Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Charakterystyka materiału o pośredniej szybkości odkształcania z cyfrową korelacją obrazu

7K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/59168

⸱

1 marca 2019

 ,  , 
1Aerospace Research Centre, National Research Council Canada

W tym artykule

Podsumowanie

Tutaj prezentujemy metodologię dynamicznej charakterystyki próbek rozciągających przy średnich szybkościach odkształcania przy użyciu szybkiej serwohydraulicznej ramy obciążeniowej. Zdefiniowano również procedury oprzyrządowania i analizy tensometrycznej, a także pomiarów odkształceń w korelacji obrazów cyfrowych na próbkach.

Streszczenie

Mechaniczna reakcja materiału pod obciążeniem dynamicznym jest zazwyczaj inna niż jego zachowanie w warunkach statycznych; dlatego powszechne quasistatyczne urządzenia i procedury używane do charakteryzacji materiałów nie mają zastosowania dla materiałów pod obciążeniami dynamicznymi. Dynamiczna reakcja materiału zależy od jego szybkości odkształcania i jest szeroko podzielona na reżimy wysokiej (tj. większej niż 200/s), pośredniej (tj. 10−200/s) i niskiej szybkości odkształcania (tj. poniżej 10/s). Każdy z tych reżimów wymaga określonych urządzeń i protokołów testowych w celu zapewnienia wiarygodności pozyskanych danych. Ze względu na ograniczony dostęp do szybkich urządzeń serwohydraulicznych i zwalidowane protokoły testowe, zauważalna jest luka w wynikach przy pośredniej prędkości odkształcania. Obecny manuskrypt przedstawia zatwierdzony protokół charakterystyki różnych materiałów przy tych średnich szybkościach odkształcania. Oprzyrządowanie tensometryczne i protokoły korelacji obrazów cyfrowych są również dołączone jako moduły uzupełniające, aby uzyskać najwyższy poziom szczegółowych danych z każdego testu. Przedstawiono przykłady danych surowych uzyskanych z różnych materiałów i konfiguracji testowych (np. rozciąganie i ścinanie) oraz opisano procedurę analizy zastosowaną do przetwarzania danych wyjściowych. Na koniec omówiono wyzwania związane z charakteryzacją dynamiczną przy użyciu obecnego protokołu, wraz z ograniczeniami obiektu i metodami pokonywania potencjalnych problemów.

Wprowadzenie

Większość materiałów wykazuje pewien stopień zależności od szybkości odkształcania w swoim mechanicznym zachowaniu1, dlatego testy mechaniczne przeprowadzane tylko przy quasistatycznych szybkościach odkształceń nie są odpowiednie do określania właściwości materiału dla zastosowań dynamicznych. Zależność materiałów od szybkości odkształcania jest zwykle badana przy użyciu pięciu typów mechanicznych systemów testowania: konwencjonalne ramy obciążeniowe z napędem śrubowym, systemy serwohydrauliczne, wysokowydajne systemy serwohydrauliczne, testery udarności i systemy prętów Hopkinsona1. Dzielone pręty Hopkinsona były powszechnym narzędziem do dynamicznej charakterystyki materiałów przez ostatnie 50 lat2. Podjęto również wysiłki w celu modyfikacji prętów Hopkinsona w celu testowania przy średnich i niższych prędkościach odkształcania. Jednak te obiekty są zazwyczaj bardziej odpowiednie do charakterystyki wysokiej szybkości odkształcania materiału (tj. zwykle większej niż 200/s). W literaturze istnieje luka w charakterystyce szybkości odkształcania właściwości materiału przy średnich szybkościach odkształcania w zakresie 10−200/s (tj. między wynikami quasistatycznej i wysokiej szybkości odkształcania uzyskanymi z dzielonych prętów Hopkinsona3), co wynika z ograniczonego dostępu do obiektów i braku wiarygodnych procedur badania materiału o średniej szybkości odkształcania.

Szybka serwo-hydrauliczna rama ładunkowa przykłada obciążenie do próbki ze stałą i predefiniowaną prędkością. Te ramy obciążeniowe korzystają z luźnego adaptera, który w próbach rozciągania pozwala trawersie osiągnąć żądaną prędkość przed rozpoczęciem obciążenia. Adapter luzu pozwala głowicy przebyć określoną odległość (np. 0,1 m), aby osiągnąć prędkość docelową, a następnie rozpoczyna wywieranie obciążenia na próbkę. Szybkie serwohydrauliczne ramy obciążeniowe zazwyczaj przeprowadzają testy w trybie kontroli przemieszczenia i utrzymują stałą prędkość siłownika, aby wytworzyć stałe prędkości odkształceń inżynieryjnych3.

Techniki pomiaru wydłużenia próbki są zazwyczaj klasyfikowane jako techniki kontaktowe lub bezkontaktowe4. Techniki kontaktowe obejmują użycie przyrządów, takich jak ekstensometry typu clip-on, podczas gdy ekstensometry laserowe są stosowane do pomiarów bezkontaktowych. Ponieważ ekstensometry kontaktowe są podatne na wpływy bezwładności, nie nadają się do testów dynamicznych; Ekstensometry bezdotykowe nie cierpią na ten problem.

Cyfrowa korelacja obrazu (DIC) to optyczna, bezkontaktowa technika pomiaru odkształceń w pełnym polu, która jest alternatywnym podejściem do pomiaru odkształceń w celu pomiaru odkształcenia/obciążenia i pokonania niektórych wyzwań (np. zjawiska dzwonienia) związanych z dynamiczną charakterystyką materiału5. Tensometry rezystancyjne mogą mieć ograniczenia, takie jak ograniczony obszar pomiaru, ograniczony zakres wydłużenia i ograniczone metody montażu, podczas gdy DIC zawsze jest w stanie zapewnić pomiar odkształcenia w pełnym polu z powierzchni próbki podczas eksperymentu.

Przedstawiona procedura opisuje użycie szybkiej serwo-hydraulicznej ramy obciążeniowej wraz z DIC i może być używana jako dokument uzupełniający do niedawno opracowanych standardowych wytycznych6 w celu wyjaśnienia szczegółów procedury eksperymentalnej. Sekcja dotycząca serwohydraulicznej ramy obciążeniowej może być śledzona dla różnych konfiguracji testowych (np. rozciągających, ściskających i ścinających), a nawet z typowych quasistatycznych ram obciążeniowych, a zatem obejmuje szeroki zakres obiektów. Ponadto sekcja DIC może być stosowana oddzielnie do każdego rodzaju testów mechanicznych lub termicznych, z niewielkimi modyfikacjami.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Przygotowanie preparatu

  1. Przygotować wcześniej próbki rozciągania w kształcie psiej kości zgodnie z normą ISO6.
    UWAGA: Podobne próbki są również stosowane4.
  2. Zainstalować tensometry na sekcji zaczepowej (obowiązkowe dla pomiaru obciążenia) oraz na sekcji pomiarowej (opcjonalne dla pomiaru odkształcenia) próbki rozciągania.
    1. Wybrać odpowiedni model tensometru w zależności od rozmiaru, maksymalnego wydłużenia, temperatury badania, rezystancji elektrycznej itp.4.
    2. Oczyścić powierzchnię próbki izopropanolem w celu usunięcia wszelkich zanieczyszczeń i zainstalować tensometr w odpowiednim miejscu. Zainstalować tensometr w sekcji zaczepowej w odległości równej lub większej niż szerokość sekcji zaczepowej od sekcji chwytnej oraz sekcji pomiarowej, aby zapewnić jednorodny przepływ naprężeń o wartości nominalnej (tj. brak koncentracji naprężeń); w przeciwnym razie wymagana jest analiza numeryczna w celu przewidzenia wartości naprężeń w miejscu instalacji tensometru.
    3. Podłączyć przewody tensometru do skrzynki mostka Wheatstone'a. Jeśli jest to wymagane, użyć zacisków połączeniowych do zamocowania połączeń z przewodami zewnętrznymi.
    4. Zweryfikować odczyt tensometru przy prostym obciążeniu i określonych warunkach brzegowych. Przyłożyć do próbki znane obciążenie (np. zawiesić znaną masę na próbce) i sprawdzić odczyty odkształceń.
  3. Przygotować próbkę do DIC w następujący sposób:
    1. Przygotować powierzchnię próbki z cechami o wysokim kontraście. Na przykład pomalować próbkę na biało i nanieść drobne czarne kropki. Metodą prób i błędów dopasować wzór nakropienia do rozmiaru matrycy obrazu kamery w taki sposób, aby każda kropka składała się z około 3 pikseli lub więcej.
      UWAGA: Unikać przeprowadzania DIC po stronie, na której zainstalowano tensometry, aby zapobiec pojawieniu się niepożądanych cech powierzchniowych.
    2. Pozostawić farbę do wyschnięcia przed testem. Próbkę najlepiej badać w tym samym dniu, w którym została pomalowana.
      UWAGA: W zależności od rodzaju i konsystencji farby może to potrwać do kilku godzin. Nie pozostawiać nakropionych próbek przez dłuższy czas (np. kilka dni) przed badaniem, ponieważ spowoduje to kruchość farby i jej odpryskiwanie podczas testu.

2. Procedura uruchamiania

  1. Włącz zasilanie konsoli sterującej za pomocą przycisku na zasilaczu UPS (Uninterruptable Power Supply). Upewnij się, że zawór odcinający między pompą a ramą High Rate jest otwarty, a następnie uruchom komputer.
  2. Z pulpitu uruchom aplikację Controller, wybierając konfigurację High Rate Calculate Displacement.cfg, a następnie kliknij Reset, aby zresetować blokadę 1 (w sekcji Station Controls).
    UWAGA: Pozostałe dwa wskaźniki (Program 1 oraz Gate 1) będą świecić na czerwono, ponieważ hydraulika wysokiego ciśnienia nie została jeszcze uruchomiona.
  3. Zaznacz opcję Exclusive Control, aby rama mogła być sterowana wyłącznie z poziomu oprogramowania (a nie z panela ręcznego).
  4. Następnie uruchom pompę hydrauliczną (HPU) i po kolei otwórz rozdzielacze serwisowe (HSM 1) (łącznie 3). W każdym przypadku poczekaj, aż wskaźnik niskiego ciśnienia przestanie migać, zanim naciśniesz wskaźnik wysokiego ciśnienia. Jeśli pompa była wyłączona przez dłuższy czas, odczekaj 30 s przed wybraniem wysokiego ciśnienia, aby pompa zasilająca miała czas na dostarczenie oleju do pompy wysokiego ciśnienia.
  5. Ponownie z pulpitu uruchom oprogramowanie Test Design. Na pasku narzędzi upewnij się, że HPU oraz HSM 1 są włączone (ON, kolor zielony). Z menu górnego wybierz File> New> Test from Template, następnie Custom Templates, a potem Tension test.

3. Konfiguracja tensometrów

  1. Przejdź do sterowania belką poprzeczną ramy obciążeniowej (obok panelu sterowania) i przekręć przełącznik na niską prędkość (ikona żółwia).
  2. Wewnątrz komory testowej należy połączyć przewody tensometru (lub tensometrów) próbki z kostką przyłączeniową zgodnie z kodem kolorystycznym (czerwony, biały i czarny). W przypadku zastosowania tylko jednego tensometru należy użyć serii SG 1.
    UWAGA: Czerwony przewód to oddzielny terminal (wzbudzenie + lub -), natomiast przewody biały i czarny służą odpowiednio do pomiaru potencjału (sense) oraz przesyłu sygnału.
  3. W aplikacji kontrolera, w sekcji Wejścia pomocnicze przejdź do szczepu 1 (lub 2), aby wybrać maksymalny zakres szczepów (np. 2%, 5% lub 10%). Na przykład, jeśli wybrano 5%, oprogramowanie mapuje tę wartość z 50,000 µwyjście od ε do 10 woltów i nie może pomiaru odkształceń przekraczających 5%.
  4. Uruchom oprogramowanie Conditioner Utility, aby skonfigurować tensometry i zrównoważyć mostek Wheatstone'a zgodnie z poniższymi krokami:
    1. Oblicz napięcie wyjściowe, korzystając ze wzoru dla mostka Wheatstone'a:
      Wzór elektroniczny: Vo=1/4•VEGF(ε1−ε2+ε3−ε4)×10⁻⁶; schemat równania analitycznego.
      Tutaj, VO jest napięciem wyjściowym, VE jest napięciem wzbudzenia, GF to współczynnik czułości, ε1 wynosi 50 00 (5%), natomiast ε2, ε3, i ε4 wynoszą zero (most domykający).
  5. Oblicz wzmocnienie, korzystając z następującego równania:
    Równanie stanu równowagi statycznej, wzmocnienie=VE/VO, schemat wzoru, analiza pomiaru napięcia.
  6. W oprogramowaniu narzędziowym kondycjonera dostępne są opcje 1, 8, 64 i 512 dla wzmocnienia przedwzmacniacza (Preamp Gain), podczas gdy wartość wzmocnienia powzmacniacza (Post amp Gain) jest ograniczona do 9,976. Oblicz wartość wzmocnienia powzmacniacza dla poszczególnych opcji wzmocnienia przedwzmacniacza (1, 8, 64 i 512), korzystając z poniższego równania:
    Wzór na wzmocnienie wzmacniacza końcowego, równanie; Wzmocnienie podzielone przez wzmocnienie przedwzmacniacza; elektronika, przetwarzanie sygnałów.
  7. Wybierz najniższe wzmocnienie przedwzmacniacza (Preamp Gain), które zapewni wzmocnienie powzmaczaczowe (Post amp Gain) poniżej 9,976, a następnie wprowadź te wartości do oprogramowania narzędzia kondycjonującego.
  8. Uruchom oprogramowanie High Rate Data Acquisition Configuration. W sekcji kanałów odkształcenia (kanał 3 i 4) wprowadź pełny zakres pomiarowy tensometru (np. 50 0).
    UWAGA: Kanał 1 i 2 są przeznaczone odpowiednio dla przemieszczenia i siły.
  9. Wyzeruj tensometry zgodnie z poniższymi krokami:
    1. W pierwszej kolejności w oprogramowaniu należy usunąć wszelkie wartości przesunięcia dla kanałów odkształcenia (ustawić wartości przesunięcia na zero).
      UWAGA: Proces ten należy przeprowadzić, gdy próbka testowa spoczywa (np. na stole) i nie jest poddana obciążeniu.
    2. Następnie dostosuj Waga mostkowa parametr, aby sprowadzić odczyt odkształcenia niemal do zera. Jest to etap regulacji grubej.
    3. Następnie dostosuj Brak informacji zwrotnej parametr, aby całkowicie zredukować wartość odkształcenia w oprogramowaniu strain manager do zera. Ten krok stanowi precyzyjną regulację.
    4. Aby upewnić się, że parametry wejściowe są poprawne, kliknij w Aktywacja bocznikowania opcja
      UWAGA: Wartość odkształcenia w oprogramowaniu aplikacji sterownika powinna wynosić 1640 µε (ze znakiem + lub -). Należy pamiętać o wyłączeniu bocznikowania, aby usunąć rezystor bocznikowy z mostka Wheatstone'a. Wartość odkształcenia (Strain) powróci do zera.
  10. Jeśli na próbce znajdują się dwa tensometry, w oprogramowaniu użytkowym kondycjonera należy kliknąć Szczep 2 i powtórz wszystkie etapy konfiguracji tensometru.

4. Montaż próbki testowej

  1. W aplikacji sterującej (Controller Application) aktywuj Manual Control (sterowanie ręczne) i wprowadź pozycję głowicy przy pełnym wysunięciu na wartość -125 mm.
  2. Następnie kliknij, aby wyłączyć pole wyboru Enable Manual Command (włącz polecenie ręczne) i odznacz pole Exclusive Control (wyłączna kontrola).
  3. Użyj uchwytu montażowego, aby wyrównać próbkę wewnątrz uchwytów. Do utrzymania adaptera luzującego w pozycji cofniętej, aby stworzyć miejsce na instalację próbki, można użyć elastycznego sznurka. Najpierw zaciśnij próbkę w dolnym uchwycie.
  4. Na panelu sterowania naciśnij ikonę klucza w prawym górnym rogu, aby aktywować panel. Upewnij się, że pole Exclusive Control w oprogramowaniu jest odznaczone. Upewnij się, że górny uchwyt jest luźny, aby zapobiec niepożądanemu przyłożeniu obciążenia do próbki.
    1. Usuń elastyczny sznurek i naciśnij ikonę koła znajdującą się pod pokrętłem w sterowniku, aby je aktywować. Powoli obracaj kołem, aby opuścić głowicę, aż dolne ramię adaptera luzującego zostanie niemal całkowicie cofnięte, a trawers znajdzie się blisko poziomu -125 mm.
      UWAGA: Pozycję głowicy można odczytać na panelu sterowania.
  5. Na panelu sterowania naciśnij ponownie ikonę klucza, aby dezaktywować panel. Powróć do komputera i w aplikacji sterującej zaznacz pole Exclusive Control, a następnie użyj funkcji Manual Control, aby ustawić głowicę dokładnie na -125 mm. Górny uchwyt jest luźny, więc próbka nie jest obciążona.
  6. Teraz dociśnij górne uchwyty za pomocą klucza płaskiego i imbusa, obracając adapter luzujący. Nie skręcaj próbki podczas dokręcania uchwytu.
  7. Sprawdź sprężyste podkładki talerzykowe pomiędzy adapterem luzującym a trawersem pośrednim i upewnij się, że są one mocno dokręcone i nie ma luzu osiowego wzdłuż toru obciążenia.
  8. Ponownie, korzystając z panelu sterowania trawersem, przywróć ramę do wysokiej prędkości (ikona królika) i upewnij się, że drzwi obudowy są szczelnie zamknięte.
  9. Wróć do komputera i w celu zresetowania blokad kliknij Reset (po prawej stronie aplikacji sterującej).
    UWAGA: Blokady obejmują „Interlock 1” (łańcuch blokad przebiegający przez wszystkie ramy i pompę hydrauliczną), „Program 1” (sterowane przez oprogramowanie komputera, np. prędkość wysoka/niska), „Gate 1” (obudowa i przełącznik prędkości) oraz „C-Stop 1” (zatrzymanie sterowane).
  10. Gdy nie planujesz ręcznego przemieszczania głowicy, odznacz pole Enable Manual Command w menu Manual Command, aby uniknąć przypadkowego wprowadzenia liczby do oprogramowania i przemieszczenia głowicy.

5. Przygotowanie konfiguracji DIC

  1. Podłącz kamerę wysokiej rozdzielczości do komputera za pomocą kabla Gigabit LAN.
  2. Podłącz moduł Digital I/O do kamery wysokiej rozdzielczości oraz kontrolera ramy MTC.
  3. Podłącz komputer do kontrolera ramy MTS poprzez moduł DAQ. Sygnały siły i przemieszczenia są przesyłane z kontrolera MTS do komputera za pośrednictwem tego modułu.
  4. Podłącz kamerę wysokiej rozdzielczości do modułu DAQ w celu przesyłania sygnału wyzwalającego oraz sygnału synchronizacji.
  5. Zamocuj kamerę na podstawie ramy obciążeniowej, aby uniknąć względnego ruchu między kamerą a próbką podczas badania, ponieważ rama drga wskutek uderzenia.
  6. Ustaw kamerę starannie, aby upewnić się, że jej matryca obrazu jest równoległa do próbki. Użyj obiektywu telecentrycznego (np. Opto-engineering 23-64 z polem widzenia 64 × 48 mm i odległością roboczą 182 mm), aby zminimalizować możliwość wystąpienia dystorsji perspektywicznej wynikającej z ruchu poza płaszczyzną.
  7. Podczas konfiguracji kamery weź pod uwagę końcową deformację próbki i upewnij się, że pole widzenia kamery obejmuje próbkę przez cały czas trwania badania.
  8. Aby skonfigurować połączenia programowe w komputerze, wybierz Centrum sieci i udostępniania w Panelu sterowania systemu Windows. Następnie kliknij Połączenie lokalne.
  9. Wybierz Internet Protocol Version 4 (TCP/IPv6) we właściwościach Połączenia lokalnego i ustaw adres IP.
  10. Otwórz oprogramowanie do przeglądania obrazów High-Speed Imaging, kliknij „detect”, a następnie zapisz konfigurację.
  11. Kliknij przycisk Camera Option i wybierz kartę I/O, aby ustawić sygnały zewnętrzne.
  12. Aby ustawić częstotliwość klatek i rozdzielczość klatki, kliknij przycisk variable. Ustaw częstotliwość kamery oraz częstotliwość próbkowania modułu akwizycji danych (DAQ) na taką samą wartość, jak w systemie akwizycji danych wysokiej rozdzielczości w ramie obciążeniowej, aby ułatwić etap analizy danych.
  13. Otwórz moduł wysokiej rozdzielczości DAQ w przeglądarce High-Speed Imaging i wybierz wymagane kanały oraz liczbę próbek na klatkę.
  14. Po konfiguracji kamery wykonaj kilka statycznych zdjęć i oblicz pole odkształceń za pomocą rutyny korelacji obrazów.
    UWAGA: Maksymalne odkształcenia i przemieszczenia zmierzone z tego poziomu szumów są odnotowywane i stanowią jakościową miarę jakości obrazu.

6. Przeprowadzenie testu

  1. W oprogramowaniu do projektowania testów z górnego menu wybierz File> New> Test> Test from Template. Następnie w sekcji Custom Templates otwórz Tension Test.
  2. Wybierz New Test Run i wprowadź poprawną nazwę pliku (zazwyczaj nazwę próbki bez spacji). Zmodyfikuj pola według potrzeb, a następnie kliknij OK.
    1. Jeśli używane są tensometry, pamiętaj, aby wprowadzić wartość 4 w polu Channel Count.
    2. Punkt startowy to zazwyczaj -125 mm. Jest to istotne, ponieważ jeśli wartość ta będzie nieprawidłowa, głowica przesunie się do tej pozycji przed rozpoczęciem testu, co może uszkodzić próbkę.
    3. Domyślne wartości dla High Speed Acquisition Rate oraz Buffer Size wynoszą odpowiednio 50 00 i 20 0. W zależności od czasu trwania testu i wymaganej rozdzielczości czasowej (interwału czasowego między punktami danych), zmodyfikuj te liczby w razie potrzeby.
      UWAGA: Domyślne parametry pozwalają na zapis danych dla czasu trwania 0,4 s.
    4. W polu Ramp Rate wybierz nominalną pożądaną prędkość głowicy (na przykład 8 0 mm/s), a następnie kliknij OK.
  3. Pojawi się seria komunikatów przypominających o sprawdzeniu kluczowych parametrów sprzętowych, po czym test zostanie zainicjowany poprzez kliknięcie ikony Run.
  4. Na konsoli sterującej przełącz Mode Select na High Rate. Aktywuje to duży zawór do aplikacji obciążenia o wysokiej prędkości. Domyślnie wybrany jest Valve 1 (świeci się kontrolka).
  5. Na ekranie komputera zostanie wyświetlona seria kroków. Postępuj zgodnie z nimi.
  6. Na konsoli sterującej naciśnij i przytrzymaj przełącznik Arm/Charge Accumulator. System jest teraz gotowy.
  7. Naciśnij Fire, aby zakończyć test.
  8. Przełącz Mode Select z powrotem na Standard i naciśnij przycisk return to start (zielony przycisk) na konsoli, aby cofnąć głowicę od zaślepki (125 mm).
  9. Przejdź do sterowania trawersami i przełącz z powrotem na niską prędkość (ikona żółwia).
  10. Otwórz obudowę i wyjmij próbkę. Znajdź pliki danych zapisane na komputerze w lokalizacji
    C:\Datafiles\High Rate Data (dla danych o wysokiej prędkości) oraz C:\Datafiles\Low Rate Data (dla danych o niskiej prędkości).

7. Procedura wyłączania

  1. W oprogramowaniu aplikacji sterującej (Controller Application) przełącz HSM 1 na Low (żółty), a następnie na Off (czerwony). Spowoduje to zamknięcie kolektora i wyłączenie pompy.
  2. W oprogramowaniu do projektowania testów zapisz przebieg testu, jeśli jest to wymagane, wybierając z górnego menu Plik>Zapisz jako, a następnie wybierz odpowiedni test. Zamknij oprogramowanie do projektowania testów.
  3. Zamknij aplikację sterującą (Controller Application). Jeśli jest to wymagane, zapisz parametry przed zamknięciem oprogramowania. Wyłącz komputer.
  4. Zamknij zawór hydrauliczny (duża dźwignia) i ponownie wyłącz zasilanie konsoli sterującej za pomocą przycisku zasilania w zasilaczu UPS.

8. Analiza danych

  1. Wyeksportuj surowe dane z komputera sterującego ramą obciążeniową do wybranego oprogramowania do przetwarzania danych.
  2. Obliczyć rzeczywiste obciążenie na podstawie odczytów z tensometrów zamontowanych na sekcji pomiarowej i porównać je z surowymi danymi obciążenia z szybkiego systemu akwizycji danych (DAQ). Jeśli w danych z szybkiego systemu DAQ występuje silne drgania (tzw. ringing), w kolejnych krokach należy użyć obciążenia obliczonego z tensometrów.4.
  3. Oblicz naprężenie w sekcji pomiarowej, σmiernikna podstawie obliczonego obciążenia, Por przekrój poprzeczny próbki w sekcji pomiarowej, Asekcja x:
    Równanie obliczania naprężenia, σ_gauge = p/A_x-section, wzór do analizy mechanicznej.
  4. Wyznaczyć odkształcenie na odcinku pomiarowym jedną z poniższych metod:
    1. Średnie odkształcenie w sekcji pomiarowej:
      1. Oblicz wydłużenie sekcji zakładki, znając obciążenie, długość sekcji zakładki, moduł sprężystości próbki oraz pole przekroju poprzecznego.
        UWAGA: Jeśli moduł sprężystości jest funkcją szybkości odkształcenia, należy zastosować procedurę iteracyjną (szczegóły wyjaśniono w literaturze)7) jest wymagane.
      2. Odjąć wydłużenie sekcji zaciskowej od całkowitego wydłużenia próbki (tj. przemieszczenia głowicy maszyny wytrzymałościowej), aby uzyskać wydłużenie sekcji pomiarowej.
      3. Oblicz średnią odkształcenie w odcinku pomiarowym na podstawie wydłużenia odcinka pomiarowego i długości początkowej.
    2. Lokalne odkształcenie z DIC:
      1. Wyznacz miejsce na odcinku pomiarowym, w którym nastąpiło zerwanie próbki (tj. rozpadła się ona na dwie części), i ogranicz pole odkształcenia do lokalnego obszaru w pobliżu przekroju zerwania.
      2. Zmierz i zarejestruj odkształcenie w obszarze lokalnym, korzystając z wybranego oprogramowania do postprocesingu DIC.
  5. Narysuj krzywą naprężenie-odkształcenie uzyskaną w poprzednich krokach.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Czas trwania próby dynamicznej jest zazwyczaj porównywalny z czasem wymaganym do przebycia przez fale naprężeń pełnej drogi w systemie łańcucha obciążenia (tj. uchwytów, próbki i obciążenia)1. Próba dynamiczna jest poprawna, jeśli liczba i amplituda fal naprężeń podczas badania są kontrolowane w taki sposób, aby osiągnięto równowagę dynamiczną, a próbka poddana zostanie jednorodnej deformacji przy niemal stałej prędkości odkształcania. Projekt normy SAE J2749 oprac...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Na surowe dane uzyskane w eksperymencie ma wpływ geometria próbki i położenie tensometrów na próbce. Dane dotyczące obciążenia w testach dynamicznych o niskiej prędkości odkształcania uzyskane przez piezoelektryczną myjkę obciążenia wbudowaną w ramę obciążeniową przy wyższych prędkościach odkształcania (Bruce i wsp.3 sugerowane > 10/s, podczas gdy dla Wang i wsp. 9 zgłosiło, że limit ten wynosi 100/s) zazwyczaj cierpią z powodu oscylacji o dużej amplitudzi...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Autorzy dziękują za wielką pomoc ze strony Dmitrii Klishch, Michel Delannoy, Tyler Musclow, Fraser Kirby, Joshua Ilse i Alex Naftel. Doceniane jest również wsparcie finansowe ze strony National Research Council Canada (NRC) w ramach programu Security Materials Technology (SMT).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Obiektyw aparatu OptoEngineeringObiektyw telecentryczny 23-64
Szybka kamera SAX Photron Fastcam 
Wysoka prędkość DAQ National InstrumentsUSB-6259
Szybka serwo-hydrauliczna rama obciążeniowaMTS Systems CorporationCustom Built
Jab Bullet Light z dyfuzorem AADyn KULA JAB   15&stopnie; dyfuzory 
MikropomiarytensometryczneModel EA-13-062AQ-350

Bibliografia

  1. Xiao, X. Dynamic tensile testing of plastic materials. Polymer Testing. 27 (2), 164-178 (2008).
  2. Nemat-Nasser, S., Isaacs, J. B., Starrett, J. E. Hopkinson techniques for dynamic recovery experiments. Proceedings of Royal Society of London A Mathematical Physical and Engineering Sciences. 435 (1894), 371-391 (1991).
  3. Bruce, D., Matlock, D., Speer, J., De, A. Assessment of the strain-rate dependent tensile properties of automotive sheet steels. SAE World Congress. , Detroit, United States. (2004).
  4. Rahmat, M. Dynamic mechanical characterization of aluminum: analysis of strain-rate-dependent behavior. Mechanics Time-Dependent Materials. , (2018).
  5. Gray, G., Blumenthal, W. R. Split-Hopkinson pressure bar testing of soft materials. 8, ASTM International. Materials Park, OH. 1093-1114 (2000).
  6. ISO 26203-2:2011; Metallic materials-Tensile testing at high strain rates-Part 2: Servo-hydraulic and other test systems. , International Organization for Standardization. Switzerland. 15(2011).
  7. Rahmat, M., Naftel, A., Ashrafi, B., Jakubinek, M. B., Martinez-Rubi, Y., Simard, B. Dynamic Mechanical Characterization of Boron Nitride Nanotube - Epoxy Nanocomposites. Polymer Composites. , In Press (2018).
  8. SAE, High strain rate testing of polymers. SAE International. , 27(2008).
  9. Wang, Y., Xu, H., Erdman, D. L., Starbuck, M. J., Simunovic, S. Characterization of high-strain rate mechanical behavior of AZ31 magnesium alloy using 3D digital image correlation. Advanced Engineering Materials. 13 (10), 943-948 (2011).
  10. Mansilla, R. A., García, D., Negro, A. Dynamic tensile testing for determining the stress-strain curve at different strain rate. 6th International Conference on Mechanical and Physical Behaviour of Materials Under Dynamic Loading. 10 (9), Krakow, Poland. 695-700 (2000).
  11. Zhu, D., Mobasher, B., Rajan, S. D., Peralta, P. Characterization of Dynamic Tensile Testing Using Aluminum Alloy 6061-T6 at Intermediate Strain Rates. Journal of Engineering Mechanics. 137 (10), 669-679 (2011).
  12. Schossig, M., Bieroegel, C., Grellmann, W., Bardenheier, R., Mecklenburg, T. Effect of strain rate on mechanical properties of reinforced polyolefins. 16th European Conference of Fracture. , Kluwer Academic Publishers. Alexandroupolis, Greece. 507-508 (2006).
  13. Xia, Y., Zhu, J., Wang, K., Zhou, Q. Design and verification of a strain gauge-based load sensor for medium-speed dynamic tests with a hydraulic test machine. International Journal of Impact Engineering. 88, 139-152 (2016).
  14. Yang, X., Hector, L. G., Wang, J. A Combined Theoretical/Experimental Approach for Reducing Ringing Artifacts in Low Dynamic Testing with Servo-hydraulic Load Frames. Experimental Mechanics. 54 (5), 775-789 (2014).
  15. Xia, Y., Zhu, J., Zhou, Q. Verification of a multiple-machine program for material testing from quasi-static to high strain-rate. International Journal of Impact Engineering. 86, 284-294 (2015).
  16. Yan, B., Kuriyama, Y., Uenishi, A., Cornette, D., Borsutzki, M., Wong, C. Recommended Practice for Dynamic Testing for Sheet Steels - Development and Round Robin Tests. SAE International. , Detroit, United States. (2006).
  17. Borsutzki, M., Cornette, D., Kuriyama, Y., Uenishi, A., Yan, B., Opbroek, E. Recommendations for Dynamic Tensile Testing of Sheet Steels. International Iron and Steel Institute. , Brussels, Belgium. (2005).
  18. Rusinek, A., Cheriguene, R., Bäumer, A., Klepaczko, J. R., Larour, P. Dynamic behaviour of high-strength sheet steel in dynamic tension: Experimental and numerical analyses. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 43 (1), 37-53 (2008).
  19. Diot, S., Guines, D., Gavrus, A., Ragneau, E. Two-step procedure for identification of metal behavior from dynamic compression tests. International Journal of Impact Engineering. 34 (7), 1163-1184 (2007).
  20. LeBlanc, M. M., Lassila, D. H. A hybrid Technique for compression testing at intermediate strain rates. Experimental Techniques. 20 (5), 21-24 (1996).
  21. Xiao, X. Analysis of dynamic tensile testing. 11th International Congress and Exhibition on Experimental and Applied Mechanics. , Society for Experimental Mechanics. Orlando, United States. (2008).
  22. Othman, R., Guégan, P., Challita, G., Pasco, F., LeBreton, D. A modified servo-hydraulic machine for testing at intermediate strain rates. International Journal of Impact Engineering. 36 (3), 460-467 (2009).
  23. Kwon, J. B., Huh, H., Ahn, C. N. An improved technique for reducing the load ringing phenomenon in tensile tests at high strain rates. Annual Conference and Exposition on Experimental and Applied Mechanics. Costa Mesa, United States. , Springer New York LLC. (2016).
  24. Pan, W., Schmidt, R. Strain rate effect in material testing of bulk adhesive. 9th International Conference on Structures Under Shock and Impact. 87, The New Forest. United Kingdom. 107-116 (2006).
  25. Zhang, D. N., Shangguan, Q. Q., Xie, C. J., Liu, F. A modified Johnson-Cook model of dynamic tensile behaviors for 7075-T6 aluminum alloy. Journal of Alloys and Compounds. 619, 186-194 (2015).
  26. Fitoussi, J., Meraghni, F., Jendli, Z., Hug, G., Baptiste, D. Experimental methodology for high strain-rates tensile behaviour analysis of polymer matrix composites. Composites Science and Technology. 65 (14), 2174-2188 (2005).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Instrumentacja tensometrycznakamery wysokich prędkościprzygotowanie próbek rozciąganychobsługa pompy hydraulicznejprocedura analizy danychcharakterystyka ramy obciążeniowejbadanie właściwości materiałowychaplikacja obciążeń dynamicznych
Charakterystyka materiału o pośredniej szybkości odkształcania z cyfrową korelacją obrazu
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.