Πειραματική μελέτη παραμορφώσεων σε δοκίμια υπό κάμψη με χρήση strain gauge και Arduino
Loading...
Date
2026-07-07
Authors
Κωνσταντόπουλος, Θεοχάρης
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την πειραματική μελέτη παραμορφώσεων σε δοκίμια υπό κάμψη με χρήση αισθητήρων παραμόρφωσης τύπου strain gauge και συ-στήματος απόκτησης δεδομένων με Arduino. Σκοπός της εργασίας είναι η διερεύνηση της μηχα-νικής απόκρισης δοκιμίων διαφορετικών υλικών και γεωμετρικών χαρακτηριστικών, καθώς και η σύγκριση διαφορετικών μεθόδων μέτρησης της παραμόρφωσης.
Αρχικά παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο της κάμψης δοκών, με έμφαση στις έννοιες της καμπτικής ροπής, της ορθής τάσης, της παραμόρφωσης, της ροπής αδράνειας της διατομής και του βέλους κάμψης. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στην διάταξη κάμψης τεσσάρων σημείων που παράγει περιοχή καθαρής κάμψης, η οποία επιτρέπει την πιο αξιόπιστη μελέτη της παραμόρφωσης. Στην συνέχεια αναλύεται η αρχή λειτουργίας των αισθητήρων strain gauge, η μεταβολή της ηλεκτρικής τους αντίστασης λόγω μηχανικής παραμόρφωσης καθώς και η χρήση της γέφυρας Wheatstone για την μετατροπή αυτής της μεταβολής σε μετρήσιμο ηλεκτρικό σήμα.
Στο πειραματικό μέρος της εργασίας χρησιμοποιήθηκαν δοκίμια αλουμινίου και χάλυβα, τα οποία υποβλήθηκαν σε κάμψη μέσω της κατάλληλης πειραματικής διάταξης. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με τρεις διαφορετικές προσεγγίσεις: με μέτρηση του βέλους κάμψης μέσω βελόμετρου, με μέτρηση της τάσης εξόδου από strain gauge συνδεδεμένο σε γέφυρα Wheatstone και με ψηφιακή λήψη μετρήσεων μέσω Arduino και αισθητηριακού module BF350. Για κάθε πε-ρίπτωση υπολογίστηκαν οι αντίστοιχες θεωρητικές τιμές και συγκρίθηκαν με τα πειραματικά α-ποτελέσματα.
Από την επεξεργασία των αποτελεσμάτων προέκυψε ότι οι πειραματικές τιμές ακολουθούν πολύ ικανοποιητικά την θεωρητικά αναμενόμενη γραμμική συμπεριφορά μεταξύ εφαρμοζόμε-νου φορτίου και παραμόρφωσης. Οι αποκλίσεις από τις θεωρητικές τιμές που παρατηρήθηκαν αποδίδονται κυρίως σε πειραματικούς παράγοντες, όπως η ακρίβεια τοποθέτησης και επικόλλη-σης του αισθητήρα, ο θόρυβος του ηλεκτρικού σήματος, οι μικρές αβεβαιότητες στη φόρτιση και στην γεωμετρία των δοκιμίων καθώς και οι περιορισμοί της ηλεκτρονικής διάταξης μέτρησης.
Συνολικά, η εργασία δείχνει ότι η χρήση strain gauge σε συνδυασμό με γέφυρα Wheatstone και Arduino μπορεί να αποτελέσει μια απλή, οικονομική και χρήσιμη μέθοδο για την πειραματική μελέτη παραμορφώσεων σε δοκίμια υπό κάμψη. Παρά τους περιορισμούς της διάταξης, τα αποτελέσματα παρουσιάζουν ικανοποιητική συμφωνία με την θεωρία και επιβεβαιώνουν την δυνα-τότητα αξιοποίησης τέτοιων συστημάτων για την μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς των υλικών.
Description
Keywords
Κάμψη δοκών, Παραμόρφωση, Γέφυρα Wheatstone, Βέλος κάμψης, Πειραματικές μετρήσεις