Summary
여기 우리 고속 서보 유압 로드 프레임을 사용 하 여 중간 스트레인 속도로 인장 표본 동적 특성에 대 한 방법론 제시. 절차는 표본에 디지털 이미지 상호 관계 스트레인 측정을 위해 뿐만 아니라 스트레인 게이지 계측 및 분석, 대 한도 정의 됩니다.
Abstract
동적 부하에서 재료의 기계적 응답은 일반적으로 정적 조건; 동작 보다 다른 따라서, 일반적인 quasistatic 장비 및 소재 특성에 사용 되는 절차 동적 부하에서 재료에 대 한 적용 되지 않습니다. 재료의 동적 응답의 변형 속도에 따라 달라 집니다 그리고 높은으로 광범위 하 게 분류 됩니다 (즉, 200/s 보다 큰), 중급 (즉, 10−200/s)와 낮은 변형 속도 (즉, 아래 10/s) 정권. 각각의 이러한 정권 획득된 데이터의 신뢰성을 보장 하기 위해 특정 시설 및 테스트 프로토콜에 대 한 호출 합니다. 고속 서보 유압 시설과 검증된 테스트 프로토콜에 제한 된 액세스로 인해 중간 긴장 율에 있는 결과에서 눈에 띄는 차이가 있다. 현재 원고가 중간 변형에 다른 재료의 특성에 대 한 검증된 프로토콜을 제공합니다. 스트레인 게이지 계측 및 디지털 이미지 상관 관계 프로토콜 모든 단일 테스트에서 최대 수준의 상세한 데이터를 추출 하 무료 모듈로 포함 됩니다. 다양 한 재료와 테스트 설정에서에서 얻은 원시 데이터의 예 (예:, 인장 전단 및)는 출력 데이터를 처리 하는 데 사용 하는 분석 절차 설명. 마지막으로, 시설의 한계 및 잠재적인 문제를 극복의 방법 현재 프로토콜을 사용 하 여 동적 특성화의 과제는 설명 합니다.
Introduction
대부분의 재료 보여 그들의 기계적인 동작1 에서 변형 속도 종속성의 어느 정도 하 고, 따라서 기계 quasistatic 변형 속도에 실시 한 테스트는 적합 하지 않습니다 동적 물성을 결정 하 응용 프로그램입니다. 재료의 변형 속도 의존성은 일반적으로 5 가지 유형의 기계 테스트 시스템을 사용 하 여 조사: 기존의 나사 드라이브 로드 프레임, 서보 유압 시스템, 높은-속도 서보 유압 시스템, 충격 테스터 및 Hopkinson 바 시스템 1. 분할 Hopkinson 바가 되어 과거에 대 한 재료의 동적 특성에 대 한 일반적인 시설 50 년2. 또한 Hopkinson 막대 중간 및 낮은 변형 속도에서 테스트를 수정 하는 노력 되었습니다. 그러나, 이러한 시설은 일반적으로 재료의 높은 스트레인 비율 characterizations 적합 (즉, 일반적으로 200/s 보다 큰). 중간 변형 속도 10−200/s의 범위에서에서 물성의 변형 율 특성에 문학에 있는 간격이 있다 (즉, quasistatic 및 높은 스트레인 비율 결과 사이에서 얻은 Hopkinson 바3), 때문에 시설 및 중간 변형 율 재료 테스트의 안정적인 절차의 부족에 제한 접근.
고속 서보 유압 부하 프레임 일정 하 고 미리 정의 된 속도에서 견본에 부하를 적용 됩니다. 이 인장 테스트에서 크로스 로드 시작 하기 전에 원하는 속도 도달 수 있는 여유 어댑터에서 프레임 혜택을 로드 합니다. 느슨하게 어댑터 여행 일정 한 거리 (예, 0.1 m m) 목표 속도 도달 하 게 머리를 허용 하 고 표본에 부하를 적용 시작. 고속 서보 유압 부하 프레임 일반적으로 변위 제어 모드에서 테스트를 수행 하 고 지속적인 엔지니어링 스트레인 요금3생산 일정 액추에이터 속도 유지 합니다.
표본 연신 율을 측정 하기 위한 기법 중 연락처 또는 비접촉 기법4로 일반적으로 분류 됩니다. 연락처 기술은 레이저 extensometers 비접촉 측정에 대 한 고용은 클립 extensometers, 악기의 사용을 포함 한다. 연락처 extensometers 관성 영향 하는 경향이 있기 때문에, 그들은 동적 테스트;에 적합 하지 않습니다. 비접촉 extensometers이이 문제에서 용납 하지 않는다.
디지털 이미지 상호 관계 (DIC)은 광학, 콘택트, 전체 필드 스트레인 측정 기술, 스트레인 게이지 스트레인/로드를 측정 하 여 관련 된 일부의 과제 (예를 들어, 울리는 현상)을 극복 하는 양자 택일 접근은와 동적 소재 특성5. DIC는 항상 전체 필드 스트레인 측정 중 시료 표면에서의 저항 스트레인 게이지 측정, 신장, 그리고 제한 된 장착 방법, 제한 된 범위의 제한 된 영역과 같은 한계에서 고통 받는 수는 실험입니다.
제시 절차 DIC 함께 고속 서보 유압 로드 프레임의 사용을 설명 하 고 실험 절차의 세부 정보를 명확 하 게 최근 개발된 표준 지침6 보완 문서로 사용할 수 있습니다. 테스트 설정의 다양 한 섹션 서보 유압 로드 프레임에 지켜질 수 있다 (예를 들어, 인장, 압축, 전단 및) 일반적인 quasistatic 부하와 심지어 프레임 뿐만 아니라, 그리고, 그러므로, 커버 기능의 광대 한 범위. 또한, DIC 섹션 사소한 수정 기계적 또는 열 테스트의 어떤 유형에 개별적으로 적용할 수 있습니다.
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Protocol
1. 견본 준비
- 개 뼈 모양 ISO 표준6 에 따라 인장 표본 사전에 준비 합니다.
참고: 유사한 표본이 사용된4도 있습니다. - (부하 측정에 대 한 필수) 탭 섹션에 인장 시 편 (스트레인 측정에 대 한 옵션) 계기 섹션에 스트레인 게이지를 설치.
- 스트레인 게이지 크기, 온도, 전기 저항, 등4테스트 최대 확장에 따라 적절 한 모델을 선택 합니다.
- 오염을 제거 하 여 적절 한 위치에 스트레인 게이지를 설치 소 프로 파 놀과 견본 표면 청소. 창과 섹션과 공칭 값 (즉, 아무 스트레스 농도)의 균일 한 응력 흐름을 보장 하기 위해 게이지 섹션에서 탭 섹션의 너비 보다 크거나에서 탭 섹션 스트레인 게이지를 설치, 그렇지 않으면 수치 분석 스트레인 게이지의 위치에 스트레스 값을 예측 하는 데 필요 합니다.
- 휘트스톤 브리지 상자에 스트레인 게이지 와이어를 연결 합니다. 탑재 외부 철사에 연결 하는 와이어 연결 탭 필요한 경우 사용 합니다.
- 간단한 로드와 경계 조건 읽고 스트레인 게이지를 확인 합니다. 표본에 알려진된 부하를 적용 (예: 걸어 표본에서 알려진된 질량) 스트레인 표시기를 확인 하 고.
- DIC에 대 한 표본을 다음과 같이 준비:
- 고대비 기능 견본 표면 준비. 예를 들어 표본 백색 페인트 고 좋은 검은 점 들으로 얼룩. 시행 착오를 통해 각 반점은 약 3 픽셀 이상으로 구성 된 카메라 이미지 센서 크기에 얼룩 패턴을 일치 합니다.
참고: 스트레인 게이지 바람직하지 않은 서피스 기능을 방지 하기 위해 설치 된 측에 DIC를 수행 하지 마십시오. - 테스트를 하기 전에 건조 페인트를 남겨 주세요. 표본 테스트, 선호, 같은 날에 그것 그려졌다.
참고: 형식 및 페인트의 견실 함에 따라이 걸릴 수 있습니다 몇 시간. 이 페인트 되 과민 하 고 테스트 하는 동안 flaking에 발생 하기 전에 연장된 기간 (예를 들어, 몇 일) 동안 얼룩 덜 룩 한 견본을 두지 마십시오.
- 고대비 기능 견본 표면 준비. 예를 들어 표본 백색 페인트 고 좋은 검은 점 들으로 얼룩. 시행 착오를 통해 각 반점은 약 3 픽셀 이상으로 구성 된 카메라 이미지 센서 크기에 얼룩 패턴을 일치 합니다.
2. 창업 절차
- UPS (무정전 전원 공급 장치)에 버튼을 사용 하 여 제어 콘솔에 전원 켭니다. 고속 프레임에 펌프에서 격리 밸브는 열려, 확인 하 고 컴퓨터를 켜십시오.
- 데스크탑부터 높은 속도 계산 Displacement.cfg 구성 선택 컨트롤러 응용 프로그램 클릭 재설정 취소 (아래 역 컨트롤) 연동 1.
참고: 다른 두 가지 지표 (프로그램 1 및 게이트 1) 빨간 때문에 됩니다 높은 압력 유압 아직 적용 되지 않습니다. - 확인 전용 제어 소프트웨어 (와 단말기에서 아닙니다) 프레임 제어할 수만 있습니다.
- 지금, 유압 펌프 (HPU)를 시작 하 고 하나 (총 3)에 의해 서비스 매니폴드 (HSM 1) 하나를 엽니다. 부족 표시등까지 각 케이스 대기에 대 한 높은 표시기를 누르기 전에 깜박이 중지 합니다. 펌프는 오랜 시간 동안 떨어져, 기다리는 30의 급지대 펌프 시간 고압 펌프 오일 공급을 줄이 선택 하기 전에.
- 다시 바탕 화면에서 테스트 디자인 소프트웨어를 시작 합니다. 도구 모음 확인에서 유닛 및 HSM 1 ON (녹색)는. 상단 메뉴에서 파일 > 새로 만들기 > 템플릿에서 테스트 사용자 지정 서식 파일을 선택한 후 긴장 테스트.
3입니다. 스트레인 게이지의 설치
- 로드 프레임 크로스 헤드 제어 (휴대폰) 옆에 하 고 낮은 속도 (거북 아이콘) 스위치.
- 테스트 챔버 내부 색상 코드 (빨간색, 흰색 및 검은색)을 사용 하 여 스트레인 게이지 상자 견본 strain gauge(s)의 와이어를 연결 합니다. 경우에 한 스트레인 게이지, SG 1 시리즈를 사용 합니다.
참고: 빨간색 리드는 별도 터미널 (여기 + 또는-), 백색과 검정 의미 및 신호 리드. - 컨트롤러 응용 프로그램에서 보조 입력 아래에 갈 긴장 긴장 (즉, 2%, 5% 또는 10%)의 최대 범위를 선택 하려면 1 (또는 2). 예를 들어 5%를 선택 하면 소프트웨어 매핑됩니다이 50000 µε에서 10 볼트 출력 고 5% 넘어 긴장을 측정할 수 없다.
- 스트레인 게이지를 구성 하 여 다음 단계에 따라 휘트스톤 브리지 균형 컨디셔너 유틸리티 소프트웨어를 실행.
- 휘트스톤 브리지에 대 한 수식을 사용 하 여 출력 전압을 계산:
여기, VO 는 출력 전압, VE 는 여기 전압, GF 게이지 요소 이다, ε1 는 50000 (5%), ε2와 ε3ε4 는 0 (완료 다리).
- 휘트스톤 브리지에 대 한 수식을 사용 하 여 출력 전압을 계산:
- 다음 수식을 사용 하 여 이득을 계산:
- 컨디셔너 유틸리티 소프트웨어에서 게시물 앰프 이득 값은 9로 제한 앰프 이득에 대 한 1, 8, 64, 및 512의 옵션이 있습니다. 9976. 게시물 앰프 이득 1, 8, 64, 및 512의 다음 수식을 사용 하 여 앰프 이득에 대 한 다른 옵션에 따라 계산:
- 낮은 앰프 이득 게시물 앰프 9.9976 보다 낮은 이득 밖으로 주는 선택한 컨디셔너 유틸리티 소프트웨어에 이러한 값을 입력 합니다.
- 높은 속도 데이터 수집 구성 소프트웨어를 실행 합니다. 긴장에서 채널 (채널 3, 4), 스트레인 게이지 (예: 50000)의 풀 스케일 범위를 입력 합니다.
참고: 채널 1과 2는 전용 변위 및 힘, 각각. - 다음 단계에 따라 0으로 스트레인 게이지 오프셋:
- 먼저 소프트웨어, 스트레인 채널 (0 오프셋된 값을가지고)에 대 한 어떤 오프셋된 값을 제거 합니다.
참고:이 과정은 테스트 대상 (예: 테이블)에 휴식 하 고 부하에 포함 되지 않은 때 할 수 있다. - 그런 다음, 0으로 판독 긴장을 거의가지고 다리 균형 매개 변수 조정. 이것은 거친 조정 단계 이다.
- 완전히 0으로 스트레인 관리자 소프트웨어에서 변형 값을가지고 피드백 0 매개 변수를 조정 합니다. 이 단계는 미세 조정.
- 보장 하기 위해 입력된 매개 변수 정확 했다, 션트 사용 옵션을 클릭 합니다.
참고: 컨트롤러 응용 프로그램 소프트웨어에 스트레인 값 1640 µε 읽어야 한다 (와 + 또는-기호). 휘트스톤 브리지에서 션트 저항을 제거 하는 우회로 해제 기억 하십시오. 스트레인 값은 0으로 다시 갈 것입니다.
- 먼저 소프트웨어, 스트레인 채널 (0 오프셋된 값을가지고)에 대 한 어떤 오프셋된 값을 제거 합니다.
- 컨디셔너 유틸리티 소프트웨어에서 두 개의 스트레인 게이지는 견본에 있다, 스트레인 2 에 클릭 하 고 모든 스트레인 게이지 설정 단계를 반복 합니다.
4. 장착 테스트 견본
- 컨트롤러 응용 프로그램에서 수동 제어 를 활성화 하 고 전체 확장-125 m m 머리의 위치를 입력 합니다.
- 수동 명령 사용 확인란을 해제 하 고 독점적인 제어 확인란의 선택을 취소를 클릭 합니다.
- 장착 조명 기구를 사용 하 여 그립 안에 쿠폰을 맞춥니다. 탄성 코드 공간 설치 쿠폰을 주고 끌어 넣어진된 위치에 느슨하게 어댑터를 사용할 수 있습니다. 먼저 하단에 쿠폰을 조입니다.
- 단말기에서 단말기를 활성화 하려면 오른쪽 상단 모서리에 키 아이콘을 밀어. 소프트웨어에 독점적인 제어 상자 선택 하지 있는지 확인 합니다. 최고 그립은 느슨한 표본에 부하의 바람직하지 않은 응용 프로그램을 방지 하기 위해 다는 것을 확인 하십시오.
- 탄성 코드를 제거 하 고 그것을 활성화 하기 위해 컨트롤러에서 썸휠 아래 바퀴 아이콘을 밀어. 천천히 느슨하게 어댑터의 아래쪽 팔은 거의 완벽 하 게 철회 될 때까지 크로스 헤드는 거의-125 m m 머리를 내리게 하기 위해 휠을.
참고: 머리의 위치는 단말기에서 읽을 수 있습니다.
- 탄성 코드를 제거 하 고 그것을 활성화 하기 위해 컨트롤러에서 썸휠 아래 바퀴 아이콘을 밀어. 천천히 느슨하게 어댑터의 아래쪽 팔은 거의 완벽 하 게 철회 될 때까지 크로스 헤드는 거의-125 m m 머리를 내리게 하기 위해 휠을.
- 단말기에서 키 아이콘을 다시 한번 드 휴대폰 활성화 추진. 컴퓨터와 컨트롤러 응용 프로그램 확인에 독점적인 제어 상자를 반환 하 고 수동 제어 를 사용 하 여 정확 하 게-125 m m 머리를가지고. 최고 그립은 무부하 쿠폰에 적용 되는 느슨한입니다.
- 이제, 느슨하게 어댑터를 회전 하 여 렌치와 키 최고 그립을 조입니다. 그립을 강화 하면서 쿠폰을 트위스트 하지 마십시오.
- 느슨하게 어댑터 사이의 중간 크로스 나선형 와셔를 확인 하 고 그들은 빡 빡 하 고 부하 기차 따라 아무 축 클리어런스 확인.
- 또, 크로스 헤드 컨트롤 상자를 사용 하 여 높은 속도 (토끼 아이콘), 프레임을 반환 하 고 인클로저 문을 단단히 닫혀 있는지 확인.
- 컴퓨터에는 인터록 클릭 합니다 (컨트롤러 응용 프로그램의 오른쪽)에 리셋 .
참고:는 인터록 포함 "1 끼" (한 끼 체인 모든 프레임 및 유압 펌프를 통해 실행), "프로그램 1" (컴퓨터 소프트웨어 제어, 예, 높은/낮은 속도), "문 1" (인클로저 및 속도 스위치), 그리고 "C-중지 1" (제어 중지) . - 머리를 수동으로 이동 하는 의도가 있을 때에, 실수로 소프트웨어에 숫자를 입력 하 고 이동 하는 머리를 피하기 위해 수동 명령 메뉴에서 수동 명령 사용 상자 선택을 취소 합니다.
5. DIC 설치 준비
- 고속 카메라는 기가 비트 LAN 케이블을 사용 하 여 컴퓨터에 연결 합니다.
- 고속 카메라와 MTC 프레임 컨트롤러 디지털 I/O 상자를 연결 합니다.
- DAQ 상자를 통해 MTS 프레임 컨트롤러에 컴퓨터를 연결 합니다. 힘과 변위 신호 MTS 컨트롤러에서이 상자를 통해 컴퓨터에 전송 됩니다.
- 트리거 신호 및 동기화 신호에 대 한 DAQ 상자 고속 카메라를 연결 합니다.
- 영향으로 착취 하는 프레임으로 동안을 피하기 위해 카메라와 견본 사이 상대 운동 테스트, 로드 프레임의 기지에 카메라를 탑재 합니다.
- 신중 하 게 되도록 이미지 센서는 견본을 병렬 카메라를 배치 합니다. Telecentric 렌즈 (예를 들어, 광학 엔지니어링 23-64with 64 × 48 mm의 보기의 필드와 182 mm의 작동 거리)를 사용 하 여 밖으로의 비행기 움직임에서 원근 왜곡의 가능성을 줄이기 위해.
- 카메라 설치 하는 동안는 시료의 최종 변형 고려 하 고 카메라의 시야 전체 테스트를 통해 견본을 커버 있는지 확인 합니다.
- 컴퓨터에 소프트웨어 연결을 설정 하려면 Windows 제어판에서 네트워크 및 공유 센터를 선택 합니다. 다음 로컬 영역 연결을 클릭 합니다.
- 로컬 영역 연결 속성에서 인터넷 프로토콜 버전 4 (TCP/IPv6)을 선택 하 고 IP 주소를 설정 합니다.
- 고속 이미지 뷰어 소프트웨어 열고 클릭 검색 하 고 설정을 저장 합니다.
- 카메라 옵션 버튼 클릭 하 고 외부 신호를 설정 하려면 I/O 탭을 선택 합니다.
- 프레임 속도 프레임 해상도 설정 하려면 변수 버튼을 클릭 합니다. 데이터 분석 단계를 쉽게 로드 프레임의 고속 데이터 수집 시스템으로 같은 번호에 카메라 주파수와 데이터 수집 (DAQ) 상자 획득 율 설정
- 오픈 높은 고속 이미징 뷰어 DAQ 속도 하 고 필요한 채널과 프레임당 샘플을 선택 합니다.
- 카메라 설치 후 여러 정적 이미지를 캡처하고 이미지 상관 관계 루틴을 사용 하 여 변형 필드를 계산 합니다.
참고: 최대 변형 및 변위에서이 잡음 플로어 측정은 하 고 이미지 품질의 질적 측정을 제공 합니다.
6. 테스트 실행
- 상단 메뉴에서 테스트 디자인 소프트웨어에 따라 파일 > 새로 만들기 > 테스트 > 템플릿에서 테스트. 다음 사용자 지정 서식 파일 에서 긴장 테스트를 엽니다.
- 새 테스트 실행 을 선택 하 고 유효한 파일 이름 (일반적으로 공백 없이 쿠폰의 이름)을 입력 합니다. 필요에 따라 필드를 수정 그런 다음 확인을 클릭 합니다.
- 스트레인 게이지에는 4 채널 입력을 기억.
- 시작 지점은 일반적으로-125 m m 이다. 이 올바르지 않으면 테스트 쿠폰을 손상을 시작 하기 전에 머리가이 값으로 이동 합니다 때문에 중요 하다.
- 높은 속도 수집 속도 버퍼 크기 에 대 한 기본 값은 50, 000와 20000, 각각. 필요한 경우 테스트와 필요한 시간 해상도 (데이터 요소 간의 시간 간격)의 기간에 따라 이러한 숫자를 수정 합니다.
참고: 기본 매개 변수 결과 0.4의 기간에 대 한 데이터를 저장 s. - 선택 하는 램프 속도 공칭 원하는 머리 속도 (예를 들어 8000 m m/s), 다음 확인을 클릭 합니다.
- 일련의 안내 후 테스트 실행 아이콘을 클릭 하 여 시작 될 것 이다 주요 하드웨어 시간을 확인 하 게 나타납니다.
- 제어 콘솔에서 전환 모드를 선택 하는 고속. 이 고 부하 응용 프로그램에 대 한 큰 밸브를 활성화합니다. 밸브 1 을 선택 하는 기본 (빛에 입니다).
- 컴퓨터 화면에서 일련의 단계를 표시 됩니다. 단계를 따르십시오.
- 제어 콘솔에서 우울 하 게 하 고 팔/충전 누 산 기 스위치. 시스템은 이제 준비.
- 화재 테스트 완료를 누릅니다.
- 전환 모드를 선택 하는 표준 하 고 봉 (125 m m)에서 다시는 머리를 반환 하 고 콘솔에는 시작에 반환 (녹색 버튼)을 누릅니다.
- 크로스 헤드 컨트롤 이동한 낮은 속도 (거북 아이콘)로 다시 전환 합니다.
- 인클로저 열고 꺼내 표본. 컴퓨터에 저장 된 데이터 파일을 찾을
(대 한 높은 속도 데이터) C:\Datafiles\High 속도 데이터와 C:\Datafiles\Low 속도 데이터 (저속 데이터)에 대 한.
7. 종료 절차
- 컨트롤러 응용 프로그램 소프트웨어에 HSM 1 낮 (은 노란색) 그리고 오프 (빨간색)을 설정 합니다. 이 매니폴드 닫고 펌프를 종료 합니다.
- 테스트 디자인 소프트웨어의 저장 테스트 실행, 상단 메뉴에서 다음으로 필요한 경우 파일 > 저장 로 테스트를 선택 하십시오. 테스트 디자인 소프트웨어를 닫습니다.
- 컨트롤러 응용 프로그램을 닫습니다. 필요한 경우에 소프트웨어를 닫기 전에 매개 변수를 저장 합니다. 컴퓨터를 종료 합니다.
- 유압 밸브 (큰 레버) 닫고 다시 전원 버튼을 사용 하 여 UPS에 컨트롤 콘솔에 전원 해제 합니다.
8. 데이터 분석
- 선택의 후 처리 소프트웨어에 로드 프레임 컴퓨터에서 원시 데이터를 내보냅니다.
- 스트레인 게이지 표시기 게이지 섹션에에서 실제 부하를 계산 하 고 고속 DAQ에서에서 원시 부하 데이터와 비교. 고속 데이터 수집 데이터에에서 공명 하는 것이 심한 경우 스트레인 게이지에서 계산 된 부하를 사용 하 여 다음에서4단계.
- 스트레스는 계기 섹션에서 σ게이지, P, 계산 된 부하에 따라 계기 섹션 x-섹션에서견본 횡단면을 계산:
- 다음 방법 중 하나에서 게이지 섹션에 부담을 가져올.
- 평균 스트레인 게이지 섹션에서:
- 부하, 탭 섹션 길이, 샘플의 탄성 계수, 그리고 단면적 탭 섹션 연신 율을 계산 합니다.
참고: 탄성 계수는 변형 속도의 함수, 경우는 반복 절차 (세부 설명 참조7)가 필요 합니다. - 탭 섹션 신장을 계기 섹션 신장을 전체 표본 신장 (즉 부하 프레임 머리 변위)에서 뺍니다.
- 평균 스트레인 게이지 섹션 신장 및 초기 길이에 따라 게이지 섹션에서 계산 합니다.
- 부하, 탭 섹션 길이, 샘플의 탄성 계수, 그리고 단면적 탭 섹션 연신 율을 계산 합니다.
- DIC에서 로컬 변형:
- (즉 두 분할) 표본 실패 게이지 섹션에 위치를 확인 하 고 실패 섹션의 부근에 있는 로컬 영역에 스트레인 필드 제한.
- 측정 하 고 DIC는 사후 처리 선택의 소프트웨어를 사용 하 여 지역에 긴장을 기록.
- 평균 스트레인 게이지 섹션에서:
- 이전 단계에서 얻은 응력-변형 곡선을 그립니다.
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Representative Results
동적 테스트의 기간은 일반적으로 스트레스 파도 부하 열차 (즉, 표본, 그립과 로드)의 길이 왕복 여행에 필요한 시간에 비해 시스템1. 동적 테스트는 수와 동적 테스트 동안 스트레스 파의 진폭을 동적 균형을 달성 하 고, 표본을 경험 거의 일정 한 변형 율에서 균질 변형 제어 되는 경우에 유효 합니다. 자동차 엔지니어 협회 (SAE) 초안 SAE J2749는 견본을 통해 전파 되려면 최소 10 탄성 반사 파도 대 한 호출 하는 표준8 게이지 견본 항복 포인트 이전 길이. 높은 자연 주파수 시스템은 일반적으로 낮은 진폭으로 진동 (즉, 신호, 일반적으로 입력 하는 단계에 대 한 응답의 진동)를 둥글게 했습니다. 이 울리는 현상은 높은 변형 속도에 매체에서 동적 테스트에서 주요 과제 이다. 둥글게 (즉의 주파수 및 진폭 진동 신호)의 수준은 부하 프레임에서 가져온 원시 부하 데이터 허용 인지 여부를 결정 합니다. 그림 1 은 두 개의 서로 다른 테스트를 위한 부하 신호의 예를 보여줍니다. 두 테스트에서 부하 프레임에서 얻은 부하 비교는 표본의 탭 섹션에 설치 된 스트레인 게이지 출력에 따라 부하 계산. 이러한 테스트를 모두 제대로 수행 되었습니다 있지만 그림 1b의 경우에 대 한 직접 부하 프레임 강제 링크에서 추출 된 부하 데이터를 사용할 수 없습니다. 이 경우에 탭 섹션 스트레인 게이지, 등 대체 부하 측정 기술을 사용 하 여 필요; 반면, (참조 그림 1는) 로드 프레임에서 원시 부하 데이터 수 있다 좋은 변형 게이지 로드. 이러한 경우에 탭 섹션 스트레인 게이지를 설치 하지 않고 테스트를 수행 수 있습니다 추가 하 고 부하를 직접 부하 프레임 강제 링크에서 읽을 수 있습니다. 울리는 현상 이전 다른 연구자3,9,,1011에 의해 관찰 되었다. 진폭과 주파수는 진동의 표본 자료, 형상, 변형 율, 등 매개 변수에 따라 결정 됩니다 및 원시 데이터를 직접 사용할 때 이러한 모든 요소 조합 사소한 울리는 이끌어 낸다, 또는 후 필요한 경우 필터링 같은 사소한 스무 딩 기법을 적용합니다.
DIC dogbone 알루미늄 견본에 대 한 결과의 전형적인 예는 그림 2에 표시 됩니다. 전체 계기 섹션에 시간 변형 필드 진화는이 그림에 표시 됩니다. 표본 아래쪽 그립에 고정 하 고 최고 그립 적용 긴장. 이 테스트에서 고속 카메라 50000 Hz의 프레임 속도 했 고, 테스트 기간 동안 약 100 이미지를 캡처 하지만이 그림에 표시 된 이미지는 0.4 ms 떨어져. 시료의 주어진된 단면 내에서 균일 한 변형 테스트 기간 동안 적절 한 로드 및 데이터 분석을 보여줍니다. 마지막 이미지 상관 관계 DIC의 손실 심한 기체, 페인트 벗겨짐, 귀착되 고 실패 영역의 주변에 실패 하기 전에 즉시 피할 수 없었다 때문 이었다.
그림 3 에서는 DIC에서 고 부하 프레임 크로스 변위 데이터 로부터 얻은 응력-변형 곡선을 보여 줍니다. 이 그림 전체 게이지 단원의 평균 응력을 보여줍니다 하 고 기술과 결과 사이 좋은 계약의 유효성을 입증 하만 선물 된다. DIC 통해 계기 섹션에서 로컬 기체, 공부를 할 때 결과 전체 게이지 섹션을 통해 얻은 평균 긴장 비교할 수 수 없습니다. 기체 현상 동안 대부분 변형 기체 지역에서 발생 그리고 계기 섹션의 나머지 늘어나지 않습니다 하지만 거의 강 체로 이동. 따라서, 계기 섹션 평균 긴장을 계산할 때 기체 지역에이 지역의 스트레치 기체 영역의 길이에 비해 더 긴 길이와 전체 게이지 섹션에 할당 되 고 낮은 실패 긴장 귀 착될 것 이다.
그림 1 : 부하의 비교 및 부하 프레임 강제 링크에서 가져온 스트레인 게이지에서 계산. 힘에서 울리는 현상 케이스 (A)는 허용 및 케이스 (B) 허용 되지 않습니다에 대 한 데이터 (점선된 블루 라인)를 연결 합니다. 패널 (A)와 (B) 실험 테스트 결과를 두 개의 서로 다른 샘플 (재질, 치수, 등)와 변형 속도의 예를 보여줍니다. 각 그림에서 로드 프레임 (점선된 블루)에서 얻은 스트레인 게이지 표시기 (솔리드 레드)에서 계산 부하 데이터는 그림. 패널에 로드 프레임 데이터에서 (즉, 울리는) 진동의 사소한 수준 (A)을 보여줍니다 스트레인 게이지 계측, 하지만 심각한 둥글게 표시 패널 (B)은 스트레인 게이지 계측 필요한이 시험이 필요 하지 않습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2 : 게이지 부분의 테스트 기간 동안 알루미늄 dogbone 견본 스트레인 필드. 스트레인 값 m/m에 있고 이미지는 0.4 ms 떨어져. 금속 dogbone 견본의 계기 섹션에는 DIC 결과이 그림에 표시 됩니다. 5 다른 스냅샷 (100 이미지 촬영)에서 긴장과 견본 시간 스트레칭의 진화를 설명 하기 위해 제공 됩니다. 모든 이미지의 전설 또한 각 색상에 관련 된 긴장 수준을 정의에 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3 : 로드 프레임의 비교와 DIC 전체 게이지 섹션 평균 응력-변형 곡선을 추출. 응력-변형 곡선 부하 프레임 결과 (점선된 블루)에서 결정 하 고 DIC 결과 (솔리드 레드)에서 추출한 여기 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
실험에서 얻은 원시 데이터 표본 형상과 스트레인 게이지 위치는 견본에 의해 좌우 된다. 낮은 변형 율 동적 테스트 압 전-전기 부하 세탁기에 의해 인수에 부하 데이터 변형에 부하 프레임에 통합 (브루스 외. 3 제안 > 10/s, 왕 외에. 9 100/s 하이 보고) 일반적으로 큰 진폭 진동 때문에 로드와 관련 된 동적 파도에서 고통. 그림 1견본 물자의 조합 같이 형상과 변형 속도 렌더링 수 있습니다 로드 세탁기 신호 잡음의 높은 수준으로 인해 허무. 따라서, 부하의 대체 방법은 고려 되어야 한다, 어떤 탭에 스트레인 게이지를 설치는 시료의 섹션은 가장 일반적인3. 측정 된 스트레인 데이터에서 부하를 계산 하기 위해 탭 섹션 (부하 계산 스트레인 게이지 설치 위치) 테스트 하는 동안 탄성 변형 정권에서 남아 있도록 중요 하다. 또한 프로토콜 섹션에 설명 된 대로 모든 경계 효과 (즉, 때문에 Saint Venant의 원리)의 부재를 보장 하기 위해 스트레인 게이지는 그립 섹션 (어디 그들은 영향을 받는 로컬 부하)까지 설치 해야 또는 계기 (기하학에 있는 변화 긴장의 일정 한 흐름 방해) 섹션, 그렇지 않으면 유한 요소 분석 하는 데 필요한 스트레스 농도 요인4에 대 한 보상. 데이터 분석 단계에서 필터링 기법, 고속 푸리에 변환 (FFT)와 평균, 잡음 레벨을 감소 또는 제거 등의 다양 한 고용은 또한 보고12. 그러나,이 접근 가능성이 저조한 동작을 마스킹의 위험을 실행 그리고, 따라서, 권장 하지 않습니다.
로 중간 변형 속도 기계 테스트, 일반적으로 둥글게에서 주요 과제 결과 두 가지 주요 출처에서: 웨이브 전파, 및13를 울리는 시스템. 다른 연구자에 동적을 도달 하기 위하여 3 개 이상 왕복5,14 (폴리머1,8의 경우 10 왕복) 게이지 길이 통해 스트레스 파도의 허용 하는 것이 좋습니다. 평형입니다. 200/s 보다 큰 변형 속도, 테스트 지속 시간 감소 0.1 ms의 순서는 3 개의 왕복 시간에 비해 고 따라서 바 시스템 (예: Hopkinson) 서보 유압 로드 프레임에 걸쳐 선호 됩니다. 부하 신호 발진의 두 번째 소스는 울리는 현상1,14,15,,1617,18,19 관련 , 20 , 21, 부하 소개 동안 충 동 때문에 관성 효과22진동 테스트 시스템 연결 될 때 발생 하는. 경량 클램프를 고용 하 고 강제로 링크를 최대한 가까이 견본을 장착을 줄이기 위해 변형 속도 100/s 아래 울리는 효과15,23 효과적일 것입니다. 울리는 감소에 가장 지배적인 요인 문학3,,910,11,16 에에서 광범위 하 게 논의 측정 기법을 개선 하는 100 s− 1, 그들의 지연 및 진동3,15인 이상 요금17 압 전-전기 부하 와셔 (강제로 링크) 스트레인에 대 한 적합 한 것으로 인식 되었다. 일반적인 솔루션으로 여기, 견본1,3,,910,11,16의 탭 섹션에 스트레인 게이지를 부착 관련 ,17. 실패 한 견본의 테스트 후 평가 계기 섹션 그립 섹션에서 미 끄 러의 흔적에서 표본 오류가 발생 했음을 확인 해야 합니다. 변형 율 동적 테스트24동안 지속적인 유지를 보장 하기 위해 평가 되어야 한다.
닫힌된 형태의 솔루션1,11 또는10,,2526 다양 한 모델로 높은 변형 속도 테스트 중간 연구 그룹에 의해 고용 된 유한 요소 분석. 이러한 연구; 신뢰할 수 있는 결과 달성 하기 위해 같은 테스트로 대상 표본 설계 및 최적화에 현상의 물리학을 이해할 수 있도록 그러나 실험 절차 설명으로 여기는 여전히 소재 특성 데이터의 주요 소스입니다. 이러한 실험에 대 한 조사, 새로운 시뮬레이션에서에서 얻은 물성 통합 디자이너 모델링할 수 있습니다 복잡 한 동적 오류 시나리오와 같은 본격적인 자동차 충돌.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
저자는 Dmitrii Klishch, Michel Delannoy, 타일러 Musclow, 프레이저 커비, 조슈아 Ilse와 알렉스 Naftel에서 큰 도움이 인정합니다. 재정 지원에 의해 국가 연구 위원회 캐나다 (NRC) 보안 자료 기술 (SMT) 프로그램을 통해 또한 감사 드립니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Camera Lens | Opto Engineering | Telecentric lens 23-64 | |
| High Speed Camera | SAX Photron Fastcam | ||
| High Speed DAQ | National Instruments | USB-6259 | |
| High Speed Servo-Hydraulic Load Frame | MTS Systems Corporation | Custom Built | |
| Jab Bullet Light with diffuser | AADyn JAB BULLET | 15° diffusers | |
| Strain gauge | Micro-Measurements | Model EA-13-062AQ-350 |
References
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