Name: デジタル画像相関法と中間ひずみ率材料解析 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 59 s
Description: 学ぶ デジタル画像相関法を用いた中間ひずみ率での材料動的特性評価プロトコル。高速サーボ油圧荷重装置と非接触ひずみ計測技術により、材料の力学性能を正確に解析する方法を解説します。

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著者は、ドミトリー ・ Klishch、ミシェル ・ Delannoy、タイラー Musclow、フレイザー カービィ、ジョシュア イルゼとアレックス Naftel から大きな支援を認めます。金融サポート セキュリティ材料技術 (SMT) プログラムを通じて国立研究評議会カナダ (NRC) にも感謝しています。

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著者が明らかに何もありません。

実験から得られた生データは、供試体の供試体ジオメトリとひずみゲージ場所によって影響されます。高批ずみ速度でロード フレームに組み込むピエゾ電気負荷洗濯機が取得した低ひずみ率の動的テストの負荷データ (ブルースら 。3提案 > 10/s、王らの中。9報告 100/s 制限) 通常読み込みに関連付けられている動的波による大振幅振動に苦しみます。図 1試験片の組み合わせのように、形状およびひずみ速度可能性がありますをレンダリング負荷洗濯機信号ノイズの高レベルのために非現実的です。したがって、タブにひずみゲージをインストールするどの供試体のセクションは、最も一般的な3負荷読書の代替的なアプローチが考慮されなければなりません。計測した歪みデータからの負荷を計算するために、テスト中に弾性変形域におけるタブ セクション (負荷計算ひずみゲージがインストールされている) ままになりま...

ほとんどの材料の力学的挙動1のひずみ速度依存性の程度を示すし、したがって、準静的ひずみ速度でのみ機械試験の動的材料特性を決定するために適してではありません。アプリケーション。5 種類の機械のテスト システムを使用して調べた通常材料のひずみ速度依存性: 従来のスクリュー ドライブのロード フレーム、サーボ油圧システム、高速サーボ油圧システム、衝撃試験機、ホプキンソン バー システム1。 分割ホプキンソン棒は過去の材料の動的特性の一般的な施設をされている 50 年2。また中間および低ひずみ速度をテストするホプキンソン バーを変更する努力がずっとあります。ただし、これらの施設は通常材料の高批ずみ速度特性に適している (すなわち、通常 200/秒以上)。中間のひずみ速度 10−200/秒の範囲内での材料特性のひずみ率特性に関する文献でギャップがある (すなわちの間の準静的および高批ずみ速度結果分割から得られるホプキンソン棒3)、ためにであります。設備、中ひずみ速度材料試験の信頼性の高いプロシージャの欠如へのアクセスを制限します。
高速サーボ油圧負荷フレームは、定数と定義済みの速度で試験片に荷重を適用します。これらは引張試験で、読み込みが始まる前に目的の速度に到達するクロスヘッドができる余裕のアダプターからフレームの利点をロードします。余裕のアダプターは、により、目標速度に到達するある特定の距離 (例えば 0.1 m) に向かうと、供試体に荷重を適用するを起動します。高速サーボ油圧負荷フレームは通常変位制御モードの下でテストを実行し、一定工学ひずみ率3を生成する定数アクチュエータ速度を維持します。
試験片の伸びの測定方法は、接触や非接触技術4に分類されています。連絡先技術は、レーザー伸縮計は非接触測定の使用にクリップオン伸縮計などの計測器の使用を含んでいます。動的テストに適していますない連絡先伸縮慣性の影響を受けやすいので、非接触伸縮この問題に苦しむしません。
デジタル画像相関法 (DIC) は、光, 非接触, 全視野ひずみ計測、ひずみ測定歪み/負荷を測定し、関連付けられている (例えば、鳴る現象) の課題のいくつかを克服する方法であると動的材料特性評価5。抵抗ストレン ゲージは測定、伸長、および限られた実装方法の限られた範囲の限られた地域など制限苦しむことができる DIC が常に中に試料表面から全視野ひずみ計測を提供できるに対し、実験。
提示された手順 DIC と共に高速サーボ油圧負荷フレームの使用をについて説明し、実験の手順の詳細を明らかにする最近開発された標準的なガイドライン6に補完的なドキュメントとして使用できます。サーボ油圧負荷フレームについてさまざまなテストのセットアップのために続くことができる (例えば、引張、圧縮、せん断と)、一般的な準静的負荷ともフレーム同様、したがって、カバー設備の広大な範囲。さらに、DIC セクションはマイナーな修正と、機械的あるいは熱的テストの任意の種類に個別に適用する可能性があります。

<table><tbody><tr><td>カメラレンズ</td><td>オプトエンジニアリング</td><td></td><td>テレセントリックレンズ 23-64</td></tr><tr><td>ハイスピードカメラ&nbsp;</td><td>SAXフォトロンFastcam&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>高速DAQ&nbsp;</td><td>ナショナルインスツルメンツ</td><td>USB-6259</td><td></td></tr><tr><td>高速油圧サーボロードフレーム</td><td>MTS Systems Corporation</td><td>カスタムビルド</td><td></td></tr><tr><td>ジャブバレットライト ディフューザー付き&nbsp;</td><td>AADyn JAB BULLET&nbsp;</td><td></td><td>&nbsp;15°C;ディフューザー&nbsp;</td></tr><tr><td>ひずみゲージ</td><td>微量測定</td><td>モデル EA-13-062AQ-350</td><td></td></tr></tbody></table>

デジタル画像相関法と中間ひずみ率材料解析

Intermediate Strain Rate Material Characterization with Digital Image Correlation

動的荷重を受ける材料の力学応答は通常静的条件下での動作とは異なるしたがって、一般的な準静的機器と材料解析に使用するプロシージャは動的荷重を受ける材料の適用されません。材料の動的応答の変形速度に依存し、高に大別されるが (すなわち、200/s より大きい)、中間 (すなわち、10−200/秒) と低ひずみ率 (すなわち、以下 10/s) 政体。集録したデータの信頼性を確保するため、特定施設およびテスト プロトコルの各これらの政権を呼び出します。高速サーボ油圧設備および検証テスト プロトコルへのアクセスを制限、中ひずみ速度で結果の差が大きくあります。現在の原稿は、これらの中間のひずみ速度でさまざまな材料の特性評価のための検証済みプロトコルを提示します。歪みゲージ計測およびデジタル画像相関プロトコルは、すべての単一のテストから最大限のレベルの詳細データを抽出する無料のモジュールとして含まれています。さまざまな資料・ テストのセットアップから得られる生データの例 (例えば,引張・せん断) される出力データを処理するために使用分析の手順については。最後に、機能の制限や潜在的な問題を克服するための方法に沿って、現在のプロトコルを使用して動的キャラクタリゼーションの課題を説明します。

動的テストの期間は通常応力波負荷鉄道 (すなわちグリップ、標本、および読み込み) の長さのラウンド トリップを旅行するために必要な時間に匹敵するシステム1。動的テストは、動的平衡を達成すると、し、試料のほぼ一定のひずみ速度で均一変形経験数と動的テスト中の応力波の振幅が制御されている場合に有効です。自動車エンジニアの社会 (SAE) 草案標準8で試料を伝達する少なくとも 10 弾性反射波は、SAE J2749 試験片の降伏前に長さを測定します。高い固有振動数システム通常低い振幅振動 (すなわち、信号は、ステップ入力に対して通常の振動) をリンギングがあります。このリンギング現象は高批ずみ速度に媒体の動的試験の主な課題です。リンギング (周波数と振動信号の振幅) のレベルは、ロード フレームから得られる生の負荷データを許容できるかどうかを決定します。図 1は、2 つの異なるテスト負荷信号の例を示しています。両方のテストでロ...

ここで高速サーボ油圧負荷フレームを使用して中間のひずみ速度引張試験片の動的キャラクタリゼーションの方法論を提案する.歪みゲージ計測・解析だけでなく、標本のデジタル画像相関ひずみ測定のための手順も定義されています。

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common ...

材料の機械的性能は負荷の適用の速度によって異なる。当社のプロトコルは、中間歪み率で材料の挙動をキャプチャするために使用することができます。この技術の主な利点は、材料が高速カメラで表面歪みをキャプチャするために非接触、フルフィールド歪み測定技術を使用しながら特徴付けることができるということです。材料の中間ひずみ率特性は、多くの場合、適切な標本設計、およびテストプロトコルを介して避けるべき結果のリングと呼ばれる望ましくない振動を扱う必要があります。手順を開始する前に、国際標準化機構のパラメータに従って、犬の骨状の引張標本を準備します。次に、試料の表面を塗装して、高コントラストの特徴を示す。各暗いコントラスト特徴のようなカメライメージセンササイズにコントラストパターンを合わせると、約3画素以上で構成され、その後、試料を脇に置いて、塗料を乾燥させる。試料の準備ができたら、制御コンソールに電源を入れ、ポンプから高いレートフレームまでの隔離弁が開いていることを確認してから、コンピュータの電源を入れます。デスクトップからコントローラアプリケーションを起動し、高レートの変位cfg設定を選択してリセットをクリックしてインターロックをクリアします。油圧ポンプを起動し、サービスマニホールドを一度に1つずつ開き、低いインジケータが点滅しなくなるまで待ってから、各マニホールドの高いインジケータを押します。テスト設計ソフトウェアを起動し、油圧ポンプと高サービスマニホールドポンプがオンであることを確認します。次に、クリック、ファイル、新規、テンプレートとカスタムテンプレートからのテスト、およびテンションテストを選択します。歪みゲージの設定のために、負荷フレームのクロスヘッド制御のスイッチを低レートに設定し、試験器内のひずみゲージボックスのワイヤにワイヤの色に応じて、試験歪みゲージゲージのワイヤを一致させます。そして、コントローラアプリケーションにおいて、補助入力の下で、ひずみ1を、菌株の最大範囲を選択する。次に、手動制御を有効にし、マイナス125ミリメートルで完全な延長にヘッドの位置を入力します。[手動コマンドを有効にする] チェック ボックスをオフにして、排他コントロール ボックスのチェックを外します。弾性コードは、クーポンを取り付けるためのスペースを作るために、緩いアダプターを引き込まれた位置に保持するために使用することができます。取り付け具を使用して、グリップ内のクーポンを揃えます。キーアイコンを押してハンドセットをアクティブにし、ソフトウェアの排他制御ボックスがオフになっていることを確認します。上部のグリップが緩んで、試料への望ましくない負荷の適用を防ぎ、弾性コードを取り外してください。ホイールアイコンを押してコントローラをアクティブにし、緩いアダプタの下側アームがほぼ完全に引き込まれになるまで、ゆっくりとホイールを回転させます。もう一度キーアイコンを押して、ハンドセットを無効にし、ヘッドを正確にマイナス125ミリメートルに持って行くために手動制御を使用して排他的なコントロールボックスをチェックします。レンチとキーを使用してスラックアダプタを回転させ、クーポンをねじらずにトップグリップを締め、スラックアダプタと中間クロスヘッドの間のスパイラルワッシャーをチェックして、ワッシャーがしっかりとしていて、ロードトレインに沿って軸方向のクリアランスがないことを確認します。次に、フレームを高いレートに戻し、エンクロージャのドアがしっかりと閉じられていることを確認します。デジタル画像の相関を測定器に設定するには、高速イメージングビューアソフトウェアを開き、設定を保存する前に[検出]をクリックします。カメラオプションをクリックし、入力出力タブを選択して外部信号を設定します。フレームレートとフレーム解像度を設定するには、可変をクリックし、カメラの周波数とデータ取得ボックスの取得レートを、ロードフレームの高速データ取得システムと同じ数値に設定します。次に、高速撮像ビューアで高速データ取得を開き、フレームごとに必要なチャンネルとサンプルを選択する。テストを実行するには、テンション テストを開き、新しいテストの実行を選択して、有効なファイル名を入力します。必要に応じてフィールドを変更し、[問題ありません] をクリックします。ランプレートの場合は、公称希望のヘッド速度を選択し、[大丈夫]をクリックします。一連のプロンプトが表示され、キーハードウェアをチェックしてから、実行アイコンをクリックしてテストを開始できることを思い出させます。制御コンソールで、アームチャージアキュムレータスイッチを押し続け、システムをアームします。次に、火を押してテストを完了します。テストの速度は、例えば毎秒約8メートルの自動車事故シミュレーション速度を適用できる実際のシナリオに基づいて計算する必要があります。データ分析のために、ロードフレームコンピュータから選択した後処理ソフトウェアに生データをエクスポートし、検体が故障したゲージセクションの位置を決定します。ひずみフィールドを故障セクション付近のローカルエリアに制限し、そのひずみをローカルエリアで測定して記録します。そして、測定から得られた応力ひずみ曲線を描く。これらの試験はいずれも適切に行われたが、負荷フレーム力リンクから直接抽出された負荷データをタブセクション歪み測定などの代替負荷測定技術ではこの試験では使用できなかったため、必要であった。ただし、このテストでは、負荷フレームからの生の負荷データがひずみゲージの負荷とよく一致していました。ゲージセクション全体に時間を費やしたひずみフィールドの進化を伴う犬の骨アルミニウム標本のデジタル画像相関結果の典型的な例が示されている。標本の特定の断面内の均一な歪みは、試験中の適切な荷重とデータ分析を示しています。そして、最後の画像におけるデジタル画像相関の喪失は、塗料の剥離をもたらし、故障ゾーン付近での故障の直前に避けられない重度のネッキングによるものでした。デジタル画像相関から得られたこれらの応力ひずみ曲線と負荷フレームクロスヘッド変位データから、ゲージセクション全体の平均応力歪みを示し、その手法の妥当性と結果間の良好な一致を示す。結果の包括的な評価は、プロトコルが有効な仮定の境界内で行われることを保証します。慣性支配的な政権や滑り止め条件やグリップなど。この手順に従って、さまざまな機械的特性評価テスト(例えば、薄手、曲げ、穿刺、圧縮試験など)を、さまざまな材料に対して実行することができます。この技術は、準静的テストと超高ひずみ率特性解析技術との間のギャップを埋めます。材料の挙動をひずみ率の関数として完全に特徴付けることを可能にします。

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Engineering

工学

歯科用樹脂複合修復における重合収縮応力の空間的な開発を理解するために、デジタル画像相関は、重合前及び後に撮影した修復物の画像を相関させることによって、復元されたモデルガラスキャビティの全視野変位/歪測定を提供するために使用した。...

模擬空洞内に歯科用コンポジットの収縮は、デジタル画像相関で測定

私たちは、一軸引張試験を受けた血管組織サンプルの局所的な表面ひずみ場を特徴付けるために、デジタル画像相関の使用について説明します。これらの測定により、サンプルの機械的応答の正確な定量化と、構成的な応力-ひずみ関係の生成が容易になります。...

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改良された3Dプリンターを用いた歪み測定装置の製造

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デジタル画像相関を用いた溶接試料の共振疲労試験における亀裂モニタリング

この論文では、腱の外植片内の局所的な2D組織ひずみを測定するためのオープンソースのデジタル画像相関アルゴリズムについて説明します。この手法の精度は、複数の手法を使用して検証されており、一般に利用できます。...

オープンソースのデジタル画像相関 による 腱の局所組織ひずみの測定

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エラストマー表面への微粒子の永続的で堅牢なステンシルパターンの適用

光学的に不透明な流体中または光学的に不透明なジオメトリを通じ、速度の2次元フィールドを取得することが可能なエコー粒子画像流速（EPIV）システムが記載されており、パイプフローの検証測定が報告されています。...

エコー粒子画像流速測定法

私たちは、構造的に複雑な材料からの散乱光の方向に空間的な変化をサンプリングするための非破壊的手法を提案する。同時に高分解能イメージングの微細スケールの方向の貢献を取り込む際に材料をそのまま維持することによって、我々は、総規模散乱挙動を保つ。結果は、生体関連ポジションとスケールでソフトウェアで可視化する。...

生物材料からの空間的及び道順変化する光散乱の測定

学ぶ デジタル画像相関法を用いた中間ひずみ率での材料動的特性評価プロトコル。高速サーボ油圧荷重装置と非接触ひずみ計測技術により、材料の力学性能を正確に解析する方法を解説します。

デジタル画像相関法と中間ひずみ率材料解析

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