Full-veld stam metingen voor Microstructurally kleine vermoeidheid kraken Propagation digitaal beeld correlatie methode

Full-field strain metingen voor micro-structureel kleine vermoeidheid scheur voortplanting met behulp van Digital Image Correlation methode. Nieuwe lichtgewicht oplossingen zijn nodig om de energie-efficiëntie van voertuigen zoals schepen te verbeteren, gewichtsvermindering van grote staalconstructies, is mogelijk met behulp van geavanceerde stalen materialen. Het efficiënte gebruik vereist een hoge productiekwaliteit en robuuste ontwerpmethoden, robuuste ontwerpmethoden betekenen structurele analyse onder realistische belastingsomstandigheden, zoals onder golf geïnduceerde belasting in het geval van een cruiseschip, structurele sterkteanalyse van structuren omvat responsberekeningen om vervorming en stress te definiëren, het toegestane stressniveau wordt gedefinieerd op basis van de sterkte van kritische structurele details , in het geval van grote structuren is het meestal gelaste gewrichten binnen homogene micro-structuur, een van de belangrijkste ontwerpuitdagingen is vermoeidheid vanwege de cumulatieve en gelokaliseerde aard, bijvoorbeeld bij de lasinkeping, voor hoge productiekwaliteit is het belangrijkste probleem kleine vermoeidheidsscheur initiatie en voortplanting, omdat scheurachtige fabricagefouten worden verwaarloosd.

Dit onderzoek bestudeert kleine vermoeidheidsscheur en introduceert een nieuwe, experimentele aanpak, de nieuwheid van de aanpak bestaat uit in-situ volledige veldspanningmeting met behulp van unieke patroontechniek, gecombineerd met crankgroeisnelheidmeting tegelijkertijd de micro-structurele analyse onthult de impact van schuifspanningsconcentraties en graangrenzen op kleine vermoeidheidsschepverter. We leggen de belangrijkste stappen van de meetprocedure uit en geven een beknopte bespreking van de belangrijkste bevinding. Stap één, specimen voorbereiding en annealing, de stalen plaat wordt geannealed in stikstofatmosfeer bij een temperatuur van 1200 graden Celsius gedurende een uur en gedoofd in water, de gloeiende procedure resulteert in een toename van de gemiddelde korrelgrootte van het bestudeerde staal tot 349 micrometer, zonder uitbreiding vorming van chroom carbide deeltjes, de ingekerfde exemplaren met dikte van een millimeter worden gesneden uit de geannealed plaat van het bestudeerde ferritic staal met behulp van elektrische ontlading bewerking , wordt het schema van het specimen hier getoond.

Specimen oppervlakken zijn gepolijst, afwerking met niets punt niets twee micrometer colloïdale silica trilpolijsten die nodig is voor elektronen terug scatter diffractie analyse. Stap twee, vermoeidheid voorspleten, monster wordt onderworpen aan uniaxiale cyclische belasting en vermoeidheid frequentie 10 hertz, initiële scheuren met lengte van een micrometer tot 20 micrometer worden geproduceerd op de inkeping tip. Optische monitoring van de initiële scheurvorming na 10.000 cycli van de cyclusbelasting, herhaal de cyclusbelastingtesten als de eerste scheur niet werd geproduceerd.

Stap drie, micro-structurele karakterisering, vickers micro-inkeping merken worden gebruikt om het gebied van belang te markeren, micro-structuur van het staal wordt bestudeerd vanaf het zijoppervlak van het monster in de buurt van de inkeping met behulp van elektronen backscatter diffractie analyse. Schmid factor en graan grens misoriëntatie analyse wordt uitgevoerd wordt hier getoond. Stap vier, decoratie met een patroon, reinig het monster oppervlak met ethanol, deponeren dunne laag inkt op het glasoppervlak, druk op de siliconen stempel met een patroon op het glas om een laag inkt te verplaatsen naar het oppervlak van de stempel, gebruiken we een op maat gemaakte pneumatische tool voor een snelle en nauwkeurige werking met de stempel, druk op de siliconen stempel bedekt met de inkt op het oppervlak van het monster , controleer de spikkelpatroonkwaliteit met behulp van optische microscopie, een voorbeeld van het gespikkelde patroon wordt hier weergegeven.

Stap vijf, vermoeidheid testen met digitale beeld correlatie, voer de vermoeidheid testen en synchronisatie met het beeld opnamesysteem, de vermoeidheid testen blijft, terwijl de scheur lengte nadert een kritische waarde of plastische vervorming begint te domineren. Stap 6, resultaten analyse, de verkregen beelden worden geanalyseerd met behulp van een commerciële software om de crack groeisnelheid berekening en digitale beeld correlatie analyse uit te voeren, analyse van de shear stam vervorming wordt uitgevoerd voor het bestudeerde gebied, cumulatieve analyse van de verkregen resultaten, het gebruik van de vickers micro-inkepingen voor de juiste uitlijning van de shear stam vervorming veld met elektronen rugverskatte diffractie mapping gegevens , korrelgrenzen, korreloriëntatiekaart. Representatieve resultaten, schuifspanningsveldaccumulatie bij subkorrelgrootte tijdens korte vermoeidheidsscheurproppropagatie, combineren mening van de accumulatie van het schuifspanningsgebied en de microstructuur van het bestudeerde staal, de combinatie van de scheurgroeisnelheid en de analyse van de zeeverspanningsaccumulatie geven een mogelijk mechanisme van de kleine groei van de moeheidsscheur, kleine vermoeidheidsscheur prop propagateert zich vanaf de eerste scheur die door pre-barstende procedure wordt geproduceerd , schuif stam zone lokaliseert voorsprong op de scheur tip en de grootte van de schuif stam zone groeit, terwijl de scheur zich voortplant naar de lokalisatie, wanneer crack benadert de stam lokalisatie zone, de crack groeisnelheid daalt aanzienlijk als gevolg van verandering van de crack voortplanting modus, de crack groeitempo toeneemt voortdurend nadat de scheur kruist het centrum van de stam lokalisatie zone , crack groeisnelheid begint weer te dalen zodra de volgende stam lokalisatie zone heeft gevormd voor de scheur tip.

Conclusie, nieuw onderzoek biedt een dieper begrip van kleine vermoeidheid crack groeigedrag, combinatie van crack groeisnelheid meting en stam-veld analyse op sub-korrel niveau helpt om het mechanisme dat verantwoordelijk is voor afwijkende groei van de kleine vermoeidheid scheuren onthullen, dit diepere begrip van kleine vermoeidheid crack groeigedrag maakt het mogelijk om nieuwe theoretische benaderingen te ontwikkelen en dus het ontwerp van meer lichtere en energie-efficiënte structuren in de toekomst mogelijk te maken.