Medidas de tensión de campo completo para la fatiga microestructuralmente pequeño Crack propagación utilizando el método de correlación Digital de imágenes

Mediciones de deformación unitaria de campo completo para la propagación microeste estructuralmente pequeña de grietas por fatiga utilizando el método de correlación de imagen digital. Se requieren nuevas soluciones ligeras para mejorar la eficiencia energética de vehículos como buques, reducción de peso de grandes estructuras de acero, es posible utilizar materiales de acero avanzados. La utilización eficiente requiere alta calidad de fabricación y métodos de diseño robustos, métodos de diseño robustos significan análisis estructurales en condiciones de carga realistas, como bajo la carga inducida por onda en el caso de un crucero, el análisis de resistencia estructural de las estructuras incluye cálculos de respuesta para definir la deformación y las tensiones, el nivel de tensión permitido se define en función de la resistencia de los detalles estructurales críticos , en el caso de grandes estructuras normalmente se sueldan juntas dentro de microejecuciones homogéneas, uno de los principales desafíos de diseño es la fatiga debido a su naturaleza acumulativa y localizada, por ejemplo en la muesca de soldadura, para la alta calidad de fabricación el problema más importante es el inicio y propagación de grietas de fatiga pequeña, ya que las grietas como defectos de fabricación se descuidan.

Esta investigación estudia la pequeña grieta por fatiga e introduce un nuevo enfoque experimental, la novedad del enfoque consiste en la medición in situ de la tensión de campo completo utilizando una técnica de patrón única, combinada con la medición de la tasa de crecimiento de la manivela al mismo tiempo que el análisis micro-estructural revela el impacto de las concentraciones de tensión cortantes y los límites del grano en el retardo de grietas de fatiga pequeña. Explicamos los pasos principales del procedimiento de medición y proporcionamos una discusión resumida de la conclusión principal. Paso uno, preparación y recocido de muestras, la placa de acero se recocido en atmósfera de nitrógeno a una temperatura de 1200 grados celsius durante una hora y se apaga en agua, el procedimiento de recocido da como resultado un aumento del tamaño medio del grano del acero estudiado hasta 349 micrómetros, sin formación de extensión de partículas de carburo de cromo, las muestras con muescas con espesor de un milímetro se cortan de la placa recocido del acero ferrítico estudiado utilizando el mecanizado eléctrico de descarga , el esquema del espécimen se muestra aquí.

Las superficies de los especímenes se pulen, terminando con naught point ni dos micrómetros de pulido vibratorio de sílice coloidal que se requiere para el análisis de difracción de dispersión de electrones hacia atrás. Paso dos, fatiga pre-agrietamiento, la muestra se somete a carga cíclica uniaxial y frecuencia de fatiga 10 hercios, grietas iniciales con longitud de un micrómetro a 20 micrómetros se producen en la punta de la muesca. Monitoreo óptico de la formación inicial de grietas después de 10.000 ciclos de carga del ciclo, repita la prueba de carga del ciclo si no se produjo la grieta inicial.

Paso tres, caracterización micro-estructural, marcas de micro-indentación vickers se utilizan para marcar el área de interés, microevaluación del acero se estudia desde la superficie lateral de la muestra en las proximidades de la muesca utilizando el análisis de difracción de retrofiltración de electrones. Aquí se muestra el análisis de la mala conducta de errorización del factor y del límite del grano. Paso cuatro, decoración con un patrón, limpiar la superficie de la muestra con etanol, depositar fina capa de tinta en la superficie de vidrio, presione hacia abajo el sello de silicona con un patrón en el vidrio para mover una capa de tinta a la superficie del sello, utilizamos una herramienta neumática hecha a medida para un funcionamiento rápido y preciso con el sello, presione el sello de silicona cubierto con la tinta en la superficie de la muestra , compruebe la calidad del patrón de motas mediante microscopía óptica, aquí se muestra un ejemplo del patrón motado.

Paso cinco, pruebas de fatiga con correlación de imagen digital, ejecutar las pruebas de fatiga y sincronización con el sistema de grabación de imágenes, las pruebas de fatiga continúa mientras que la longitud de la grieta se acerca a un valor crítico o la deformación plástica comienza a dominar. Paso 6, análisis de resultados, las imágenes obtenidas se analizan utilizando un software comercial para realizar el cálculo de la tasa de crecimiento de grietas y el análisis de correlación de imagen digital, el análisis de la deformación de la tensión cortante se realiza para el área estudiada, el análisis acumulativo de los resultados obtenidos, el uso de las marcas de micro-indentación vickers para la alineación adecuada del campo de deformación de tensión de cizallamiento con datos de mapeo de difracción de electrones , límites de grano, mapa de orientación de grano. Resultados representativos, acumulación de campo de tensión cortante en tamaño de subenma durante la propagación de grietas de fatiga corta, vista combinada de la acumulación de campo de tensión cortante y microe estructura del acero estudiado, combinación de la tasa de crecimiento de grietas y análisis de acumulación de tensión de cizallamiento dan un posible mecanismo del crecimiento de grietas de fatiga pequeña, pequeñas propagaciones de grietas de fatiga a partir de la grieta inicial producida por el procedimiento de pre-agrietamiento , la zona de deformación unitaria de cizallamiento se localiza por delante de la punta de la grieta y el tamaño de la zona de deformación unitaria de cizallamiento crece mientras que la grieta se propaga hacia la localización, cuando la grieta se acerca a la zona de localización de la tensión, la tasa de crecimiento de grietas disminuye significativamente debido al cambio del modo de propagación de grietas, la tasa de crecimiento de grietas aumenta continuamente después de que la grieta cruza el centro de la zona de localización de la tensión , la tasa de crecimiento de grietas comienza a disminuir de nuevo tan pronto como la siguiente zona de localización de deformación de deformación de deformación unitaria se ha formado antes de la punta de la grieta.

Conclusión, la investigación novedosa proporciona una comprensión más profunda del comportamiento de crecimiento de grietas por fatiga pequeña, la combinación de la medición de la tasa de crecimiento de grietas y el análisis de campo de tensión a nivel de suben granulado ayuda a revelar el mecanismo responsable del crecimiento anómalo de las pequeñas grietas de fatiga, esta comprensión más profunda del comportamiento de crecimiento de grietas de fatiga pequeña permite desarrollar nuevos enfoques teóricos y así permitir el diseño de estructuras más ligeras y eficientes energéticamente en el futuro.