Miksi mittauksia tehdään?

Suunnitteluvaiheessa tehtävät FEM-mallinnus, lujuuslaskenta ja simulointi luovat hyvän pohjan suunnittelun onnistumiselle. Malleissa käytettävien rasitusten todenmukaisuus on ratkaisevaa valmiin tuotteen luotettavuudelle. Hyvin usein todelliset käytönaikaiset rasitukset eivät kuitenkaan ole tiedossa ja suunnittelu pohjautuu joko arviointiin tai aiempaan kokemukseen. Lopputuloksessa on silloin sama epävarmuus kuin käytetyissä rasitustiedoissakin on.

On myös käyttötilanteita, joiden tuottamien rasitusten mallintaminen on lähes mahdotonta: minkälaisia voimia akselistoon ja runkoon syntyy, kun leikkuupuimurin takapyörää käännetään ylös ojasta? Vaikka käsiteltävä materiaali on tavallaan sama, rasitukset voivat vaihdella: mikä on indonesialaisen puun dynamiikka suomalaiseen puuhun verrattuna? Laitteen kaikki käyttäjät eivät myöskään ole samanlaisia: miten kohtelee trukkiaan espanjalainen tai saudi-arabialainen kuljettaja suomalaiseen verrattuna?

Tyypillisiä syitä käytönaikaisten rasitusmittausten (venymäliuskamittausten/in-situ strain gauge measurements) tekemiseen ovat:

Kun suunnitellaan uutta laitetta

Liikkuvat työkoneet ja varsinkin laitteet, joissa on pyöriviä hitsattuja osia ovat vaativia suunniteltavia. Vaihteleva rasitus väsyttää helposti hitsausliitokset, jolloin hitsin reunalle syntyvät säröt aiheuttavat koneen odottamattoman vaurioitumisen. Elementtimenetelmälläkään tehdyt laskelmat eivät auta, ellei erilaisia kuormituksia dynaamisine sysäyksineen, niiden yhdistelmiä ja esiintymistaajuuksia osata arvioida riittävän tarkasti.

Nykyiselle laitteelle tehdyt venymäliuskamittaukset ovat luotettava tapa selvittää kuormitustiedot, joita tarvitaan uuden laitteen suunnittelun pohjaksi.

Protyypin kestävyys on tarpeen mitata

Ennen kuin uusi hitsattu laite lasketaan markkinoille, sen kestävyys selvitetään hyvin. Useat valmistajat rakentavat prototyypin, joka annetaan käyttöön sopivaan kohteeseen. Prototyyppi instrumentoidaan venymäliuskoilla ja niiden avulla rekisteröidään käytön aikana vaikuttavia voimia, osien sisäisiä voimasuureita, nimellisiä jännityksiä ja kriittisten kohtien ”hot-spot”-jännityksiä. Mittaustulosten avulla saadaan tarkennettua suunnittelua ja mitoitusta. Niistä voidaan myös suoraan tehdä kestoikäennusteet koekäytön mukaisille käyttöolosuhteille. Myös suunnittelussa käytettyjen kuormitusten oikeellisuus saadaan varmistettua mittauksilla.

Näin vältytään maksamasta kalliita oppirahoja ja varmistetaan laatu ennen sarjatuotannon aloittamista.

Koneen rikkoutumisen syyn selvittäminen

Jo käytössä olevassa koneessa havaittu väsymissärö tai jopa jonkin osan murtuminen vaatii kiireellisiä toimenpiteitä. Korjaushitsaus on usein vain hätäratkaisu, jolla tuotanto saadaan joksikin aikaa käyntiin. Hätäisesti suunniteltu vahvistaminen vie usein ojasta allikkoon, sillä lisävahvikkeiden hitsaaminen vain pahentaa jännityskeskittymiä, jotka ovat tärkeimpiä syitä väsymisvaurioihin. Vaurion syynä on ehkä käytönaikaisten rasitusten aliarviointi, lujuuslaskelmien puutteellisuus tai vaurioituneen yksityiskohdan huono muotoilu, joskus nämä kaikki yhdessä. Kaikkiin näihin seikkoihin saadaan valaistusta venymäliuskamittauksilla.

Kun vaurion syyt ovat selvillä, voidaan korjaustoimet suunnitella suuremmalla varmuudella. Korjattua versiota käyttöön otettaessa kannattaa sen pitkäikäisyys varmistaa vielä uusilla ”hot-spot” -kohtien mittauksilla.