Name: 전체 필드 스트레인 측정 Microstructurally 작은 피로 균열 전파 디지털 이미지 상관 관계 메서드를 사용 하 여 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 37 s
Description: 학습하세요 디지털 이미지 상관관계법을 이용한 미세구조적 작은 피로 균열 전파 시 전체 변형률 측정 방법입니다. 아노다이징된 페라이트강 시편에서 전단 변형률 분포를 측정하여 균열 성장 메커니즘을 규명하고, 경량 구조물 설계에 활용할 수 있는 통찰을 제공합니다.

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ASTM UNS S43940 ferritic 스테인리스 Outokumpu 스테인리스 Oyj에 의해 제공 되었다. 연구는 아카데미의 핀란드 프로젝트 № 298762와 Aalto 대학 공학 및 박사 후 자금 없음 9155273 Aalto 대학 공학에 의해 지원 됩니다. 비디오 게시 Mikko Raskinen 알토 미디어 공장에서의 지원으로 수행 되었다.

1. 견본 준비 및 어 닐 링
<ol><li>3 m m의 두께 가진 원래 페라이트 스테인레스 스틸 접시를 밀 ( 재료의 표참조) 약 200 m m x 15 m m x 1 m m의 특성 크기 접시를.</li>
	<li>석 영 관으로 생산된 강철 플레이트를 놓고 펌프 ( 재료의 표참조) 그것은 약 10-6 mbar의 압력까지.</li>
	<li>아르곤 가스를 제공 ( 재료의 표참조)에 석 영 튜브 압력에 대 한 0.2 mbar에 도달할 때까지.</li>
	<li>녹는 온도19까지 석 영 튜브를가 열 하 여 내부 표본으로 석 영 튜브를 봉인. 주의: 봉인 절차는 위험 합니다. 적절 한 눈 보호, 등20등 적절 한 예방 조치를 사용 합니다.</li>
	<li>강판 챔버로 사용 하 여 석 영 튜브 안에 밀폐 anneal (재료의 표 참조) 1 시간 그리고 물에 담금질 하는 1200 ° C의 온도에. 참고: 어 닐 링 절차 크롬 탄 화물 입자21의 광범위 한 대형 없이 350 µ m까지 공부 철강의 평균 입자 크기를 증가 시킵니다. 주의: 어 닐 링 절차는 위험 합니다. 적절 한 예방 조치를 사용 하 고 챔버로 설명서의 지침을 따르십시오.</li>
	<li>잘라 노치 표본 (1 m m의 두께) 전기 방전 가공을 사용 하 여 공부 페라이트 계 강철의 단련 한 접시에서 (EDM, 재료의 표참조). 시료의 구조는 그림 1에 표시 됩니다. 주의: EDM 절단 절차는 위험 합니다. 적절 한 예방 조치를 사용 하 고 EDM 설명서의 지침을 따르십시오.</li>
	<li>갈기 고 견본 표면 폴란드어.<ol>
<li>시료의 표면 균일 되기에 머리 종이 (자료 테이블) 연 삭 기계를 사용 하 여 견본 표면 갈기.</li>
		<li>10 분 동안 3 µ m와 1 µ m 다이아몬드 붙여넣기 ( 재료의 표참조) 연마 기계를 사용 하 여 견본 표면 폴란드어.</li>
		<li>견본 표면 연마 (재료의 표 참조) 약 4 h;에 대 한 진동에 0.02 µ m의 콜 로이드 실리 카를 사용 하 여 폴란드어 이것이 EBSD 분석을 위해 필요 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 피로 사전 크래킹
<ol><li>실험적 변위 제어 피로 테스트 매개 변수를 정의 합니다.<ol>
<li>변위 제한 ε최소 및 ε최대 서보 유압 기계의 조정 ( 재료의 표참조)를분 σ σ최대 약-50의 범위에서 MPa 300 MPa, 각각. 주의: 서보 유압 기계는 위험. 적절 한 예방 조치를 사용 하 고 서보 유압 기계 설명서의 지침을 따르십시오.</li>
		<li>광학 현미경을 사용 하 여 2000, 5000, 10000 사이클 후 초기 균열 형성을 검사 ( 테이블의 자료참조) 피로 사이클의 최적의 수를 정의 하 고 광범위 한 균열 성장을 방지 하.</li>
	</ol>
</li>
	<li>주제 변위를 표본 매치 순환 로드 사이클의 정의 된 금액에 대 한 제어.</li>
	<li>광학 현미경을 사용 하 여 정의 된 금액 후 초기 균열 형성을 검사 합니다. 약 20 µ m까지 길이와 초기 균열 노치 끝에 생산 됩니다.</li>
	<li>피로 사이클을 로드 하는 초기 균열 하지 생산 하는 경우의 수를 늘립니다.</li>
	<li>초기 균열 길이가 50 µ m를 초과 하는 경우는 시료를 교체 합니다.</li>
</ol>3. microstructural 특성화
<ol><li>예약 금이 견본을 청소.<ol>
<li>초음파를 사용 하 여 20 분 아세톤과 미리 금이 견본 청소 목욕 ( 재료의 표참조).</li>
		<li>초음파를 사용 하 여 20 분에 대 한 에탄올과 미리 금이 견본을 깨끗이 목욕 ( 재료의 표참조).</li>
	</ol>
</li>
	<li>그림 2a와 같이 비커스 microindentations를 사용 하 여 공부 영역을 표시 합니다.<ol>
<li>비커스 microindentor의 지시에 따라 ( 재료의 표참조) microindentation 마크를 수행.</li>
		<li>마이크로 비커스 경도 기 표본 삽입 ( 재료의 표참조).</li>
		<li>500 북 아 일에 들여쓰기 강제 설정</li>
		<li>노치 끝에서 옆으로 약 500 μ에 첫 번째 비커스 들여쓰기 마크 위치를 조정 합니다. 또 다른 측면에서 두 번째 들여쓰기를 준비 합니다.</li>
		<li>약 500 µ m 옆으로 고 노치 끝에서 약 400 µ m에서 세 번째 들여쓰기 마크 위치를 조정 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>전자 후방 산란 회절 (EBSD) 분석을 사용 하 여 노치 주변 견본의 측면 표면에서 철강의 미세 분석 ( 재료의 표참조).<ol>
<li>스캐닝 전자 현미경 EBSD 분석을 수행 하려면의 설명서를 따릅니다.</li>
		<li>200 x 배율을 설정 합니다.</li>
		<li>EBSD 검출기에서 시료의 위치를 조정 합니다. 노치 팁 및 3 비커스 microindentation 마크는 EBSD 스캔 (참조 그림 2b)의 프레임 워크 내에서 인지 확인 합니다.</li>
		<li>단계 크기는 EBSD의 설정에서 2 µ m. 검색 기간 검색은 약 1 시간.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4입니다. 패턴으로 장식
<ol><li>에탄올과 시료 표면 청소 ( 재료의 표참조) 초음파 목욕을 사용 하 여 10 분.</li>
	<li>팬을 사용 하 여 견본을 건조.</li>
	<li>에탄올과 젖은 종이 냅킨을 사용 하 여 현미경 슬라이드 청소 ( 재료의 표참조).</li>
	<li>현미경 슬라이드의 유리 표면에 잉크의 얇은 층을 예금 한다. 영구 마커 제공 한다 잉크의 복 층을 유리 표면에 손으로.</li>
	<li>눌러 유리 표면에 패턴을 실리콘 스탬프에 스탬프 표면에 잉크의 레이어를 전송.</li>
	<li>견본 표면에 잉크로 덮여 실리콘 스탬프 아래로 누릅니다.</li>
	<li>광학 현미경을 사용 하 여 얼룩 패턴 품질을 확인 합니다. 얼룩 패턴의 예는 그림 3에 표시 됩니다. 참조 패턴 및 microcontact 인쇄의 세부 사항에 대 한22,23 참조합니다.</li>
	<li>공부 자료의 입자 크기 보다 적어도 10 배 작은 얼룩 패턴 크기 인지 확인 합니다. 참고: 잉크 건조를 피하기 위해 충분 한 시간에 2, 3 및 4 단계를 수행 합니다. 실험적으로 건조 시간을 정의 합니다.</li>
</ol>5입니다. 피로 DIC와 테스트
<ol><li>서보 유압 기계에 표본 설정 (재료의 표 참조). 주의: 서보 유압 기계는 위험. 적절 한 예방 조치를 사용 하 고 서보 유압 기계 설명서의 지침을 따르십시오.</li>
	<li>R를 사용 하 여 부하 제어 피로 테스트 매개 변수를 조정 = 0.1 (σ분 = σ최대 35 MPa = 350 MPa) 및 피로 컴퓨터의 제어 소프트웨어를 사용 하 여 10 Hz의 주파수 테스트.</li>
	<li>정밀 줌 렌즈 16x 광학 현미경을 설정 ( 재료의 표참조)는 시료의 광학 관측을 위한 노치 영역.</li>
	<li>2, 048 픽셀 x 1,536 픽셀의 해상도와 디지털 카메라와 광학 현미경 장비.</li>
	<li>광학 현미경의 배율을 수동으로 조정 합니다.<ol>
<li>전체 노치는 시료의 디지털 카메라의 이미지 영역에 맞는 있는지 확인 합니다.</li>
		<li>적어도 5 번 패턴 크기 보다 작은 픽셀 크기 인지 확인 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>피로 시험을 실행 하 고 시스템을 기록 하는 이미지와 동기화.<ol>
<li>동안에 임시 이미지를 캡처 (10 s) 500 사이클의 간격에서 피로 테스트의 중지.</li>
		<li>부하 이미지 수집 동안 약 210 MPa의 평균 스트레스 일정 개최 됩니다 확인 하십시오.</li>
	</ol>
</li>
	<li>균열 길이 접근 중요 한 값 또는 net 섹션 소성 지배 하기 시작 때까지 피로 테스트를 계속 합니다.</li>
</ol>6. 결과 분석
<ol><li>얻은 raw 이미지를 사용 하 여 균열 성장 율 (CGR) 및 상용 소프트웨어를 사용 하 여 DIC 분석 수행 ( 재료의 표참조).<ol>
<li>작업 설명서를 사용 하 여 CGR 분석 수행. 참고 균열 성장 분석 율은 자동으로 또는 수동으로 상용 소프트웨어를 사용 하 여 수행할 수 있습니다.</li>
		<li>수동으로 사용 하 여 원시 이미지 데이터 집합 후 각 균열 길이 증가의 측정에 의해 500 사이클 CGR 분석을 수행 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>상용 소프트웨어를 사용 하 여 공부 영역에 대 한 전단 변형 변형 분석.<ol>
<li>작업 설명서를 사용 하 여 전단 변형 변형 분석 수행.</li>
		<li>그 상관 관계를 확인 소프트웨어의 시간 시리즈 설정에서 모드 "첫 번째" 상대적 선택 됩니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>슈 미드 요소 곡물 misorientation EBSD 데이터 분석 오픈 소스 MTEX 도구 상자를 사용 하 여 수행 ( 재료의 표참조). 참고: 슈 미드 요소와 곡물 misorientation 분석에 대 한 자세한 내용은 MTEX 도구 상자24의 사용자 가이드에서 사용할 수 있습니다.</li>
	<li>얻은 결과의 누적 분석을 수행 합니다. 참고: 누적 분석 참고.18에서 설명 되어 있습니다.<ol>
<li>입자 경계 지도, misorientation 지도 전단 스트레인 변형 필드18위에 슈 미드 요소 지도 맞게 사용 하 여 비커스 microindentation 표시 합니다.</li>
		<li>정의 CGR, 스트레인 필드와 미세 (misorientation 및 슈 미드 요소 지도) 간의 상관 관계18.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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</ol>

저자는 공개 경쟁 금융 관심 없다 있다.

소설 현장에서 측정 방법은 곡물 마이크로 스케일 수준에서 누적 변형 필드 측정을 소개 된다. 접근 능력을 설명 하기 위하여 microstructurally 작은 피로 균열 전파 동작 18% 크롬 페라이트 스테인리스에서 공부 된다. 공부 강철 뜨거운의 형태로 제공 된 플레이트 3 m m의 두께와 압 연 ( 재료의 표참조) 약 17 µ m21의 입자 크기를 평균 하 고.
성공 측정 초기 피로 균열은 더 전파 동작 분석에 대 한 표본의 노치 끝에 생산 해야 합니다. Microstructurally 작은 균열을 연구 하기 위해서는 초기 균열의 길이 공부 강철의 입자 크기 보다 훨씬 작은 해야 합니다. 피로 테스트 피로 균열 개시 후 균열 성장을 방지 하기 위해 제어 하는 변위 이다. 피로 균열 개시 시간 스트레스 비율 (R)의 감소와 크게 감소 하는 것으로 밝혀졌다. 따라서,만 10000 사이클 R-비율-0.16 테스트 표본에 피로 균열 개시에 필요한, 0.1 Rratio, 함께 하는 동안 피로 균열 100000 사이클 후에 시작 하지 않았다. 부하 율 R =-0.16을 사용 하 여 보다 실제 피로 테스트 사전 크래킹에 대 한 여전히 작은 최대 스트레스 데 350 mpa, 315 MPa에서 스트레스 범위를 증가 수 있습니다.
간헐적인 작은 피로 균열 성장에 미세와 일반적으로 연결 됩니다. 특히, 결정 입자 경계 널리 microstructural 특징 작은 균열 성장 지체4,5,6,7,,89 에 대 한 책임으로 간주 됩니다. , 10 , 11 , 12. 한 외.13 에 의해 경계 요소에서 전위 배합 균열 경로 방법 거짓말 낮은 각도 결정 입자 경계; 균열 성장 율의 감소와 증가에서 발생할 수 있습니다 보여줍니다 그러나, 높은 각 결정 입자 경계 균열 성장률을 미치지 않습니다. 변칙 균열 성장 동작을 일으키는 물리적 이유는 잘 알려져 있습니다. 작은 균열 지체를 일으키는 microstructural 특징을 공개 하려면 microstructural 특성화 피로 시료의 테스트 하기 전에 수행 되었다. 1 단계에서 설명 하는 닦는 절차 EBSD를 사용 하 여 신뢰할 수 있는 microstructural 분석을 위해 결정적 이다. EBSD 분석 바로 전에 3 단계에서 에탄올에는 시료의 청소만 허용 됩니다, 아세톤 증기 EBSD 검출기에 대 한 위험 때문.
개별 곡물 내의 변형 과정을 공개 하려면 얼룩 패턴의 크기는 공부 강철의 입자 크기 보다 훨씬 작은 되어야 합니다. 철강의 평균 입자 크기부터 약 350 µ m은 어 닐 링 후 약 10 µ m22,12하 DIC 계산에 필요한 스펙 클 패턴의 특성 크기 선택 되었다. 단계 5의 올바른 구현에 대 한 공부는 강철의 입자 크기 보다 적어도 10 배 작은 얼룩 패턴 크기 여야 합니다. 시료의 표면 실리콘 스탬프를 사용 하 여 얼룩 패턴으로 장식 되어있습니다. 우리는 주문 품 공 압 도구를 사용 하 여 ( 그림 6참조)는 스탬프의 신속 하 고 정확한 작동을 위해.
작은 피로 균열 전파 동작 부하 제어 피로 테스트 0.1 R 비율을 사용 하 여 미리 금이 표본 중 공부 (σ분 = σ최대 35 MPa = 350 MPa) 10 Hz. 피로 테스트의 주파수와 함께 다음과 같습니다 디지털 이미지 상호 관계 (DIC) 측정입니다. 관심 분야는 2 µ m/픽셀의 해상도 가진 광학 현미경, 정밀 줌 렌즈, x 16를 사용 하 여 모니터링 됩니다. 이미지 임시 동안 캡처됩니다 (10 s) 500 사이클의 간격에서 피로 테스트의 중지. 이미지 수집 동안 로드 일정 하 게 유지 됩니다, 모든 이미지에 대 한 동일한 로드 조건 위해서는 약 210 MPa의 평균 스트레스와 플라스틱 개 악, 안정과 피로 균열 폐쇄 및 광범위 한 크 리프와 함께 최소 및 최대 로드의 힘, 각각. 방법의 참신 작은 피로 균열 성장 동안에 형성 하는 작은 변형 영역을 수 있는 고해상도 원래의 장소에 DIC 이미지 녹음을 기반으로 합니다. 실험의 성공에 따라 미리 부 수 절차의 적절 한 구현, 관찰된 전단 스트레인 지역화 영역 같은 작은 기능의 흐리게 하는 방지 하기 위해 확대 및 이미지 캡처 간격 선택. 따라서, 카메라 해상도의 적절 한 선택, 광학 배율 및 얼룩 패턴 크기 프로토콜의 5 단계에 설명 된 대로 수 있습니다 스트레인 지역화 현상의 조사를 위해 중요 한. 그러나, 전단 스트레인 지역화 영역의 형태 여전히 고 얼룩 패턴의 추가 개선 및 녹음 장비 이미지의 해상도 필요 합니다.
이 문서에서 설명 하는 방법론 접근은 성긴 자료에 작은 피로 균열의 균열 성장 분석에 적합 합니다. 균열 성장 속도 측정 및 메커니즘 작은 피로의 비정상적인 성장에 대 한 책임은18, 널리 관찰된 곡물 경계 뿐만 아니라 균열을 하위 곡물 수준 도움에 스트레인 필드 분석의 조합 SFCs. 피로 파괴 메커니즘의 깊은 이해에 효과 새로운 이론적 접근의 개발을 가능 하 게 하 고 따라서, 가볍고 더 에너지 효율적인 구조의 디자인을 나중에 수 있습니다.

새로운 경량 솔루션은 차량 선박 등의 에너지 효율을 개선 하는 데 필요한. 대형 철 구조물의 무게 감소는 고급 강재를 사용 하 여 가능 하다. 새로운 자료는 경량 솔루션의 효율적인 활용에는 높은 제조 품질과 견고한 설계 방법1,2필요합니다. 견고한 설계 방법은 현실적인 로드 조건에서와 같은 파도 유도 유람선으로 응답 계산 변형 및 응력을 정의 하는 경우 로드 구조 분석을 의미 합니다. 허용된 스트레스 수준은 중요 한 구조상 세부 사항을 강도 기반으로 정의 됩니다. 대형 구조물의 경우 이들은 휘도가 미세 일반적으로 용접된 합동입니다. 새로운 경량 솔루션에 대 한 주요 설계 과제 중 하나는 종종 일어나 고 용접 노치에서 그것의 누적 및 지역화 된 특성으로 인해 피로. 높은 제조 품질에 대 한 피로 동작 지배 된다 작은 피로 균열 (SFC) 성장에 의해 제조 유도 결함은 매우 작은1,3. 따라서, 작은 피로 균열 성장 금속 재료에서의 근본적인 이해 고성능 구조에 새로운 철강의 지속 가능한 이용을 위해 결정적 이다.
다 결정 금속 재료의 피로 균열 전파와 같은 복잡 한 프로세스의 효과적인 모델링 피로 골절 메커니즘을 동반 하는 실제 프로세스에 대 한 명확한 이해 없이 불가능 하다. 연구 커뮤니티에서 상당한 노력 피로 균열 전파 시각적 관찰 및 통계 분석을 사용 하 여 조사에 집중 되었습니다. 지금까지, 작은 피로 균열 성장 행동 주로 실험 기술의 제한으로 인해 이론적 방법으로 조사 되었습니다. SFCs에 대 한 비정상적인 피로 균열 성장 속도 지체 곡물 경계 (기가바이트)4,5,6,7,,89일반적으로 연결 됩니다. 그러나, 변칙 SFC 성장 위한 이유 토론에서 여전히 있습니다. 이론적인 모델링 개별 전위 메서드를 사용 하 여 결과 표시 전위 벽의 형성 하거나 짧은 로우 앵글 곡물 경계 전위도 인 한 피로 균열 성장 율10에 영향을 미치는 피로 균열 끝에서 방출 ,11,,1213. 최근까지, 작은 피로 균열 성장 동작의 정확한 실험 분석에는 도전이 되었습니다 합니다. 실험 관찰이 원리 기반 계산 모델의 개발에 대 한 필요 합니다.
실시 될 수 있습니다 현장에서 표준 기계를 사용 하 여 순환 로드 하는 동안 전체 필드 변형 측정 하는 것이 좋습니다 마이크로 스케일에서 주기적 소재 변형 동작의 분석을 위한 테스트 장비, 공간 해상도와 적어도 미세의 특성 길이 규모 아래 순서의 크기. 피로 균열 성장 율에 있는 변이 이해, 측정 된 스트레인 필드는 종종 재료 미세 전자 후방 산란 회절 (EBSD) 측정에 연결 됩니다. 캐롤 외14 플라스틱 긴장에서 니켈 기반의 수퍼 합금, 플라스틱 피로 균열 전파에 비대칭 돌출부의 형성을 보여주는 성장 긴 피로 균열 근처의 현장 측정 ex 양적, 전체 필드를 제공 합니다. 더 높은 확대, 전자 현미경 디지털 이미지 상호 관계 (DIC) 스트레인 이질성 쌍둥이와 슬립 밴드에 스트레인 지역화와 관련 된 그리고 결정 입자 경계에 영향을 미치는 피로 균열 성장 동작. 그러나, 사용 전 현장 측정 접근은 피로 균열 전파 동안 스트레인 필드를 캡처할 수. 긴 피로 균열 전파 동안 플라스틱 blunting의 실험적 연구는 페 랄 타15 상업 순도 Ni (99.6%)에 대 한 현장에서 DIC를 사용 하 여 수행 되었다. 결과 플라스틱 변형 축적 슬립 밴드를 앞으로 균열 및 균열 성장 방향 경사 했다 따라 전단에 의해 지배 되었다 밝혔다. 슬립 밴드에서 관찰 된 스트레인 지역화 아마 기인한 다 오버, 낮은 스트레스 강도 비율 값 변형 (전단 및 일반 스트레인)14,15의 혼합된 자연 발생 이후. 하위 곡물 수준에서 다른 유형의 변형 필드 분포 관찰 되었습니다 거친 나뭇결된 알루미늄 합금16 및 이중 강철17, 전위 슬립 시스템의 활성화는 슈미트의 법16 와 연결 17.
Malitckii18 에 의해 수행의 최근 연구 명단 변칙 SFC 성장 동작은 곡물 구조에 관련 된 스트레인 이질성에 의해 또는, 특히, 전단 스트레인 지역화 영역 균열 앞의 축적에 의해 제어 됩니다. 높은-품질 마이크로 스케일 패턴 및 곡물 100 µ m 보다 더 큰, 광학 현미경 DIC는 처음으로 현장에서 하위 곡물 변형 측정을 사용할 수 있습니다. 그러나, Malitckii18로드 사이클의 수천의 수백을 통해 현장에서 측정 플라스틱 스트레인 필드에 적용 하는 소설 방법론 하지 제시 되었거나 자세하게에서 설명. 따라서,이 논문의 목적은 높은 사이클 정권에서 다 결정 재료에 작은 피로 균열 성장 행동 공부에 대 한이 새로운 실험 방법을 소개 하. 균열 성장 속도 측정 뿐만 아니라 독특한 패턴 기술을 사용 하 여 원래의 전체 필드 스트레인 측정 접근의 참신에 의하여 이루어져 있다. 이 방법은 광학 이미지 센서를 사용 하기 때문에 피로 테스트 하는 동안 프레임의 캡처 수천 수 있습니다. 전자 후방 산란 회절 (EBSD) microstructural 특성화에 대 한 사용 이며 DIC 측정 입자 경계 작은 피로 균열 성장 지체18에 영향을 결합. 접근은 숨은 참조 18 %Cr 페라이트 계 스테인레스 스틸18 구조 강철 구조 대규모 응용 프로그램의 동작을 시뮬레이션에 작은 피로 균열 전파의 측정에 대 한 적용 됩니다. 이 문서에서 우리 측정 절차의 주요 단계를 설명 하 고 주요 발견의 요약 토론 제공.

<table><tbody><tr><td>아세톤</td><td>시그마-알드리치</td><td>STBH7695</td><td>아세톤 pyrity &ge; 99.5 %</td></tr><tr><td>아르곤 가스</td><td>Oy AGA Ab, 산업용 가스 (핀란드)</td><td>UN 1006</td><td>가스 순도 &ge; 99.9999 %</td></tr><tr><td>챔버 퍼니스</td><td>Lenton</td><td>4934</td><td>열 범위 20-1200 oC</td></tr><tr><td>상용 소프트웨어 DaVis 8</td><td>LaVision Inc.</td><td></td><td>균열 성장률 및 변형장 분석에 사용되는 상용 소프트웨어</td></tr><tr><td>맞춤형 공압 스탬핑 도구</td><td>Aalto University</td><td></td><td>Made in Aalto University</td></tr><tr><td>다이아몬드 페이스트</td><td>Struers, Inc.</td><td>DP-Mol. 3 &마이크로; m, DP-낮잠. 1 &마이크로; m,</td><td></td></tr> <tr><td>에머리 종이</td><td>Struers Inc</td>. 연마 용 페이스트<td>FEPA P #800, FEPA P #1200, FEPA P #2500</td> 에탄올 <td>연삭용 종이</td></tr><tr><td></td><td>Altia 산업용</td><td>ETAX Ba</td><td>에탄올 pyrity &ge; 99.5</td></tr>%<tr><td>FEG-SEM 주사 전자 현미경</td><td>ZEISS</td><td>ULTRA 55</td><td>EBSD 분석</td></tr><tr><td>페라이트계 스테인리스강</td><td>Outokumpu 스테인리스 Oyj (핀란드)</td><td>코어 441/4509 (ASTM UNS S43940)</td><td></td></tr><tr><td>진공 펌프</td><td>용 3mm 압연 플레이트Leybold-Heraeus</td><td>D4B/WS</td><td></td></tr><tr><td>연삭기</td><td>Struers Inc.</td><td>LaboPol-21</td><td>핸드 그라인딩</td></tr><tr><td>MasterMet 2 비결정화 콜로이드 실리카 연마 현탁액</td><td>Buehler Inc.</td><td>40-6380-064</td><td>0.02 &마이크로; M 콜로이드 실리카&nbsp;</td></tr><tr><td>MatLab 소프트웨어</td><td>MathWorks Inc.</td><td></td> MTEX 도구 상자 Micro Vickers 경도 시험기 Buehler Inc<td>.의 플랫폼으로 사용되는 MatLab 소프트웨어</td></tr><tr><td></td><td></td><td>1600-6400</td><td></td></tr><tr><td>MTEX 소프트웨어</td><td>오픈 소스</td><td></td><td>EBSD 데이터 분석을 위한 MatLab 기반 오픈 소스 도구 상자 (http://mtex-toolbox.github.io/)</td></tr><tr><td>광학 현미경</td><td>Nikon Corporation</td><td>EPIPHOT 200</td><td></td></tr><tr><td>Polishing machine</td><td>Struers Inc.</td><td>LaboPol-5</td><td>핸드 폴리싱</td></tr><tr><td>서보 유압 기계</td><td>MTS 시스템 corporation</td><td>858 테이블 탑 시스템</td><td></td></tr><tr><td>터보 분자 펌프</td><td>Leybold-Heraeus</td><td>Turbovac 50</td><td></td></tr><tr><td>진동 폴리셔</td><td>Buehler Inc.</td><td>VibroMet 2</td><td>자동 연마</td></tr><tr><td>와이어 컷 EDM</td><td>TamSpark Oy</td><td>Charmilles robofil 400</td><td>와이어 직경 0.15 mm</td></tr></tbody></table>

전체 필드 스트레인 측정 microstructurally 작은 피로 균열 전파 디지털 이미지 상관 관계 메서드를 사용 하 여

Full-field Strain Measurements for Microstructurally Small Fatigue Crack Propagation Using Digital Image Correlation Method

새로운 측정 접근 하위 곡물 수준에서 누적 변형 필드를 공개 하 고 microstructurally 작은 피로 균열의 성장에 미세의 영향을 연구 하는 데 사용 됩니다. 제안 된 스트레인 필드 분석 방법론 특성 반점 크기 약 10 µ m의 독특한 pattering 기술의 사용을 기반으로 합니다. 개발된 방법론은 몸 중심 입방 (bcc) 하위 곡물 수준 높은 공간 측정 정확도 허용 하는 비교적 큰 입자 크기와 Fe-Cr 페라이트 계 스테인리스에에서 작은 피로 균열 동작을 연구에 적용 됩니다. 이 방법론 작은 피로 균열 성장 지체 이벤트 사용 및 균열 끝 앞서 간헐적인 전단 스트레인 지역화 영역. 또한,이 곡물 방향 및 크기와 상관 될 수 있다. 따라서, 개발된 방법론의 다 결정 재료에 작은 피로 균열 전파에 대 한 강력한 이론적 모델의 개발에 필요한 작은 피로 균열 성장 행동, 더 깊은 근본적인 이해를 제공할 수 있습니다. .

제안 된 방법론을 사용 하 여, 우리는 순환 로드 아래 작은 피로 균열 전파 동안 축적 하위 곡물 변형 필드를 분석할 수 있습니다. 특성은 피로 단일 곡물 내 에서도 로드에서 소재 동작의 작은 특징을 보여주는 하위 곡물 수준에서 수행 됩니다. 특히, 그림 4와 같이 전단 스트레인 지역화 필드의 형성 관찰 되었다. 테스트의 수는 관찰된 현상 확인을 수행 했다.
변형 필드 기능 ( 그림 5참조) 작은 피로 균열의 비정상적인 성장 동작에 대 한 책임의 포괄적인 특성화를 위한 곡물 경계 이미지와 쉽게 결합 된다. 변형 필드, 미세, 균열 성장 율 및 균열 경로 공개 작은 균열 성장 속도 지체와 전단 스트레인 지역화 영역18, 같이 비디오의 축적 사이 의존의 누적 분석.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59134/59134fig1.jpg"> 그림 1 : 공부 페라이트 스테인레스 스틸 (치수는 mm)의 피로 테스트 대상의 회로도 보기. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59134/59134fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59134/59134fig2.jpg"> 그림 2 : 노치 영역 (a)와 그것의 역 극 그림 (IPF) 지도에 삽입 (b) IPF 키로 주변 페라이트 스테인리스 견본의 측면 표면의 SEM 이미지. DIC 스트레인 필드 EBSD 이미지의 맞춤 비커스 microindentations 파선된 원형 (a)에 의해 표시 된의 도움으로 수행 되었다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59134/59134fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59134/59134fig3.jpg"> 그림 3. 광학 현미경 표본 측면 표면의 패턴으로 장식 되어 있습니다.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59134/59134fig4.jpg"> 그림 4 . 작은 피로 균열 성장 중 전단 스트레인 지역화 영역의 간헐적인 축적. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59134/59134fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59134/59134fig5.jpg"> 그림 5 . 두 가지 예 (a와 b) 전단의 통합된 보기의 스트레인 필드와 공부 강철의 미세 피로에서 테스트. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59134/59134fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59134/59134fig6.jpg"> 그림 6 . 표본 패턴 장식 맞춤 공 압 기계. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59134/59134fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

Microstructurally 작은 피로 균열 성장 동작 하위 곡물 수준에서 누적 변형 필드 공개 균열 성장 속도 측정 및 스트레인 필드 분석을 결합 하 여 비 발한 방법론 접근을 사용 하 여 조사입니다.

전체 필드 스트레인 측정 Microstructurally 작은 피로 균열 전파 디지털 이미지 상관 관계 메서드를 사용 하 여

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the ...

디지털 이미지 상관 관계를 사용하여 미세 구조적으로 작은 피로 균열 전파를 위한 풀 필드 스트레인 측정. 선박 과 같은 차량의 에너지 효율을 향상시키기 위해 새로운 경량 솔루션이 필요하며, 대형 강철 구조물의 중량 감소는 첨단 강철 재료를 사용하여 가능합니다. 효율적인 활용은 높은 제조 품질과 견고한 설계 방법을 필요로하며, 견고한 설계 방법은 유람선의 경우 파도 유도 하중과 같은 현실적인 하중 조건에서 구조적 해석을 의미하며, 구조의 구조적 강도 분석은 변형 및 응력을 정의하는 응답 계산을 포함하며, 허용된 응력 수준은 중요한 구조적 세부 사항의 강도에 기초하여 정의됩니다. , 대형 구조물의 경우 전형적으로 동질마이크로구조 내에서 용접된 조인트이며, 주요 설계 과제 중 하나는 용접 노치와 같이 누적 및 국소특성으로 인한 피로이며, 높은 제조 품질을 위해 제조 결함과 같은 균열이 무시되기 때문에 작은 피로 균열 개시 및 전파이다.이 연구는 작은 피로 균열을 연구하고 새로운 실험적 접근법을 소개하며, 독특한 패턴 기술을 사용하여 현장 내 스트레인 측정으로 구성되며, 마이크로 구조 분석은 작은 피로 균열 지연에 대한 전단 응력 농도 및 곡물 경계의 영향을 보여줍니다. 우리는 측정 절차의 주요 단계를 설명하고 주요 발견에 대한 요약 토론을 제공합니다. 1단계, 표본 제제 및 어닐링, 강판은 1시간 동안 섭씨 1200도의 온도로 질소 대기에서 어닐링되어 물에 담금질되며, 아닐링 시술은 연구된 강철의 평균 곡물 크기가 최대 349마이크로미터까지 증가하여 크롬 카바이드 입자의 연장 없이, 1밀리미터두께의 노치표본을 산선판에서 절단하여 연구된 강막판에서 절단된다. 시편의 계획은 여기에 표시됩니다.시편 표면은 연마되어 전자 백 산란 회절 분석에 필요한 2마이크로미터 콜로이드 실리카 진동 연마로 마무리됩니다. 2단계, 피로 사전 크래킹, 시편은 일축 순환 하중 및 피로 주파수(10 hertz)를 거치며, 1 마이크로미터에서 20마이크로미터까지의 길이가 있는 초기 균열이 노치 팁에서 생성된다. 사이클 로딩의 10, 000 사이클 후 초기 균열 형성의 광학 모니터링, 초기 균열이 생성되지 않은 경우 사이클 로딩 테스트를 반복한다.3단계, 마이크로 구조 특성화, 비커 마이크로 들여쓰기 마크는 관심 영역을 표시하는 데 사용되며, 강철의 미세 구조는 전자 백스캐터 회절 분석을 사용하여 노치 부근의 시편의 측면 표면에서 연구된다. 슈미드 계수 및 곡물 경계 방향 감각 상실 분석이 수행된다. 4단계, 패턴으로 장식, 에탄올로 시편 표면을 청소하고, 유리 표면에 잉크의 얇은 층을 입금하고, 유리에 패턴이 있는 실리콘 스탬프를 눌러 우표 표면으로 잉크층을 이동시키고, 스탬프로 빠르고 정밀하게 작동하기 위해 맞춤형 공압 도구를 사용하여 표본 표면에 잉크로 덮인 실리콘 스탬프를 누르고 , 광학 현미경을 이용한 반점 패턴의 품질을 확인하고, 반점 패턴의 예가 여기에 나와 있다.5단계, 디지털 이미지 상관관계로 피로 테스트, 이미지 기록 시스템과의 피로 테스트 및 동기화를 실행하며, 균열 길이가 임계 값에 접근하거나 플라스틱 변형이 지배하기 시작하는 동안 피로 테스트가 계속됩니다. 6단계, 결과 분석, 얻어진 이미지는 상용 소프트웨어를 사용하여 균열 성장속도 계산 및 디지털 이미지 상관관계 분석을 수행하며, 전단 균주 변형분석이 연구부위에 대해 수행되고, 얻어진 결과의 누적 분석, 전자 백스캐터 위반과 함께 전단 변형 필드의 적절한 정렬을 위한 비커 마이크로 들여쓰기 마크의 사용 , 곡물 경계, 곡물 방향지도. 대표적인 결과, 짧은 피로 균열 전파 시 서브그레인 크기의 전단 스트레인 필드 축적, 전단 스트레인 필드 축적 및 연구된 강철의 미세 구조의 결합, 균열 성장 속도와 전단 균주 축적 분석의 조합은 균열 균열 성장의 가능한 메커니즘을 제공, 작은 피로 균열 전파 사전 균열 절차에 의해 생성 된 초기 균열에서 시작 , 전단 변형 영역은 균열이 지역화를 향해 전파되는 동안 전단 변형 영역의 균열 팁 및 크기보다 앞서 국소화되며, 균열이 변형 국소화 영역에 접근할 때 균열 전파 모드의 변화로 인해 균열 증가율이 크게 감소하고, 균열 증가율이 지속적으로 증가하여 변형 지역화 영역의 중심을 교차하게 됩니다. , 균열 성장속도는 균열 팁보다 먼저 다음 변형 지역화 영역이 형성되는 즉시 다시 감소하기 시작합니다.결론, 새로운 연구는 작은 피로 균열 성장 행동의 깊은 이해를 제공합니다, 균열 성장 속도 측정및 하위 곡물 수준에서 변형 필드 분석의 조합은 작은 피로 균열균열의 비정상적인 성장에 대한 책임이 메커니즘을 공개하는 데 도움이, 작은 피로 균열 성장 행동의이 깊은 이해는 새로운 이론적 접근 방식을 개발하고 따라서 미래에 더 가볍고 에너지 효율적인 구조의 설계를 가능하게한다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

디지털 이미지 상관법(Digital Image Correlation Method)을 사용한 미세구조적으로 작은 피로 균열 전파를 위한 전체 필드 변형률 측정

우리는 단축 인장 시험을 거친 혈관 조직 샘플의 국소 표면 변형장을 특성화하기 위해 디지털 이미지 상관관계를 사용하는 방법을 설명합니다. 이러한 측정은 샘플의 기계적 반응의 정확한 정량화와 구성적 응력-변형률 관계의 생성을 용이하게 합니다.

디지털 이미지의 상관 관계를 사용하면 혈관 조직 표본의 로컬 균주의 특성을

이 프로토콜에서 대 퇴 골 표면 긴장 골절 디지털 이미지 상호 관계 기술을 사용 하 여 테스트 하는 동안에 견적 된다. 방법의 참신 대 퇴 골 표면, 신중 하 게 지정 된 조명, 고속 비디오 캡처 및 스트레인 계산에 대 한 디지털 이미지 상호 관계 분석에 높은 대비 확률적 얼룩 패턴의 응용 프로그램을 포함 한다.

방법 골절 디지털 이미지 상관 관계를 사용 하 여 테스트 하는 동안 싱가포르로 대 퇴 골 피 질 긴장을 예상

마이크로 / 나노 스케일에서 고정밀 변형률 분포 측정을위한 2 픽셀 및 다중 픽셀 샘플링 방법을 특징으로하는 샘플링 모아레 기법이 여기에 제시됩니다.

샘플링 모아레 프린지에서의 마이크로 / 나노 스케일 변형률 측정

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.

디지털 이미지 상관 관계와 함께 중간 변형 속도 소재 특성화

디지털 이미지 상관 관계는 공진 테스트 기계의 피로 테스트에 사용되어 거시적 균열을 감지하고 용접 된 표본의 균열 전파를 모니터링합니다. 시편 표면의 균열은 증가 된 균주로 볼 수 있게됩니다.

디지털 이미지 상관 관계를 사용하여 용접된 시편의 공진 피로 테스트에서 균열 모니터링

이 논문은 힘줄 외식편 내에서 국소 2D 조직 변형을 측정하기 위한 오픈 소스 디지털 이미지 상관 알고리즘에 대해 설명합니다. 이 기술의 정확성은 여러 기술을 사용하여 검증되었으며 공개적으로 사용할 수 있습니다.

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유기 태양 광 (OPV) 재료는 나노 미터 스케일에서 본질적으로 inhomogeneous입니다. OPV 재료의 Nanoscale inhomogeneity는 태양 광 디바이스의 성능에 영향을 미칩니다. 이 논문에서, 우리는 하위-100 나노 미터 해상도 OPV 재료의 전기 및 기계적 성질의 양적 측정을위한 프로토콜을 설명합니다.

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초음파 피로 축 긴장-압축 로드 모드에서 높고 매우 높은 순환 영역에서 테스트에 대 한 프로토콜.

초음파 피로 긴장-압축 모드에서 테스트

학습하세요 디지털 이미지 상관관계법을 이용한 미세구조적 작은 피로 균열 전파 시 전체 변형률 측정 방법입니다. 아노다이징된 페라이트강 시편에서 전단 변형률 분포를 측정하여 균열 성장 메커니즘을 규명하고, 경량 구조물 설계에 활용할 수 있는 통찰을 제공합니다.

전체 필드 스트레인 측정 Microstructurally 작은 피로 균열 전파 디지털 이미지 상관 관계 메서드를 사용 하 여

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