Souche de plein champ des mesures pour Microstructurally petite Fatigue Crack Propagation à l’aide de la méthode de corrélation d’images numériques

Mesures des souches en plein champ pour la propagation des fissures de fatigue micro-structurellement petites à l’aide de la méthode de corrélation d’image numérique. De nouvelles solutions légères sont nécessaires pour améliorer l’efficacité énergétique des véhicules tels que les navires, la réduction de poids des grandes structures en acier, est possible en utilisant des matériaux d’acier de pointe. L’utilisation efficace nécessite une qualité de fabrication élevée et des méthodes de conception robustes, des méthodes de conception robustes signifient une analyse structurelle dans des conditions de chargement réalistes, telles que sous la charge induite par les vagues dans le cas d’un navire de croisière, l’analyse de la force structurale des structures comprend des calculs de réponse pour définir la déformation et les contraintes, le niveau de stress autorisé est défini en fonction de la force des détails structurels critiques , dans le cas de grandes structures, il est généralement soudé joints dans la micro-structure homogène, l’un des principaux défis de conception est la fatigue en raison de sa nature cumulative et localisée, par exemple à l’encoche de soudure, pour la qualité de fabrication élevée la question la plus importante est l’initiation de fissures de faible fatigue et la propagation, puisque les fissures comme les défauts de fabrication sont négligés.

Cette recherche étudie la petite fissure de fatigue et introduit une nouvelle approche expérimentale, la nouveauté de l’approche consiste en la mesure in situ de la souche complète sur le terrain à l’aide d’une technique de modèle unique, combinée à la mesure du taux de croissance de la manivelle en même temps que l’analyse micro-structurelle révèle l’impact des concentrations de stress de cisaillement et des limites de grain sur le retardement des fissures de faible fatigue. Nous expliquons les principales étapes de la procédure de mesure et fournissons une analyse sommaire de la constatation principale. Première étape, préparation des spécimens et annealing, la plaque d’acier est annelé dans l’atmosphère azoté à une température de 1200 degrés Celsius pendant une heure et trempé dans l’eau, la procédure d’annealage entraîne une augmentation de la taille moyenne du grain de l’acier étudié jusqu’à 349 micromètres, sans formation d’extension de particules de carbure de chrome, les spécimens crantés avec une épaisseur d’un millimètre sont coupés de la plaque annealed de l’acier ferritique étudié à l’aide d’usinage de décharge électrique , le schéma du spécimen est montré ici.

Les surfaces des spécimens sont polies, terminant avec naught point naught deux micromètres de polissage vibratoire de silice colloïdale qui est nécessaire pour l’analyse de diffraction de dispersion du dos électronique. Deuxième étape, pré-fissuration de la fatigue, spécimen est soumis à la charge cyclique uniaxiale et la fréquence de fatigue 10 hertz, fissures initiales avec la longueur d’un micromètre à 20 micromètres sont produites à la pointe de l’encoche. La surveillance optique de la formation initiale de fissures après 10 000 cycles de chargement du cycle, répéter les essais de chargement du cycle si la fissure initiale n’a pas été produite.

Troisième étape, la caractérisation micro-structurelle, les marques de micro-indentation vickers sont utilisées pour marquer la zone d’intérêt, la micro-structure de l’acier est étudiée à partir de la surface latérale du spécimen à proximité de l’encoche à l’aide de l’analyse de diffraction de rétrodéciffrateur électronique. L’analyse du facteur Schmid et de la désorientation des limites céréalières est effectuée ici. Étape quatre, décoration avec un motif, nettoyer la surface du spécimen avec de l’éthanol, déposer une fine couche d’encre sur la surface de verre, appuyez sur le timbre de silicone avec un motif sur le verre pour déplacer une couche d’encre à la surface du timbre, nous utilisons un outil pneumatique sur mesure pour un fonctionnement rapide et précis avec le timbre, appuyez sur le timbre en silicone recouvert de l’encre sur la surface du spécimen , vérifiez la qualité du motif speckle à l’aide de microscopie optique, un exemple du motif moucheté est montré ici.

Cinquième étape, tests de fatigue avec corrélation d’image numérique, test de fatigue et synchronisation avec le système d’enregistrement d’images, les tests de fatigue se poursuivent pendant que la longueur de fissure s’approche d’une valeur critique ou que la déformation plastique commence à dominer. Étape 6, analyse des résultats, les images obtenues sont analysées à l’aide d’un logiciel commercial pour effectuer le calcul du taux de croissance des fissures et l’analyse de corrélation d’image numérique, l’analyse de la déformation de la souche de cisaillement est effectuée pour la zone étudiée, l’analyse cumulative des résultats obtenus, l’utilisation des marques de micro-indentation vickers pour l’alignement approprié du champ de déformation de la souche de cisaillement avec des données de cartographie de diffraction de rétrodéciffrateur électronique , limites des grains, carte d’orientation des céréales. Résultats représentatifs, accumulation de champ de contrainte de cisaillement à la taille du sous-grain pendant la propagation courte de fissure de fatigue, vue combinée de l’accumulation de champ de contrainte de cisaillement et de la micro-structure de l’acier étudié, combinaison du taux de croissance de fissure et de l’analyse d’accumulation de contrainte de cisaillement donnent un mécanisme possible de la croissance petite fissure de fatigue, petite fissure de fatigue propage à partir de la fissure initiale produite par la procédure de pré-fissuration , la zone de contrainte de cisaillement se localise avant la pointe de fissure et la taille de la zone de contrainte de cisaillement se développe tandis que la fissure se propage vers la localisation, quand la fissure s’approche de la zone de localisation de contrainte, le taux de croissance de fissure diminue sensiblement en raison du changement du mode de propagation de fissure, le taux de croissance de fissure augmente continuellement après que la fissure traverse le centre de la zone de localisation de contrainte , le taux de croissance des fissures recommence à diminuer dès que la prochaine zone de localisation des souches s’est formée avant la pointe de fissure.

Conclusion, de nouvelles recherches permettent de mieux comprendre le comportement de croissance des fissures de faible fatigue, la combinaison de la mesure du taux de croissance des fissures et de l’analyse des champs de souches au niveau des sous-grains contribue à révéler le mécanisme responsable de la croissance anormale des petites fissures de fatigue, cette compréhension plus profonde du comportement de croissance des fissures de faible fatigue permet de développer de nouvelles approches théoriques et ainsi permettre la conception de structures plus légères et plus économes en énergie à l’avenir.