullanılır. Üç kanalın da aynı besleme, aynı filtre ve aynı örnekleme yapılandırmasıyla çalışması gerekir; kanallar arasındaki filtre farkı, dinamik ölçümlerde asal yön hesabını bozar.

Yapıştırıcı ve koruyucu kaplama seçiminde rozetin kapladığı alanın büyüklüğü de hesaba katılmalıdır; geniş alanlarda kaplamanın kenarlarından nem girişi daha olasıdır. Tamamlayıcı ürünler gerinim ölçer aksesuarları kategorisinde bulunur.

Rozetin tipik kullanım alanları

Rozet gerektiren durumlar birkaç tipik başlık altında toplanır ve bu başlıklar seçim yaparken iyi bir kontrol listesi oluşturur.

• Kaynak dikişi çevresi: Kaynak geçişlerinde gerilim hem yön hem büyüklük olarak hızla değişir; asal yön önceden kestirilemez.
• Basınçlı kaplar ve borular: Cidarda çevresel ve eksenel gerilim aynı anda bulunur; iki bileşeni ayırmak gerekir.
• Bağlantı ve kulak geometrileri: Delik kenarlarında gerilim yığılması yönlüdür ve geometriye bağlıdır.
• Kalıntı gerilim ölçümü: İmalat sonrası malzemede kalan gerilimlerin büyüklüğü ve yönü delik delme yöntemiyle belirlenir.
• Sonlu elemanlar modelinin doğrulanması: Modelin yalnızca büyüklüğü değil, asal yönü de doğru tahmin edip etmediği ancak rozetle sınanabilir.

Son madde çoğu zaman en değerlisidir. Bir modelin gerilim büyüklüğünü tutturması, sınır koşullarını doğru kurduğu anlamına gelmez; asal yönün de örtüşmesi, modelin yükleme senaryosunu doğru temsil ettiğinin güçlü bir göstergesidir.

Ne yapmalı

Ölçüm noktanızda asal yönleri biliyor musunuz? Bu sorunun cevabı rozet seçiminizi tek başına belirler. Biliyorsanız T rozet yeterlidir ve daha az kanal, daha basit değerlendirme demektir. Bilmiyorsanız üç ızgaralı bir rozete ihtiyacınız vardır ve değerlendirme için malzeme sabitlerini önceden temin etmeniz gerekir.

Kararınızı verirken ölçer seçiminin genel kriterlerini gerinim ölçer seçimi yazımızda, montaj ve hata kaynaklarını ise gerinim ölçer temelleri yazımızda bulabilirsiniz. Yapısal test kurgusu için mekanik test çözümleri sayfasına göz atabilir, uygulamanıza özel konfigürasyon için bize ulaşabilirsiniz.

Kaynak: HBK