ماشین تست جهانی در مقابل ماشین تست فشرده سازی توضیح داده شده است

الف دستگاه تست جهانی (UTM) آزمایش‌های کشش، فشار، خمش، برش و لایه‌برداری را روی یک پلت فرم انجام می‌دهد. دستگاه تست فشرده سازی فقط بارگذاری فشاری را انجام می دهد. UTM ابزار توانمندتر و گران‌تر است: قاب دو ستونی یا چهار ستونی، محرک دو طرفه و سیستم دستگیره قابل تعویض به آن اجازه می‌دهد جهت نیرو را معکوس کند و تقریباً هر هندسه آزمایشی را در خود جای دهد. دستگاه تست تراکم فقط برای بار فشاری رو به پایین ساخته شده است - هیچ مکانیزمی برای اعمال نیروی کششی ندارد، که باعث می شود هزینه کمتری داشته باشد، کارکرد آن ساده تر باشد و برای تست های فشرده سازی با حجم بالا مانند آزمایش مکعب بتن، آزمایش آجر و فشرده سازی بسته بندی مناسب تر باشد. اگر آزمایشگاه شما علاوه بر فشرده سازی، مواد را در حالت کشش یا خمش آزمایش می کند، UTM انتخاب صحیحی است. اگر کار شما منحصراً فشاری است - به ویژه مصالح ساختاری با بار بالا مانند بتن و سنگ تراشی - یک تستر فشرده سازی اختصاصی ارزش بهتر و اغلب ظرفیت نیروی بیشتری را به ازای هر دلار فراهم می کند.

تفاوت های اصلی طراحی: آنچه که هر ماشین برای انجام آن ساخته شده است

معماری ماشین تست جهانی

یک UTM حول یک قاب ساختاری - معمولاً دو یا چهار ستون باربر - ساخته می شود که از یک ضربدر ثابت در بالا و یک ضربدر متحرک که توسط پیچ های سربی، سیلندرهای هیدرولیک یا یک سیستم تسمه و قرقره هدایت می شود، پشتیبانی می کند. محرک دو طرفه است: می تواند کراس هد را هم به سمت بالا (کشش) و هم به سمت پایین (تراکم) با ظرفیت نیروی برابر حرکت دهد. لودسل به صورت خطی بین محرک و دستگیره ها نصب می شود و نیرو را در هر دو جهت اندازه گیری می کند. این طراحی متقارن و دو جهته همان چیزی است که ماشین را "جهانی" می کند.

فضای آزمایشی بین هدهای متقاطع از هر دو طرف قابل دسترسی است و به نمونه های طولانی اجازه می دهد تا به صورت محوری بارگذاری شوند. دستگیره ها یا وسایل بالا و پایین قابل تعویض هستند - همان دستگاه می تواند یک سیم 6 میلی متری را در دستگیره های کششی نگه دارد، یک بلوک فوم را بین صفحات صاف فشرده کند، یا یک پرتو را روی وسایل خمشی سه نقطه خم کند، به سادگی با تعویض ابزار. UTM ها از واحدهای رومیزی 100 نیوتن برای بسته بندی و فیلم های تا 2000 کیلونیوتن ماشین های کف ایست برای فولاد سازه ای و بتن .

معماری ماشین تست فشرده سازی

دستگاه تست فشار (CTM) - که به آن تستر تراکم بتن یا پرس مکعبی نیز می‌گویند - از یک قاب پایه سفت و سخت، یک صفحه پایین ثابت و یک صفحه بالایی که توسط جک هیدرولیک یا محرک الکترومکانیکی به سمت پایین هدایت می‌شود، تشکیل شده است. جهت بارگذاری یک جهته است: صفحه بالایی پایین می آید و نمونه بین دو صفحه له می شود. هیچ مکانیزمی برای معکوس کردن محرک و اعمال نیروی کششی به سمت بالا وجود ندارد.

CTM ها برای آزمایش های فشاری با نیروی بالا بر روی نمونه های صلب بهینه شده اند. از آنجایی که قاب فقط نیاز به مقاومت در برابر نیروهای واکنش فشاری دارد (نه کششی)، می‌توان آن را با ساختار کوتاه‌تر و فشرده‌تری ساخت که ذاتاً سفت‌تر است - برای اندازه‌گیری دقیق هنگام آزمایش مواد شکننده که به‌طور انفجاری می‌شکنند، حیاتی است. CTMهای استاندارد برای آزمایش بتن از 1000 کیلو نیوتن تا 3000 کیلو نیوتن ، با ماشین آلات تخصصی رسیدن 5000 کیلونیوتن (500 تن) برای سنگ و نمونه های سنگدانه های بزرگ. این سطوح نیرو به ندرت در UTMهایی با قیمت معادل در دسترس هستند.

انواع تست: کارهایی که هر ماشین می تواند انجام دهد و نمی تواند انجام دهد

محدوده نیرو و سختی قاب: جایی که ماشین ها از هم جدا می شوند

محدوده نیرو یکی از واضح ترین تمایزات بین این دو نوع ماشین در عمل است. UTMهایی که به آزمایشگاه‌های آزمایش مواد عمومی خدمت می‌کنند معمولاً در 5 کیلو نیوتن تا 600 کیلو نیوتن محدوده یک UTM 600 کیلونیوتن که قادر به آزمایش کشش فولاد سازه ای است به طور قابل توجهی بیشتر از یک تستر تراکم 3000 کیلونیوتن در آزمایشگاه آزمایش بتن هزینه دارد - زیرا قاب دو طرفه UTM، کنترل سروو دقیق و رابط اکستنسومتر هزینه قابل توجهی را اضافه می کند که یک CTM هیدرولیک به آن نیاز ندارد.

سفتی قاب یکی دیگر از پارامترهای مهم است. هنگامی که یک نمونه شکننده مانند یک مکعب بتنی به صورت انفجاری شکسته می شود، انرژی ذخیره شده در یک قاب سازگار (با سختی کم) به طور ناگهانی آزاد می شود و به له شدن نمونه فراتر از نقطه شکست طبیعی آن ادامه می دهد و خوانش مصنوعی با استحکام پایین تولید می کند. EN 12390-4 و ASTM C39 حداقل الزامات سختی قاب را برای آزمایش تراکم بتن مشخص می کنند. - معمولاً به عنوان حد انحراف تحت حداکثر بار بیان می شود. CTM های اختصاصی به طور خاص برای برآوردن این الزامات سختی طراحی شده اند. بسیاری از UTM های همه منظوره، به ویژه مدل های پیچی الکترومکانیکی، دارای سفتی قاب کافی برای آزمایش دقیق تراکم بتن در بارهای بالا نیستند.

سیستم های فعال سازی: الکترومکانیکی در مقابل هیدرولیک

هم UTMها و هم ماشین های تست فشرده سازی در انواع الکترومکانیکی (EM) و هیدرولیک موجود هستند، اما تنظیمات معمولی بین دو نوع ابزار متفاوت است.

UTM های الکترومکانیکی

اکثر UTMهای آزمایشگاهی زیر 600 کیلونیوتن الکترومکانیکی هستند: یک سروو موتور الکتریکی، پیچ‌های سربی یا بال‌اسکروها را به حرکت در می‌آورد. این فراهم می کند کنترل دقیق جابجایی سر متقاطع - دقت موقعیت ± 0.1 میلی متر یا بهتر - و سرعت متقاطع ثابت از 0.001 میلی متر در دقیقه تا 1000 میلی متر در دقیقه در سراسر محدوده بار کامل. درایو EM تمیزتر (بدون روغن هیدرولیک)، کم صداتر است و به نگهداری معمول کمتری نسبت به سیستم های هیدرولیک نیاز دارد. محدودیت ماکزیمم نیرو است: UTM های سربی پیچی بالای 600 کیلو نیوتن بسیار بزرگ، کند و گران می شوند.

UTM های هیدرولیک و تست کننده های فشرده سازی

در بالای 600 کیلو نیوتن، تحریک هیدرولیک بر هر دو UTM و CTM غالب است. یک پمپ هیدرولیک روغن را تحت فشار قرار می دهد تا پیستون / قوچ را حرکت دهد. این نیروها را در یک محرک فشرده تولید می کند - یک قوچ هیدرولیک تولید می کند 2000 کیلونیوتن در یک سیلندر با قطر تقریبی 250 میلی‌متر قرار می‌گیرد . سیستم‌های هیدرولیک، کنترل نیرو عالی را برای آزمایش‌های بار کنترل می‌کنند (استاندارد در آزمایش بتن، که در آن نرخ بار بر حسب kN/s به جای نرخ جابجایی مشخص می‌شود). نقطه ضعف این است که کنترل موقعیت از دقت کمتری نسبت به الکترومکانیکی برخوردار است، روغن نیاز به تعویض دوره ای و مدیریت نشت دارد و پمپ گرما و نویز تولید می کند.

UTM های سروو هیدرولیک - مورد استفاده در تست خستگی و دینامیک - ظرفیت نیروی هیدرولیک را با کنترل سروو حلقه بسته برای نیرو و جابجایی ترکیب می کنند. اینها ابزارهای تخصصی پرهزینه هستند که معمولاً در محیط های تحقیقاتی و آزمایش هوافضا یافت می شوند تا آزمایشگاه های معمول کنترل کیفیت.

سیستم های دستگیره و فیکسچر: تطبیق پذیری در مقابل سادگی

تطبیق پذیری یک UTM عمدتاً از اکوسیستم ثابت آن ناشی می شود. هدهای متقاطع دستگاه دارای نقاط اتصال رزوه ای یا گیره ای هستند که دستگیره ها و فیکسچرهای قابل تعویض را می پذیرند:

• دستگیره های کششی گوه ای - فک های خود سفت شونده که نمونه های صاف یا گرد را می گیرند. موجود در فک صاف (برای مواد نرم) یا فک دندانه دار (برای مواد سخت)؛ رایج ترین لوازم جانبی UTM
• صفحات فشرده سازی - صفحات فولادی مسطح سخت شده برای فشرده سازی بلوک ها، سیلندرها و نمونه ها. اینها UTM را به یک تستر فشرده سازی برای کاربردهای غیر بتنی تبدیل می کنند
• فیکسچر خم سه نقطه و چهار نقطه - پایه های غلتکی و دماغه های بارگیری برای تست های خمشی. فاصله دهانه برای مطابقت با ابعاد نمونه مشخص شده در استانداردهای آزمایش قابل تنظیم است
• وسایل لایه برداری - بازوی چرخان یا فیکسچرهای لایه برداری T برای تست لایه برداری چسب و فیلم در زوایای مشخص (90 درجه، 180 درجه، لایه برداری T)
• اکستنسومترها - دستگاه‌های گیره‌ای یا غیر تماسی که طول نمونه را مستقل از جابجایی سر متقاطع اندازه‌گیری می‌کنند و اندازه‌گیری دقیق کرنش را برای تعیین مدول یانگ و استحکام تسلیم ارائه می‌دهند.

در مقابل، دستگاه تست فشرده سازی معمولاً تنها یک پیکربندی ثابت دارد: صفحات بالایی و پایینی. CTMهای بتن بر اساس EN 12390-4 a را مشخص می کند صفحه فوقانی کروی نشسته که برای تطبیق غیر موازی بودن نمونه های جزئی، خود سطح می شود - یک ویژگی دقت مهم برای آزمایش مکعب بتنی. برخی از CTM ها تجهیزات تست پرتو اختیاری را می پذیرند، اما محدوده فیکسچر کسری از چیزی است که یک UTM پشتیبانی می کند.

اندازه گیری و کنترل: لودسل ها، اکستنسومترها و نرم افزار

دقت و محدوده لودسل

UTM ها معمولاً از لودسل های قابل تعویض استفاده می کنند - یک آزمایشگاه ممکن است یک سلول 1 کیلونیوتن برای آزمایش فیلم و چسب و یک سلول 100 کیلونیوتن برای آزمایش فلز داشته باشد که هر کدام کالیبراسیون خاص خود را دارند. دقت لودسل بسیار مهم است: ASTM E4 و ISO 7500-1 مشخص می‌کنند که دقت نیروی دستگاه تست باید در محدوده باشد. ± 1٪ از نیروی نشان داده شده در محدوده 2% تا 100% ظرفیت لودسل. اکثر لودسل های مدرن UTM به دست می آورند ± 0.5٪ یا بهتر دقت در محدوده امتیازی آنها

ماشین‌های تست فشار برای بتن از لودسل یا مبدل‌های فشار کالیبره‌شده بر اساس EN 12390-4 استفاده می‌کنند، که به دقت در داخل نیاز دارد. ± 2٪ از نیروی اعمال شده در محدوده 20% تا 100% حداکثر ظرفیت. تحمل وسیع‌تر نشان‌دهنده تنوع ذاتی در هندسه نمونه بتن و آماده‌سازی سطح است، جایی که دقت اندازه‌گیری بیش از 2٪ عملاً معنی‌دار نیست.

قابلیت های نرم افزاری

نرم‌افزار UTM لزوماً پیچیده‌تر از نرم‌افزار CTM است زیرا باید چندین نوع آزمایش، محاسبه کرنش از داده‌های کشش‌سنج، و استخراج خواص مواد (مدول یانگ، استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی، کشیدگی در هنگام شکست، چقرمگی شکست) را انجام دهد. پلتفرم‌های نرم‌افزار UTM پیشرو از Instron (Bluehill)، Zwick/Roell (testXpert) و MTS (TestSuite) روش‌های آزمایش قابل برنامه‌ریزی، محاسبه خودکار ویژگی مواد، گزارش‌های آماری در سرتاسر دسته‌های نمونه و یکپارچه‌سازی با LIMS (سیستم‌های مدیریت اطلاعات آزمایشگاهی) را ارائه می‌دهند.

نرم افزار CTM برای بتن از نظر طراحی ساده تر است: اپراتور ابعاد مقطع نمونه را وارد می کند، دستگاه بار را با نرخ مشخص اعمال می کند (معمولاً 0.5 ± 0.25 مگاپاسکال در هر EN 12390-3 ، اوج نیرو را در هنگام شکست ثبت می کند و مقاومت فشاری را به صورت نیرو تقسیم بر سطح مقطع محاسبه می کند. نتیجه یک عدد واحد در MPa یا psi است - بدون آنالیز تنش-کرنش، بدون محاسبه مدول.

مقایسه جامع کنار هم

کاربردهای صنعتی: چه کسی از کدام ماشین استفاده می کند

صنایعی که عمدتاً از UTM استفاده می کنند

• فلزات و ساخت و ساز - آزمایش کشش فولاد، آلومینیوم، مس، و جوش‌ها به ISO 6892 و ASTM E8 رایج‌ترین کاربرد UTM در سطح جهان است. استحکام تسلیم، مقاومت کششی و ازدیاد طول، پارامترهای کیفی اجباری برای مصالح سازه ای هستند
• پلاستیک و پلیمر - آزمایش‌های کششی، خمشی و فشاری بر روی قطعات قالب‌گیری شده، فیلم‌ها و الیاف بر اساس ISO 527، ISO 178 و ASTM D638. صنعت داروسازی از UTM ها برای سختی قرص و استحکام مهر و موم کپسول استفاده می کند
• منسوجات و ژئوتکستایل - استحکام کششی و کشیدگی پارچه ها، نخ ها و آسترهای ژئوممبران؛ استحکام پوسته و درز منسوجات چسبانده شده
• الفerospace and automotive - تست اجزای ساختاری، کشش و فشرده سازی ورقه ورقه کامپوزیت، آزمایش اتصال چسب، بیرون کشیدن بست. اغلب به وسایل تخصصی و محفظه های محیطی (دمای بالا، برودتی) نیاز دارند.
• بسته بندی - فشرده سازی کارتن و تخته راه راه، کشش و پارگی فیلم، استحکام پوسته مهر و موم، خرد شدن بطری. UTM ها در آزمایشگاه های بسته بندی اغلب 50 تا 100 آزمایش در روز در انواع مختلف آزمایش انجام می دهند

صنایعی که عمدتاً از ماشین های تست فشرده سازی استفاده می کنند

• آزمایشگاه های آزمایش مصالح ساختمانی - آزمایش فشرده سازی مکعب بتن و سیلندر رایج ترین آزمایش کنترل کیفیت در صنعت ساخت و ساز است. یک آزمایشگاه معمولی سایت ممکن است آزمایش کند 50-200 مکعب بتنی در روز ، کارکرد و سادگی CTM را حیاتی می کند
• تولید سیمان - مقاومت فشاری مکعب های ملات سیمان بر اساس EN 196-1 و ASTM C109 پارامتر کیفیت اولیه برای تولید سیمان است. CTM های اختصاصی تست ملات به طور مداوم در آزمایشگاه های کیفیت کارخانه سیمان اجرا می شوند
• سنگ تراشی و سرامیک - مقاومت فشاری آجر، بلوک، کاشی و سرامیک های نسوز بر اساس EN 772-1، ASTM C67؛ این آزمایش ها به ظرفیت نیروی بالا و فریم های سفت CTM های اختصاصی نیاز دارند
• مکانیک سنگ و مهندسی ژئوتکنیک - تست مقاومت فشاری تک محوری (UCS) نمونه های هسته سنگ بر اساس ISRM و ASTM D7012. نمونه های سنگ در فشارهای محصور بالا به CTM با نیروهای تا 5000 کیلو نیوتن نیاز دارند.

چه زمانی یک UTM می تواند جایگزین یک تستر فشرده سازی شود (و چه زمانی نمی تواند)

یک UTM با صفحات فشرده‌سازی می‌تواند بسیاری از آزمایش‌های مشابه تست‌کننده فشرده‌سازی اختصاصی برای فلزات، پلاستیک‌ها، فوم‌ها و بسته‌بندی را انجام دهد. سوال این است که آیا برای آزمایش بتن و سنگ تراشی مناسب است، جایی که بیشتر تصمیمات خرید محور است.

UTM برای آزمایش تراکم بتن فقط در موارد زیر مناسب است:

• ظرفیت نیروی آن حداکثر بار مورد انتظار را پوشش می دهد - یک مکعب بتنی استاندارد 150 میلی متری با استحکام طراحی 30 مگاپاسکال به نیروی پیک تقریباً 675 کیلونیوتن نیاز دارد ; یک مکعب 200 میلی متری به 1200 کیلو نیوتن نیاز دارد. اکثر UTM های زیر 1000 کیلونیوتن برای آزمایش معمول مکعب بتنی کافی نیستند.
• سفتی قاب آن مطابق با الزامات استاندارد قابل اجرا (EN 12390-4 یا ASTM C39) است. این باید با سازنده تأیید شود، نه اینکه فرض شود
• صفحه بالایی آن دارای مکانیزم نشیمن کروی بر اساس الزامات استاندارد است
• مرجع کالیبراسیون حالت فشرده سازی را به طور خاص پوشش می دهد - یک UTM کالیبره شده بر اساس ISO 7500-1 برای آزمایش کشش به طور خودکار برای آزمایش تراکم بتن تحت EN 12390-4 مطابقت ندارد.

برای کاربردهای تحقیقاتی کم حجم - آزمایش گاه به گاه نمونه بتن در آزمایشگاه دانشگاه با انواع نیازهای آزمایشی دیگر - یک UTM با ظرفیت بالا با وسایل فشرده سازی مناسب یک انتخاب عملی است که از خرید دو دستگاه جلوگیری می کند. برای یک آزمایشگاه آزمایش بتن تجاری که روزانه با حجم بالا کار می کند، الف CTM اختصاصی مقرون به صرفه‌تر، کارکرد سریع‌تر و کالیبره‌شده‌تر است دقیقا برای همین کار

کالیبراسیون، استانداردها و الزامات اعتباربخشی

هر دو UTM و CTM باید به طور دوره ای توسط یک نهاد کالیبراسیون معتبر برای تأیید صحت نیرو کالیبره شوند. استانداردهای قابل اجرا متفاوت است:

• ISO 7500-1 / ASTM E4 - استانداردهای بین‌المللی و ایالات متحده برای کالیبراسیون سیستم اندازه‌گیری نیرو دستگاه‌های آزمایش؛ کلاس های دقت را تعریف می کند (کلاس 0.5 = 0.5±٪، کلاس 1 = 1±٪، کلاس 2 = ± 2٪). برای UTM ها و هر ابزار اندازه گیری نیرو اعمال می شود
• EN 12390-4 - به طور خاص به ماشین‌های تست فشار مورد استفاده برای بتن می‌پردازد. علاوه بر دقت نیرو، مستلزم تأیید صافی و سختی صفحه، عملکرد صندلی کروی، و دقت نرخ اعمال بار است. آزمایشگاه‌هایی که بتن را مطابق با EN 12390-3 آزمایش می‌کنند باید CTM خود را به طور خاص بر اساس این استاندارد کالیبره کنند.
• فرکانس کالیبراسیون - آزمایشگاه‌های معتبر ISO/IEC 17025 معمولاً سالانه کالیبره می‌شوند. محیط‌های آزمایشی پرمصرف یا با پیامدهای بالا (هسته‌ای، هوافضا) ممکن است به کالیبراسیون نیمه‌سالانه نیاز داشته باشند. کالیبراسیون باید همیشه به دنبال هر گونه تعمیر مهم ماشین، جابجایی، یا رویداد مشکوک اضافه بار باشد

برای تایید صلاحیت آزمایشگاهی ISO/IEC 17025، محدوده اعتبارسنجی مشخص می‌کند که کدام آزمایش‌ها و محدوده نیرو تحت پوشش قرار می‌گیرند. یک آزمایشگاه معتبر برای آزمایش کشش فلزات با UTM به طور خودکار برای آزمایش تراکم بتن با همان دستگاه معتبر نیست - روش‌های آزمایش، استانداردها و الزامات کالیبراسیون به طور مستقل ارزیابی می‌شوند.

راهنمای تصمیم گیری: کدام ماشین را بخریم

از معیارهای زیر برای تعیین اینکه کدام ابزار برای نیازهای تست شما مناسب است استفاده کنید:

1. آیا به تست کشش نیاز دارید؟ اگر بله - برای فلزات، پلاستیک ها، منسوجات، فیلم ها یا چسب ها - UTM اجباری است. ماشین‌های فقط فشرده‌سازی نمی‌توانند آزمایش‌های کششی را تحت هیچ پیکربندی انجام دهند.
2. آیا کار اصلی شما بتن، بنایی یا سنگ فشرده است؟ اگر بله، و نیروی مورد نیاز شما بیش از 600 کیلو نیوتن است، یک CTM اختصاصی ظرفیت نیروی بیشتری را با هزینه کمتر فراهم می کند و به طور خاص برای این مواد طراحی و کالیبره شده است.
3. حجم آزمون شما چقدر است؟ آزمایش بتن با حجم بالا (50 نمونه در روز) از عملکرد ساده تر CTM اختصاصی و زمان چرخه سریعتر سود می برد. تحقیق یا آزمایش کم حجم، هزینه یک UTM را که می تواند چندین نوع تست را ارائه دهد، توجیه می کند.
4. بودجه شما چقدر است؟ برای ظرفیت نیروی فشاری معادل، یک CTM معمولا هزینه دارد 30 تا 50 درصد کمتر از یک UTM اگر محدوده آزمایش شما منحصراً فشرده است، صرف هزینه بیشتر برای قابلیت UTM که هرگز مورد استفاده قرار نخواهد گرفت، توجیه پذیر نیست.
5. آیا به داده های کشش سنج یا منحنی تنش-کرنش نیاز دارید؟ اگر مشخصه ویژگی های مواد (مدول، نقطه تسلیم، انرژی شکست) مورد نیاز باشد، یک UTM با اکستانسومتر ضروری است. CTM ها تنها نیروی اوج و استحکام فشاری را تولید می کنند – نه داده های پیوسته نیرو-جابجایی یا تنش-کرنش.
6. آیا دامنه آزمون در طول زمان تغییر می کند؟ اگر آزمایشگاه شما آزمایش انواع مواد جدید یا ورود به بازارهای جدید را پیش بینی می کند، تطبیق پذیری UTM محافظت از سرمایه گذاری را فراهم می کند. خرید CTM تعهدی برای تست فشاری برای طول عمر آن است.