Jännitysmittaukset

Jännitysmittaukset ovat prosessi, jossa mitataan materiaalin tai rakenteen sisäisiä muodonmuutoksia sekä niistä johtuvia jännityksiä. Strain (ε) määritellään pituuden muutoksena ΔL/L0 ja on käytännössä dimensionless; arvoja käytetään usein prosentteina tai miljoonasosina (ppm). Mittaukset voivat kattaa sekä paikalliset muodonmuutokset että koko rakenteen kuormituksen kartoituksen.

Yleisimmät mittausmenetelmät ovat pintaan kiinnitettävät foil- tai kuitustrainimittarit (strain gauges), jotka mittaavat resistanssin muutosta Wheatstone-venytyksen kautta. Extensometrejä käytetään kokeellisissa testeissä suurten pituusmuutosten seuraamiseen. Vähemmän invasiivisia ovat kuituoptiikan anturit, kuten Bragg-hilalaitteet (FBG-anturit), sekä digitaaliseen kuvankäsittelyyn (DIC) perustuvat full-field-mittaukset. Harvoin mutta tarkasti sovelletaan interferometriaa ja muita korkean tarkkuuden menetelmiä. Erilaiset tekniikat voidaan usein yhdistää kattavuuden ja luotettavuuden parantamiseksi.

Mittaukset vaativat huolellista kalibrointia ja lämpötilan kompensaatiota, sillä sekä ympäristötekijät että adhesioliitokset voivat vaikuttaa tuloksiin. Strain-arvot tulkitaan usein stressiksi käyttämällä konstitutiivisia malleja kuten σ = Eε, kun materiaali on lineaarisessa elastisessa tilassa. Tarvittaessa voidaan käyttää monimutkaisempia malleja ja residuaalijännityksen kartoitusta.

Sovellukset ulottuvat ilmailusta rakennus- sekä autoteollisuuteen sekä materiaalitutkimukseen ja vianmääritykseen. Haasteita ovat lämpötilakompensaation tarve, sensorin asennuksesta aiheutuvat virheet, ympäristöolosuhteiden aiheuttama kohina sekä dynaamisten ilmiöiden tarkka mittaaminen.