آشنایی با دستگاه آزمایش یونیورسال – کاربرد و اجزای تشکیل دهنده

«دستگاه آزمایش یونیورسال» (Universal Testing Machine) یا اصطلاحاً «UTM»، ابزاری برای اجرای آزمایش مقاومت کششی و فشاری بر روی مواد مختلف است. بخش یونیورسال در عنوان این دستگاه، به قابلیت اجرای بسیاری از آزمایش‌های کششی و فشاری استاندارد بر روی مواد، قطعات و سازه‌های مختلف یا به عبارت دیگر، چندمنظوره بودن آن اشاره دارد.

اجزای مختلف دستگاه آزمایش یونیورسال

دستگاه آزمایش یونیورسال انواع مختلفی دارد اما موارد زیر در اکثر دستگاه‌ها مشترک هستند:

• «قاب بارگذاری» (Load Frame): این بخش معمولاً شامل دو نگهدارنده قوی بر روی دستگاه می‌شود. برخی از دستگاه‌های کوچک تنها یک نگهدارنده دارند.
• «سلول بارگذاری» (Load Cell): این بخش، نیازمند یک مبدل نیرو یا دیگر وسایل اندازه‌گیری بار است. معمولاً کالیبراسیون سلول بارگذاری به طور متناوب و با در نظر گرفتن دستورالعمل‌های موجود یا سیستم‌های کیفی انجام می‌شود.
• «کلگی» (Cross Head): این بخش قابلیت کنترل و حرکت به سمت بالا و پایین را دارد. در دستگاه‌هایی با «نرخ ثابت کشش» (Constant Rate of Extension) یا اصطلاحاً «دستگاه‌های CRE»، سرعت حرکت کلگی ثابت است. در برخی از دستگاه‌ها، امکان تعریف سرعت برای کلگی یا اجرای آزمایش‌های چرخه‌ای با نیروی ثابت، تغییر شکل ثابت و غیره وجود دارد. کلگی‌ها در انواع مختلفی از قبیل الکترومکانیکی، دارای کنترل هیدرولیکی، کنترل خطی و کنترل رزونانسی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• وسایل اندازه‌گیری تغییر شکل یا کشش: در اکثر آزمایش‌ها، به وسیله‌ای برای اندازه‌گیری واکنش نمونه به حرکت کلگی نیاز است. «کشیدگی‌سنج» (Extensometer)، یکی از وسایل اندازه‌گیری متداول در آزمایش‌های مختلف است.
• «دستگاه خروجی» (Output device): در هر آزمایشی باید نتایج آزمایش در یک دستگاه خروجی نمایش داده شوند. در دستگاه‌های قدیمی، از صفحه‌نمایش و ثبت‌کننده‌های مدرج یا دیجیتالی استفاده می‌شد. امروزه، اکثر دستگاه‌های جدید از رابط‌های کامپیوتری برای تحلیل و چاپ نتایج بهره می‌گیرند.
• «آماده‌سازی محیط» (Conditioning): در اغلب آزمایش‌ها باید عواملی نظیر دما، رطوبت، فشار و غیره تحت کنترل قرار گیرد. به این منظور می‌توان دستگاه را در یک اتاق کنترل‌شده قرار داد یا از یک محفظه مخصوص در اطراف نمونه استفاده کرد.
• «تجهیزات آزمایش» (Test Fixtures): در اغلب دستورالعمل‌ها، از فکی‌ها، گیره‌های نگهدارنده و تجهیزات آماده‌سازی نمونه به عنوان وسایل ضروری آزمایش یاد می‌شود. انتخاب هر یک از این وسایل به نوع آزمایش بستگی دارد.

آزمایش قابل اجرا توسط دستگاه یونیورسال، به منظور مطالعه بر روی خصوصیات رفتاری مواد تحت شرایط بارگذاری مختلف اجرا می‌شوند. خروجی این آزمایش‌ها، پارامترهای مهمی است که در مبحث مقاومت مصالح مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگر می‌خواهید درک بهتری از اصول آزمایش‌های مقاومت مصالح داشته باشید، ابتدا باید سطح دانش خود در این حوزه را ارتقا دهید. به این منظور، مطالعه مطلب «مقاومت مصالح چیست؟ – پارامترها و مفاهیم پایه به زبان ساده» را به شما پیشنهاد می‌کنیم.

نحوه استفاده از دستگاه آزمایش یونیورسال

نحوه راه‌اندازی و استفاده از دستگاه آزمایش یونیورسال، در دستورالعمل‌های ارائه شده توسط مؤسسه‌های استاندارد (ISO و ASTM) به طور کامل تشریح شده است (به عنوان مثال، ASTM E1856). این موارد شامل نحوه آماده‌سازی نمونه، طول نمونه، تحلیل نتایج و غیره می‌شود. در این آزمایش باید نمونه را بین گیره‌ها قرار داد و برای اندازه‌گیری و ثبت تغییرات طول نمونه در حین آزمایش از کشیدگی‌سنج استفاده کرد. حتی در صورت عدم نصب کشیدگی‌سنج، امکان ثبت جابجایی بین کلگی‌ها وجود دارد. با این وجود، در این آزمایش نه تنها تغییرات طول نمونه بلکه تمام مؤلفه‌های الاستیک/کششی دستگاه آزمایش و سیستم‌های محرکه آن نظیر لغزش نمونه درون گیره‌ها نیز ثبت می‌شوند.

دستگاه پس از روشن شدن شروع به اعمال بارگذاری افزایشی بر روی نمونه می‌کند. در حین آزمایش‌ها، سیستم ثبت اطلاعات و نرم‌افزارهای مرتبط با آن، میزان بارگذاری و کشش یا فشار وارده بر نمونه را ثبت می‌کنند. دستگاه‌های آزمایش یونیورسال، از مدل‌های بسیار کوچک رومیزی تا مدل‌هایی با ظرفیت بارگذاری 53 مگانیوتن (MN) تغییر می‌کنند.