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JoVE Journal
Engineering
Joint Evaluation을 위한 Crack Propagation의 Mechanoluminescent Visualization
Joint Evaluation을 위한 Crack Propagation의 Mechanoluminescent Visualization
JoVE Journal
Engineering
This content is Free Access.
JoVE Journal Engineering
Mechanoluminescent Visualization of Crack Propagation for Joint Evaluation

Joint Evaluation을 위한 Crack Propagation의 Mechanoluminescent Visualization

Full Text
6,070 Views
04:58 min
January 6, 2023

DOI: 10.3791/64118-v

Nao Terasaki1, Yuki Fujio1

1Sensing System Research Center (SSRC),National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

AI Banner

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents a protocol for utilizing mechanoluminescent (ML) visualization to monitor crack propagation and mechanical behavior during adhesive joint evaluation testing. The method allows for direct visualization of mechanical information that is typically challenging to quantify.

Key Study Components

Area of Science

  • Mechanical Engineering
  • Materials Science
  • Structural Health Monitoring

Background

  • Mechanoluminescent sensors provide real-time visualization of mechanical stimuli.
  • Traditional methods of assessing adhesive joints often lack direct measurement techniques.
  • Understanding crack propagation is crucial for evaluating material integrity.
  • This protocol aims to enhance the accuracy of mechanical testing through innovative visualization.

Purpose of Study

  • To demonstrate a protocol for ML visualization in adhesive joint testing.
  • To improve the understanding of crack behavior and stress distribution.
  • To facilitate structural health monitoring and design improvements.

Methods Used

  • Preparation of mechanoluminescent sensors and test specimens.
  • Use of cameras to record crack propagation during mechanical testing.
  • Application of blue light for excitation of the mechanoluminescent paint.
  • Analysis of mechanoluminescent images to calculate fracture toughness.

Main Results

  • Intense mechanoluminescence observed at crack tips during testing.
  • Successful visualization of stress distribution in adhesive joints.
  • Demonstrated repeatability of results under controlled conditions.
  • Provided insights into the mechanical behavior of composite materials.

Conclusions

  • The mechanoluminescent visualization method offers a novel approach to monitor mechanical behavior.
  • This technique can enhance the design and prediction of structural materials.
  • Future applications may include broader structural health monitoring strategies.

Frequently Asked Questions

What is mechanoluminescence?
Mechanoluminescence is the emission of light from a material when it is mechanically stressed.
How does this method improve adhesive joint testing?
It allows for direct visualization of crack propagation and stress distribution, enhancing measurement accuracy.
What materials can be tested using this protocol?
The protocol is applicable to various adhesive joints and composite materials.
Who conducted the experiments in this study?
The experiments were conducted by Yumi Nogami and technical staff including Wakana Sugawa, Chieko Hirakawa, Maiko Iseki, and Yoko Sakamoto.
What are the key advantages of using mechanoluminescent sensors?
They provide real-time visualization of mechanical behavior, which is difficult to quantify using traditional methods.
Can this method be used for other applications?
Yes, it can also be utilized for structural health monitoring and mechanical stimulation of materials.

이 연구에서는 접착 접합 평가 테스트 중 균열 전파 및 기계적 거동을 모니터링하기 위해 ML(mechanoluminescent) 시각화를 사용하는 방법을 설명하는 프로토콜을 제시합니다.

메카노루민 센싱 결과 오류를 활용하기 위해 이 프로토콜은 메카노루민 센서의 준비, 측정 환경의 종류 및 반복성을 위해 채택해야 하는 기록 조건을 보여줍니다. 이 방법의 장점은 원래 직접 정량화하기 어려운 균열 팁과 강도, 응력 분포 및 기계적 자극의 농도를 직접 시각화할 수 있다는 것입니다. 이 프로토콜은 접착제 평가 테스트 중 기계적 정보를 시각화하는 데 중점을 둡니다.

또한 구조, 구조 재료 및 조인트의 구조 건전성 모니터링, 설계 및 기계적 자극에 활용할 수 있습니다. ML 페인트를 분사하는 절차를 시연하는 것은 노가미 유미입니다. 그리고 DCB와 Lap-Shear 시험은 우리 연구실의 기술적인 스가와 와카나, 히라카와 치에코, 이세키 마이코, 사카모토 요코

가 담당합니다.

시작하려면 에어 스프레이 또는 스프레이 캔으로 이중 캔틸레버 빔(DCB)의 전처리된 표면에 메카놀루민센트 페인트를 적용하여 테스트 표본을 준비합니다. 다음으로, 특수 지그를 사용하여 기계식 페인트 스프레이 시편을 기계 시험기에 장착하여 기계적 측정을 위한 실험 설정을 합니다. 모니터링할 균열 팁의 위치를 향하도록 각 시험편 표면 앞에 카메라를 배치합니다.

그런 다음 카메라 상태를 확인하여 기계적 테스트의 예상 측정 시간 동안 잔광을 기록할 수 있는지 확인합니다. DCB 테스트에서 메카놀루민 관측을 수행하려면 카메라의 녹화 속도를 초당 1프레임 또는 2프레임으로, 노출 시간을 0.5 또는 1초로, 게인을 최대로 설정합니다. 다음으로, 메카놀루민센트 페인트 스프레이 DCB 표본에 470나노미터의 블루라이트를 1분 동안 모든 카메라 방향에서 청색 LED를 사용하여 여기용 블루라이트를 조사합니다.

청색광 조사가 끝나기 5초 전에 카메라 녹화를 시작합니다. 잔광이 가라앉을 수 있도록 표본을 1분 동안 어둠 속에 두십시오. 그런 다음 분당 1mm의 하중 속도로 기계 시험기를 사용하여 기계적 하중을 가하여 기계적 하중을 가하여 기계적 이미지를 얻습니다.

메카노루민 페인트 분무 시편에서 균열 전파 중 메카노루미넨트 포인트에서 결정된 크랙 팁 위치에 대한 정보를 사용하여 크랙 길이를 계산하여 방정식을 사용하여 제곱미터당 킬로줄로 표시되는 파괴 인성 G1C를 구합니다. Lap-Shear 테스트에서 메카놀루미네센트 관찰을 수행하려면 카메라 녹화 속도를 초당 10-50프레임, 노출 시간을 0.02 또는 0.1초로 설정하고 게인을 최대로 설정합니다. 그런 다음 메카놀루민센트 페인트가 분사된 DCB 표본에 470나노미터의 청색광을 조사하고 카메라 녹화를 시작한 후 앞서 설명한 것처럼 어두운 상태에서 기다립니다.

분당 1-5mm의 하중 속도로 기계적 하중을 가하여 기계적 이미지를 얻습니다. DCB 테스트 중 기록된 메카놀루민 거동은 스트레인 농도로 인해 초기 균열 위치에서 강렬한 메카노루미네센트 거동을 보여주었습니다. Lap-Shear 테스트 중 기록된 메카노루미네센트 거동은 먼저 랩핑된 영역에서 접착제로 결합된 가장자리에서 강렬한 메카노루미네센트 포인트를 보여주었고, 그 다음 메카노루미네센트 포인트가 중심점에서 볼 수 있는 강렬한 메카노발광과 함께 접착 가장자리에서 중앙으로 이동했습니다.

기억해야 할 가장 중요한 사항은 메카노루미넨트 센서 필름의 성능 균형입니다. 기계적 침식 및 기록 조건까지 대기 시간. 경량 구조의 조인트 및 복합 재료는 기계적 거동을 시뮬레이션하기 어려운 부품으로 알려져 있습니다.

메카놀루민 시각 감지 방법은 적절한 설계와 예측을 읽을 수 있는 실제적이고 올바른 답을 제공합니다.

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메카노루민 시각화 균열 전파 접착제 평가 구조 건전성 모니터링 메카노루미넨트 센서 기계적 자극 DCB 테스트 랩 전단 시험 메카노루민 페인트 실험 설정 이미지 기록 균열 길이 측정 파괴 인성 G1C

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