Medições de tensão de campo integral para fadiga Microstructurally pequena rachadura propagação usando o método de correlação de imagem Digital

Medições de tensão em campo inteiro para propagação de rachaduras de fadiga microestrusticamente pequenas usando o método de correlação de imagem digital. Novas soluções leves são necessárias para melhorar a eficiência energética de veículos como navios, redução de peso de grandes estruturas metálicas, é possível usar materiais de aço avançados. A utilização eficiente requer alta qualidade de fabricação e métodos robustos de design, métodos de design robustos significam análise estrutural sob condições realistas de carregamento, como em carga induzida por ondas no caso de um navio de cruzeiro, análise de força estrutural das estruturas inclui cálculos de resposta para definir deformação e tensões, o nível de estresse permitido é definido com base na força de detalhes estruturais críticos , no caso de grandes estruturas é tipicamente articulações soldadas dentro de microestrutura homogênea, um dos principais desafios do projeto é a fadiga devido à sua natureza cumulativa e localizada, por exemplo, no entalhe de solda, para alta qualidade de fabricação a questão mais importante é a iniciação e propagação da rachadura de fadiga, uma vez que rachaduras como defeitos de fabricação são negligenciadas.

Esta pesquisa estuda a pequena fadiga e introduz uma nova abordagem experimental, a novidade da abordagem consiste na medição da tensão de campo integral in situ usando técnica de padrão única, combinada com a medição da taxa de crescimento da manivela ao mesmo tempo em que a análise microestrutural revela o impacto das concentrações de estresse de tesoura e limites de grãos no pequeno retardo de crack de fadiga. Explicamos as principais etapas do procedimento de medição e fornecemos uma discussão resumida do achado principal. Primeiro passo, preparação de espécimes e ressaramento, a placa de aço é enrosada na atmosfera de nitrogênio a uma temperatura de 1200 graus celsius por uma hora e saciada na água, o procedimento de ressarcer resulta em um aumento do tamanho médio de grãos do aço estudado até 349 micrômetros, sem formação de extensão de partículas de carboneto de cromo, os espécimes entalhados com espessura de um milímetro são cortados da placa enlasada do aço ferriético estudado usando descarga elétrica , o esquema do espécime é mostrado aqui.

As superfícies dos espécimes são polidas, terminando com nada de ponto em dois polimento vibratório de sílica coloidal de micrômetro que é necessário para a análise de difração de dispersão de elétrons. Passo dois, fadiga pré-rachadura, espécime é submetido a carregamento cíclico uniaxial e frequência de fadiga 10 hertz, rachaduras iniciais com comprimento de um micrômetro a 20 micrômetros são produzidas na ponta do entalhe. Monitoramento óptico da formação inicial de rachaduras após 10.000 ciclos do carregamento do ciclo, repita o teste de carregamento de ciclo se a rachadura inicial não for produzida.

Passo três, caracterização microestrusa, marcas de micro-recuo de vickers são usadas para marcar a área de interesse, micro-estrutura do aço é estudada a partir da superfície lateral do espécime nas proximidades do entalhe usando análise de difração de backscatter eletrônica. A análise de desorientação do fator Schmid e do limite de grãos é mostrada aqui. Passo quatro, decoração com um padrão, limpar a superfície do espécime com etanol, depositar fina camada de tinta na superfície do vidro, pressionar para baixo o selo de silicone com um padrão no vidro para mover uma camada de tinta para a superfície do selo, usamos uma ferramenta pneumática personalizada para operação rápida e precisa com o selo, pressione para baixo o selo de silicone coberto com a tinta na superfície do espécime, usamos uma ferramenta pneumática personalizada para operação rápida e precisa com o selo, pressione para baixo o selo de silicone coberto com a tinta na superfície do espécime, usamos uma ferramenta pneumática personalizada para operação rápida e precisa com o selo, pressione para baixo o selo de silicone coberto com a tinta na superfície do espécime, usamos uma ferramenta pneumática personalizada para operação rápida e precisa com o carimbo, pressione para baixo o selo de silicone coberto com a tinta na superfície do espécime, usamos uma ferramenta pneumática personalizada para operação rápida e precisa com o selo, pressione o selo de silicone coberto com a tinta na superfície do espécime, usamos uma ferramenta pneumática personalizada para operação rápida e precisa com o carimbo, pressione o selo de silicone coberto com a tinta na superfície do espécime, usamos uma ferramenta pneumática personalizada para operação rápida e precisa com , verifique a qualidade do padrão de manchas usando microscopia óptica, um exemplo do padrão manchado é mostrado aqui.

Passo cinco, teste de fadiga com correlação de imagem digital, executar o teste de fadiga e sincronização com o sistema de gravação de imagem, o teste de fadiga continua enquanto o comprimento da rachadura se aproxima de um valor crítico ou deformação plástica começa a dominar. Etapa 6, análise dos resultados, as imagens obtidas são analisadas utilizando-se um software comercial para realizar o cálculo da taxa de crescimento do crack e a análise da correlação de imagem digital, análise da deformação da cepa de tesoura é realizada para a área estudada, análise cumulativa dos resultados obtidos, uso das marcas de micro-recuo de vickers para o alinhamento adequado do campo de deformação da cepa de tesoura com dados de mapeamento de difraction de elétrons traseiros , limites de grãos, mapa de orientação de grãos. Resultados representativos, acúmulo de campo de tensão de corte em tamanho suborto durante a propagação da rachadura de fadiga curta, combinar visão do acúmulo de campo de tensão de corte e microestrutura do aço estudado, combinação da taxa de crescimento da rachadura e análise de acúmulo de tensão de corte dão um possível mecanismo do pequeno crescimento da fadiga crack, pequena fissura de fadiga propaga a partir da rachadura inicial produzida pelo procedimento de pré-cracking , a zona de tensão de corte se localiza à frente da ponta de fenda e o tamanho da zona de tensão da tesoura cresce enquanto a rachadura se propaga em direção à localização, quando a rachadura se aproxima da zona de localização da cepa, a taxa de crescimento da rachadura diminui significativamente devido à mudança do modo de propagação da rachadura, a taxa de crescimento da rachadura aumenta continuamente após a rachadura cruzar o centro da zona de localização da cepa, a taxa de crescimento de rachaduras diminui significativamente devido à mudança do modo de propagação da rachadura, a taxa de crescimento da rachadura aumenta continuamente após a rachadura cruzar o centro da zona de localização da cepa, a taxa de crescimento da rachadura diminui significativamente devido à mudança do modo de propagação da rachadura, a taxa de crescimento da rachadura aumenta continuamente após a rachadura cruzar o centro da zona de localização da cepa. , a taxa de crescimento do crack começa a diminuir novamente assim que a próxima zona de localização de tensão se formou à frente da ponta de crack.

Conclusão, novas pesquisas fornecem uma compreensão mais profunda do comportamento de crescimento da pequena fadiga, a combinação da medição da taxa de crescimento do crack e a análise do campo de tensão a nível sub grain ajuda a revelar o mecanismo responsável pelo crescimento anômo das pequenas rachaduras de fadiga, essa compreensão mais profunda do pequeno comportamento de crescimento da fadiga torna possível desenvolver novas abordagens teóricas e, assim, permitir o desenho de estruturas mais leves e eficientes em energia no futuro.