Misure estensimetriche a pieno campo per affaticamento Microstructurally piccola crepa propagazione utilizzando il metodo di correlazione di immagini digitali

Misurazioni della deformazione a campo completo per la propagazione di crepe a fatica micro-strutturalmente piccole utilizzando il metodo Digital Image Correlation. Sono necessarie nuove soluzioni leggere per migliorare l'efficienza energetica di veicoli come le navi, la riduzione del peso delle grandi strutture in acciaio, è possibile utilizzando materiali in acciaio avanzati. L'utilizzo efficiente richiede un'elevata qualità di produzione e metodi di progettazione robusti, metodi di progettazione robusti significano analisi strutturale in condizioni di carico realistiche, come il carico indotto dalle onde nel caso di una nave da crociera, l'analisi strutturale della resistenza delle strutture include calcoli di risposta per definire deformazioni e sollecitazioni, il livello di sollecitazione consentito è definito in base alla resistenza dei dettagli strutturali critici , nel caso di strutture di grandi dimensioni è tipicamente giunto saldato all'interno di microstruttura omogenea, una delle principali sfide di progettazione è la fatica a causa della sua natura cumulativa e localizzata, ad esempio alla tacca di saldatura, per un'alta qualità di produzione il problema più importante è l'inizio e la propagazione della fessura a fatica, poiché la fessura come i difetti di fabbricazione viene trascurata.

Questa ricerca studia una piccola fessura di fatica e introduce un nuovo approccio sperimentale, la novità dell'approccio consiste nella misurazione della deformazione a campo completo in situ utilizzando una tecnica di modello unica, combinata con la misurazione del tasso di crescita della manovella allo stesso tempo l'analisi microstrutturale rivela l'impatto delle concentrazioni di sollecitazioni di taglio e dei limiti dei grani sul piccolo ritardo della crepa a fatica. Spieghiamo le fasi principali della procedura di misurazione e forniamo una discussione sintetica del risultato principale. Primo passo, preparazione e ricottura del campione, la piastra d'acciaio viene ricotta in atmosfera di azoto ad una temperatura di 1200 gradi Celsius per un'ora e tempra in acqua, la procedura di ricottura si traduce in un aumento della dimensione media dei grani dell'acciaio studiato fino a 349 micrometri, senza formazione di estensione di particelle di carburo di cromo, i provini dentellati con spessore di un millimetro vengono tagliati dalla piastra ricotta dell'acciaio ferritico studiato utilizzando la lavorazione a scarica elettrica , lo schema del campione è mostrato qui.

Le superfici del campione sono lucidate, finendo con naught point naught due micrometri colloidale silice vibrante lucidatura che è necessaria per l'analisi di diffrazione a dispersione posteriore elettronica. Fase due, pre-cracking a fatica, il campione è sottoposto a carico ciclico uniassiale e frequenza di fatica 10 hertz, le crepe iniziali con lunghezza da un micrometro a 20 micrometri vengono prodotte sulla punta della tacca. Monitoraggio ottico della formazione iniziale della fessura dopo 10.000 cicli di caricamento del ciclo, ripetere la prova di carico del ciclo se non è stata prodotta la fessura iniziale.

Fase tre, caratterizzazione microstrutturale, segni di microindentazione vickers vengono utilizzati per contrassegnare l'area di interesse, la microstruttura dell'acciaio viene studiata dalla superficie laterale del campione in prossimità della tacca utilizzando l'analisi di diffrazione del backscatter elettronico. Qui viene mostrata l'analisi del fattore Schmid e del misorientamento dei limiti dei grani. Fase quattro, decorazione con un motivo, pulire la superficie del campione con etanolo, depositare un sottile strato di inchiostro sulla superficie del vetro, premere il timbro in silicone con un motivo sul vetro per spostare uno strato di inchiostro sulla superficie del timbro, utilizziamo uno strumento pneumatico su misura per un funzionamento rapido e preciso con il timbro, premiamo il timbro in silicone coperto con l'inchiostro sulla superficie del campione , controllare la qualità del motivo a macchie utilizzando la microscopia ottica, un esempio del modello maculato è mostrato qui.

Passo cinque, test di fatica con correlazione digitale dell'immagine, esecuzione del test di fatica e sincronizzazione con il sistema di registrazione delle immagini, il test di fatica continua mentre la lunghezza della fessura si avvicina a un valore critico o la deformazione plastica inizia a dominare. Fase 6, analisi dei risultati, le immagini ottenute vengono analizzate utilizzando un software commerciale per eseguire il calcolo del tasso di crescita della fessura e l'analisi di correlazione digitale dell'immagine, l'analisi della deformazione del ceppo di taglio viene eseguita per l'area studiata, l'analisi cumulativa dei risultati ottenuti, l'uso dei segni di micro-indentazione vickers per il corretto allineamento del campo di deformazione della deformazione a taglio con i dati di mappatura della diffrazione del backscatter elettronico , limiti di granulosità, mappa di orientamento del grano. Risultati rappresentativi, accumulo di campo di deformazione a taglio a dimensioni sub-granulose durante la breve propagazione della fessura a fatica, combinazione della visione dell'accumulo del campo di deformazione di taglio e microstruttura dell'acciaio studiato, combinazione del tasso di crescita della fessura e dell'analisi dell'accumulo di deformazione di taglio danno un possibile meccanismo della piccola crescita della fessura di fatica, piccole propaganze della fessura di fatica a partire dalla fessura iniziale prodotta dalla procedura di pre-cracking , la zona di deformazione di taglio si localizza prima della punta di fessura e le dimensioni della zona di deformazione di taglio crescono mentre la fessura si propaga verso la localizzazione, quando la fessura si avvicina alla zona di localizzazione della deformazione, il tasso di crescita della fessura diminuisce significativamente a causa del cambiamento del modo di propagazione della fessura, il tasso di crescita della fessura aumenta continuamente dopo che la fessura ha varco il centro della zona di localizzazione della deformazione , il tasso di crescita delle crepe inizia a diminuire di nuovo non appena la successiva zona di localizzazione del ceppo si è formata prima della punta della fessura.

Conclusione, una nuova ricerca fornisce una comprensione più profonda del piccolo comportamento di crescita delle crepe da fatica, la combinazione della misurazione del tasso di crescita delle crepe e l'analisi del campo di deformazione a livello sub-granuloso aiuta a rivelare il meccanismo responsabile della crescita anomala delle piccole crepe da fatica, questa comprensione più profonda del comportamento di crescita delle crepe da fatica consente di sviluppare nuovi approcci teorici e quindi consentire la progettazione di strutture più leggere ed efficienti dal punto di vista energetico in futuro.