Summary
Burada ara zorlanma oranları yüksek hızlı servo hidrolik yük çerçeve kullanarak gerilme numuneler dinamik karakterizasyonu için bir metodoloji mevcut. Yordamlar ağırlık ölçme esneklik detektörler araçları ve analiz yanı sıra dijital görüntü korelasyon zorlanma ölçümleri numuneler üzerinde de tanımlanabilir.
Abstract
Dinamik yük altında bir malzemenin mekanik yanıt genellikle statik koşullarda davranışını daha farklıdır; Bu nedenle, ortak quasistatic ekipman ve malzeme karakterizasyonu için kullanılan yordamlar dinamik yükler altındaki malzemeler için uygun değildir. Bir malzeme dinamik tepki, deformasyon oranına bağlıdır ve genel olarak yüksek içine sınıflandırılır (yani, 200/s den büyük), orta (yani, 10−200/s) ve düşük gerilme oranı rejimler (yani, aşağıda 10/s). Her bu rejimlerin alınan veri güvenilirliğini sağlamak belli bazı özellikleri ve test protokolleri için çağırır. Yüksek hızlı servo Hidrolik tesis ve doğrulanan test protokolleri sınırlı erişim nedeniyle, orta gerilim oranda sonuçlarında göze çarpan bir boşluk var. Geçerli el yazması farklı malzeme karakterizasyonu için doğrulanmış bir protokol de bu ara zorlanma oranları sunuyor. Ağırlık ölçme esneklik detektörler araçları ve dijital görüntü korelasyon protokolleri de tek her testten azami düzeyde ayrıntılı veri ayıklamak için ücretsiz modülleri olarak yer almaktadır. Ham veri, örnekleri elde edilen malzeme ve test kurulumları çeşitli (örneğin, çekme dayanımı ve kesme) sunulur ve çıkış verileri işlemek için kullanılan analiz yordamı açıklanmıştır. Son olarak, dinamik karakterizasyonu tesis sınırlamaları ve olası sorunları aşmak yöntemleri ile birlikte geçerli iletişim kuralını kullanarak sorunları ele alınmıştır.
Introduction
Çoğu malzeme gerilme oranı bağımlılık onların mekanik davranış1 ' deki bir dereceye göstermek ve bu nedenle, yalnızca quasistatic zorlanma ücretlerle yapılan mekanik test dinamik malzeme özelliklerini belirlemek uygun değildir uygulamaları. Malzemelerin gerilme oranı bağımlılık genellikle beş tür mekanik test sistemleri kullanarak araştırdık: geleneksel vida sürücü yükleme çerçeveleri, servo-hidrolik sistemler, yüksek oranlı servo-hidrolik sistemler, etkisi test ve Hopkinson bar sistemleri 1. Split Hopkinson bar malzemeleri son dinamik karakterizasyonu için ortak bir tesis edilmiştir 50 yıl2. Ayrıca alt ve orta gerilim oranları test etmek için Hopkinson Bar değiştirmek için çabaları olmuştur. Ancak, bu özellikler genellikle daha malzeme yüksek gerilme oranı karakterizasyonu için uygundur (yani, genellikle 200/s daha büyük). 10−200/s aralığındaki ara zorlanma fiyatlara malzeme özellikleri gerilme oranı karakterizasyonu üzerine literatürde bir boşluk (yani, quasistatic ve yüksek gerilme oranı sonuçları arasında bölünmüş elde edilen Hopkinson barlar3), nedeniyle olduğu sınırlı erişim imkanları ve orta gerilim oranı malzeme test güvenilir yordamlar eksikliği.
Bir yüksek hızlı servo hidrolik yük çerçeve yük sürekli ve önceden tanımlanmış bir hızda numune için geçerlidir. Bunlar çerçeveleri fayda sağlayan, çekme dayanımı testler, yükleme başlamadan önce istenilen hız ulaşmak crosshead bir bolluk adaptör yüklemek. Bolluk adaptör başından hedef hız ulaşmak için belli bir mesafe (örneğin, 0.1 m) seyahat sağlar ve yük için örnek uygulama başlar. Yüksek hızlı servo hidrolik yük çerçeveleri genellikle testleri deplasman denetim modu altında ve sürekli mühendislik zorlanma oranları3üretmek için bir sabit aktüatör hızınızı koruyun.
Numune uzama ölçme teknikleri genellikle iletişim ya da aygıtlar teknikleri4sınıflandırılır. Lazer Genleşmeölçerler aygıtlar ölçülerini istihdam edilmektedir ederken iletişim teknikleri klip Genleşmeölçerler gibi aletlerin kullanımı dahil. İletişim Genleşmeölçerler atalet etkilere eğilimli olduğundan, dinamik testler için uygun değildir; aygıtlar Genleşmeölçerler bu sorun olmaz.
Dijital görüntü korelasyon (DIC) olduğunu zorlanma/yük ölçmek ve bazı sorunları (örneğin, zil fenomeni) ilişkili üstesinden gelmek için ölçme zorlanma için alternatif bir yaklaşım bir optik, temassız, tam-alan zorlanma ölçüm tekniği ile dinamik malzeme karakterizasyonu5. Direnç yük göstergeleri DIC her zaman tam-alan zorlanma ölçüm sırasında numune yüzeyinden verebilmektedir ise ölçüm, uzama ve sınırlı montaj yöntemleri, sınırlı bir dizi sınırlı bir alan gibi sınırlamalar acı deneme.
Sunulan yordam DIC ile birlikte yüksek hızlı servo hidrolik yük çerçeve kullanımını açıklar ve son zamanlarda geliştirilen standart yönergeleri6 tamamlayıcı bir belgeye deneysel işlemin ayrıntılarını açıklamak için kullanılabilir. Bölüm servo hidrolik yük çerçevesinde çeşitli test kurulumları için takip edilebilir (örneğin, çekme dayanımı, basınç ve kesme) ve hatta ortak quasistatic yük ile çerçeve de ve bu nedenle, kapsar imkanları çok geniş. Ayrıca, DIC bölüm ayrı ayrı küçük değişiklikler ile mekanik veya termal test türlerine uygulanabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. numune hazırlama
- ISO standart6 göre gerilme numuneler önceden şeklinde köpek kemiği hazırlayın.
Not: Benzer örnekler de kullanılan4vardır. - Gerilim ölçerler (yük ölçüm için zorunlu) sekmesi bölümünde ve gerilme numune (gerilim ölçümü için isteğe bağlı) ölçüm bölümünde bulunan yükleyin.
- Ağırlık ölçme esneklik detektörler en fazla uzatma, test sıcaklığı, elektrikli rezistans, vb4boyutuna göre uygun modelini seçin.
- Her türlü kirlilik ve ağırlık ölçme esneklik detektörler uygun yeri yüklemek için numune isopropanol ile yüzeyi temizleyin. Sekme bölümüne ağırlık ölçme esneklik detektörler sekmesini bölümün genişliğini daha büyük veya eşit, sürükleyici ve nominal değerli (yani hiçbir stres konsantrasyon) bir üniforma stres akışını sağlamak için ölçüm bölümleri yüklemek, aksi takdirde sayısal analiz Ağırlık ölçme esneklik detektörler bulunduğu konumda stres değer tahmin etmek gerekli.
- Ağırlık ölçme esneklik detektörler teller Wheatstone Köprüsü kutusuna bağlanın. Harici kablo bağlantıları monte için gerekirse bir tel bağlantı sekmesini kullanın.
- Ağırlık ölçme esneklik detektörler okuma basit bir yükleme ve sınır koşulları ile doğrulayın. Bilinen bir yük için örnek uygulama (örneğin dur örnekten bilinen bir kitle) ve zorlanma dökümanları kontrol edin.
- Örnek aşağıdaki gibi DIC için hazırlayın:
- Yüksek kontrast özellikleri ile numune yüzey hazırlamak. Örneğin, örnek beyaz boya ve ince siyah noktalar ile benek. Öyle ki her benek yaklaşık 3 piksel veya daha fazla oluşur deneme yanılma yoluyla kamera görüntü sensör boyutu benek desen eşleşmesi.
Not: Gerilim ölçerler istenmeyen yüzey özellikleri önlemek için yüklü olan tarafta DIC gerçekleştirme kaçının. - Önce test kuru boya bırakın. Örnek test etmek için tercihen, aynı gün içinde boyanmıştır.
Not: türü ve boya tutarlılığını bağlı olarak, bu için birkaç saat sürebilir. Benekli numuneler gibi bu boya olma şekeri ve test sırasında dökülüyor sonuçlanır önce test uzun bir süre (örneğin, birkaç gün) için terk etmeyin.
- Yüksek kontrast özellikleri ile numune yüzey hazırlamak. Örneğin, örnek beyaz boya ve ince siyah noktalar ile benek. Öyle ki her benek yaklaşık 3 piksel veya daha fazla oluşur deneme yanılma yoluyla kamera görüntü sensör boyutu benek desen eşleşmesi.
2. başlangıç yordamı
- İçin UPS (kesintisiz güç kaynağı) istimal belgili tanımlık düğme denetimi konsolunu açın. Pompa yüksek oranda çerçeve Yalıtım Vana açık olduğundan emin olun ve sonra bilgisayarı açın.
- Masaüstü başından beri Yüksek oranı hesaplamak Displacement.cfg yapılandırma seçildiğinde denetleyici uygulaması sonra Reset interlok 1 (altında İstasyonu denetimleri) temizlemek için tıklatın.
Not: yüksek basınç hidrolik daha başvurmadın değil çünkü diğer iki göstergeleri (Program 1 ve kapı 1) kırmızı olacaktır. - Çerçeve sadece yazılım (ve yakışıklı) kontrol edilebilir böylece Özel denetimini kontrol edin.
- Şimdi, hidrolik pompa (HPU) kadar başlatın ve hizmet manifold (HSM 1) bir teker (Toplam 3) açın. İçin her durumda beklemek kadar yüksek gösterge basmadan önce yanıp sönen az göstergesi durur. Eğer pompa uzun bir süre için yapılmış, 30 için beklemek yüksek petrol yüksek basınç pompası için tedarik için besleyici pompa zaman vermek seçmeden önce s.
- Masaüstünden, Test tasarım yazılımı baştan. Araç çubuğu yapmak emin HPU ve HSM 1 ON (yeşil) vardır. Üst menüden Dosya > Yeni > Test şablonundan Özel şablonlarıseçin ve sonra gerilim testseçin.
3. Kurulum gerilim ölçerler
- Yük çerçeve crosshead denetimi (yanındaki yakışıklı) gidin ve düşük oranı (kaplumbağa simgesi) geçiş dönün.
- Test odası içinde numune strain gauge(s) teller (kırmızı, beyaz ve siyah) renk kodu kullanarak ağırlık ölçme esneklik detektörler kutusuna bağlanın. Tek bir ağırlık ölçme esneklik detektörler, SG 1 Serisi kullanın.
Not: Kırmızı kurşundur ayrı terminal (uyarma + veya -) ve beyaz ve siyah duygusu ve sinyal yol açar. - Denetleyici uygulaması ve Yedek girişleri altında zorlanma için suşları (yani % 2, % 5 veya % 10) en fazla aralığı seçmek için 1 (veya 2) gidin. Örneğin, % 5 tercih edilirse, yazılım bu 50.000 µε 10 volt çıkış için haritalar ve suşların % 5 ötesinde ölçemezsiniz.
- Gerilim ölçü aygıtları yapılandırmak ve Wheatstone Köprüsü için aşağıdaki adımları göre dengelemek için saç kremi hizmet programı çalıştırın:
- Çıkış voltajı Wheatstone Köprüsü için formülü kullanarak hesaplar:
Burada, çıkış gerilimi VO olduğunu, VE uyarma gerilim, GF ölçer faktördür, ε2, ε3ve ε4 sıfır (tamamlanma Köprüsü) ise ε1 50.000 (% 5).
- Çıkış voltajı Wheatstone Köprüsü için formülü kullanarak hesaplar:
- Aşağıdaki denklemi kullanarak kazanç Hesapla:
- Saç kremi yardımcı programını yazılım Preamp kazanmak için 1, 8, 64 ve 512 seçenek yazı amp kazanç değeri 9'a sınırlı olmakla birlikte vardır. 9976. aşağıdaki eşitliği kullanarak Preamp elde etmek için farklı seçenekler 1, 8, 64 ve 512 kazanç dayalı yazı amp Hesapla:
- En düşük fiyat Preamp bir mesaj amp 9.9976 düşük kazanç dışarı veren kazanç seçin ve bu değerleri kremi yardımcı programını yazılım girdi.
- Yüksek hızı veri toplama yapılandırma yazılımını çalıştırın. Baskı altında kanalları (Kanal 3 ve 4), ağırlık ölçme esneklik detektörler (örneğin 50.000) tam ölçekli aralığını girin.
Not: Kanal 1 ve 2 adanmıştır deplasman ve kuvvet, anılan sıraya göre. - Gerilim ölçerler için aşağıdaki adımları göre sıfıra kaydır:
- Önce yazılım, herhangi bir sapma değerlerinin (sapma değerleri sıfıra getirir) gerilim kanallar için kaldırın.
Not: Bu işlem zaman testi numune (örneğin masaya) dinleniyor ve yük altında değil yapılması gerekiyor. - Sonra okuma zorlanma neredeyse sıfıra getirmek için köprü denge parametresini ayarlayın. Bu kaba ayar adımdır.
- Sonra tamamen sıfıra zorlanma Yöneticisi yazılımında zorlanma değeri getirmek için Geri bildirim sıfır parametresinin ayarlayın. Bu adım hassas ayar olduğunu.
- Giriş parametreleri doğru sağlamak için Şant etkinleştir seçeneğini tıklatın.
Not: 1640 µε denetleyici uygulaması yazılım yük değeri okumalısınız (ile ya da + veya - işareti). Wheatstone Köprüsü dışında şönt direnç kaldırmak için şant kapatmak hatırlıyorum. Gerilim değeri sıfır olarak geri döner.
- Önce yazılım, herhangi bir sapma değerlerinin (sapma değerleri sıfıra getirir) gerilim kanallar için kaldırın.
- Yoksa iki gerilim ölçerler kremi yardımcı programını yazılım numune üzerinde zorlanma 2 üzerinde'yi tıklatın ve tüm ağırlık ölçme esneklik detektörler kurulum adımlarını yineleyin.
4. test numune montaj
- Denetleyici uygulaması etkinleştirin Manuel kontrol ve-125 mm tam çekiş için baş konumu girin.
- Tıklatıp Etkinleştirin manuel komut onay kutusunu devre dışı bırakma ve Özel denetim kutusunun işaretini kaldırın.
- Montaj fikstür kulpları içinde kupon hizalamak için kullanın. Elastik kordonuna bolluk bağdaştırıcısı kupon yüklemek için oda veren retrakte bir pozisyonda tutmak için kullanılabilir. Alt pençesinde kupon ilk sıkın.
- Telefonun üstünde yakışıklı etkinleştirmek için sağ üst köşedeki üzerinde anahtar simgesi itmek. Belgili tanımlık bilgisayar yazılımı üstünde belgili tanımlık Özel denetim kutu işaretli olmadığından emin olun. En iyi tutuş için numune yük istenmeyen uygulanmasını engellemek için gevşek olduğundan emin olun.
- Elastik kordon kaldırmak ve tekerinin altında tekerlek simgesini etkinleştirmek için denetleyicisinde itin. Yavaş yavaş bolluk adaptör alt kol neredeyse tamamen geri çekildi ve crosshead neredeyse-125 mm kadar baş aşağı getirmek için tekerleği döndürün.
Not: telefonun üstünde baş pozisyonu okunabilir.
- Elastik kordon kaldırmak ve tekerinin altında tekerlek simgesini etkinleştirmek için denetleyicisinde itin. Yavaş yavaş bolluk adaptör alt kol neredeyse tamamen geri çekildi ve crosshead neredeyse-125 mm kadar baş aşağı getirmek için tekerleği döndürün.
- Telefonun üstünde bir kez daha yakışıklı de-harekete geçirmek anahtar simgesine bas. Bilgisayar ve denetleyici uygulaması kontrol Özel denetim kutusunu dönün ve kafa tam olarak-125 mm için getirmek için Kılavuz denetimi kullanın. Bu nedenle herhangi bir yük belgili tanımlık kupon için uygulanan en iyi kavrama serbest kaldı.
- Şimdi, bir anahtar ve bir anahtar ile en iyi kulpları bolluk bağdaştırıcısı döndürerek sıkın. Kupon kavrama sıkıştırırken bükmek değil.
- Sarmal contalar bolluk adaptör ve ara crosshead arasında denetleyin ve sıkı olduklarını ve yük tren boyunca hiçbir eksenel izni olduğundan emin olun.
- Yine, crosshead denetim kutusunu kullanarak çerçeveyi yüksek oranı (tavşan simgesi) dönün ve muhafaza kapıları sıkıca kapalı olduğundan emin olun.
- Geri bilgisayarda, temizlemek için kilitler Sıfırla (denetleyici uygulaması sağ tarafta)'yı tıklatın.
Not: "1 interlok" kilitler dahil (tüm çerçeveleri ve hidrolik pompa ile bir kilidi zinciri), "1" (örneğin kontrol bilgisayar yazılımı, yüksek/düşük hız), Program "1" (muhafaza ve oranı geçiş), kapı ve "C-Stop 1" (kontrollü Durdur) . - Kafası el ile taşımak için bir niyeti zaman yanlışlıkla bir sayı girmek belgili tanımlık bilgisayar yazılımı ve kafa hareket önlemek için Manuel komut menüsü Etkinleştirin manuel komut kutusuna onay kutusunu temizleyin.
5. DIC kurulum hazırlama
- Yüksek hızlı kamera Gigabit LAN kablosuyla bilgisayara bağlayın.
- Dijital I/O kutusu yüksek hızlı kamera ve MTC çerçeve denetleyicisi bağlantısı.
- MTS çerçeve denetleyicisine DAQ kutusu üzerinden bağlayın. Kuvvet ve deplasman sinyalleri MTS denetleyicisinden kutusunu kullanarak bu bilgisayara aktarılır.
- Yüksek hızlı kamera tetikleyici sinyal ve senkronizasyon sinyali için DAQ kutusuna bağlayın.
- Çerçeve etkisi nedeniyle sallar olarak kameranın test sırasında kamera ve örnek arasında göreli hareketi önlemek için yük çerçeve tabanının üzerine monte.
- Dikkatli bir şekilde onun görüntü sensörü için numune paralel olduğundan emin olmak için kamerayı yerleştirin. Telemerkeze lens (örneğin, Opto-mühendislik 23-64with görüş alanı 64 × 48 mm ve çalışma mesafesi 182 mm) uçak hareket perspektif bozulma olasılığını azaltmak için kullanabilirsiniz.
- Kamera Kurulum sırasında numune son deformasyon göz önünde bulundurun ve tüm test boyunca numune kameranın görüş alanı kapsadığından emin olun.
- İçinde belgili tanımlık bilgisayar yazılımı bağlantıları ayarlamak için Windows Denetim Masası Ağ ve Paylaşım Merkezi seçin. Sonraki yerel ağ bağlantısını tıklatın.
- Yerel ağ bağlantısı özelliklerinde Internet Protokolü sürüm 4 (TCP/IPv6) seçin ve IP adresi ayarlayın.
- Yüksek hızlı görüntüleme Görüntüleyici yazılım açın ve tıklayın bulmak ve o zaman kurtarmak belgili tanımlık tertibat.
- Kamera seçenek düğmesini ve dış sinyalleri ayarlamak için I/O sekmesini seçin.
- Kare hızını ve kare çözünürlüğü ayarlamak için değişken düğmesini tıklatın. Kamera frekans ve veri toplama (DAQ) kutusunu Alım hızı veri çözümleme adım kolaylaştırmak için yük çerçeve yüksek hızlı veri toplama sistemi olarak aynı numarayı ayarla
- Açık yüksek yüksek hızlı görüntüleme görüntüleyicide DAQ hız ve gerekli kanalları ve çerçeve başına örnek seçin.
- Kamera Kur sonra birkaç statik çekim ve görüntü korelasyon rutin kullanarak yük alanı hesaplayın.
Not: En fazla zorlanma ve bu gürültü tabanından talebiyle belirtilmiştir ve nitel bir ölçü görüntü kalitesi sağlar.
6. testi çalıştırma
- Üst menüden test tasarım yazılımı izleyin Dosya > Yeni > Test > Test şablonundan. O zaman Özel şablonlar ' ın altında Gerilim testiaçın.
- Yeni Test Çalıştır ' ı seçin ve geçerli bir dosya adı (genellikle boşluk içermeyen kupon adı) girin. Alanları gerektiği gibi değiştirin; Tamam'ı tıklatın.
- Gerilim ölçerler dahil edilir, Kanal sayısı 4 giriş unutmayın.
- Başlangıç noktası genellikle-125 mm'dir. Bu doğru değilse muhtemelen kupon zarar test başlamadan önce başından bu değer taşır çünkü bu önemlidir.
- Yüksek hız Alım hızı ve Arabellek boyutu için varsayılan değerleri 50.000 ve 20.000, sırasıyla vardır. Test ve gerekli zaman çözünürlüğü (veri noktaları arasındaki zaman aralığını) süresi bağlı olarak, bu rakamlar gerekiyorsa değiştirin.
Not: 0,4 süresi için veri kaydetme varsayılan parametreleri yol s. - Rampa hızı seçmek için istediğiniz nominal baş hızı (örneğin, 8000 mm/s), Tamam'ı tıklatın.
- Sonra test çalıştırmak ikonuna tıklayarak başlatılacak anahtar donanım kez kontrol etmek hatırlatan bir dizi istemleri görüntülenir.
- Denetim konsol Modu seçin Yüksek orandageçin. Bu yüksek oran yükleme uygulaması için büyük Vana etkinleştirir. Vana 1 seçili varsayılan (ışığı yanıyor).
- Bilgisayar ekranında bir dizi adımı gösterilir. Adımları izleyin.
- Denetimi konsolunda, bunalıma girmek ve Kol/şarj akümülatör anahtarı tutun. Sistem şimdi hazır olur.
- Yangın testi tamamlamak için tuşuna basın.
- Seçme tarz geri Standart için geçiş ve başlamak dönün (yeşil düğmeye) konsolda başından endcap (125 mm) geri dönmek için tuşuna basın.
- Crosshead denetimine gidin ve geri düşük oranı (kaplumbağa simgesi) geçin.
- Muhafaza açmak ve numune. Bilgisayarda depolanan veri dosyaları bul
C:\Datafiles\High hızı verisi (için yüksek oranda veri) ve C:\Datafiles\Low oranı veri (için oranı düşük veri).
7. kapatma işlemi
- Denetleyici uygulaması yazılım HSM 1 düşük (sarı) ve daha sonra kapalı (kırmızı) açın. Bu manifoldu kapatmak ve pompa kapamak.
- Gerekirse yanında tabi üst menüsünden çalıştırılan testin test tasarım yazılımı kaydetmek Dosya > Kaydet olarak ve test seçin. Test tasarım yazılımı kapatın.
- Denetleyici uygulamayı kapatın. Parametreleri gerekli eğer belgili tanımlık bilgisayar yazılımı, kapatmadan önce kaydedin. Bilgisayarı kapatın.
- Hidrolik Valf (büyük kolu) kapatın ve güç UPS güç düğmesini kullanarak yeniden kontrol konsolu kapatın.
8. veri analizi
- Ham veri işleme yazılım yük çerçeve bilgisayardan vermeniz.
- Ölçüm bölümüne monte ağırlık ölçme esneklik detektörler çıktıları gerçek yükle hesaplamak ve yüksek hızlı DAQ ham yük verilerle karşılaştırın. Yüksek hızlı DAQ veri zil şiddetli ise, hesaplanan yük strain Gauge sonraki kullanın adımlar4.
- Hesaplanan yük, P, dayalı ölçüm kısmındaki, σölçmek, ve numune kesit ölçer bölümünde, birx - bölümstres Hesapla:
- Gerilim ölçer bölümünde aşağıdaki yöntemlerden birini elde edilir:
- Ortalama gerilim ölçer bölümünde:
- Sekme bölüm uzama yükü, sekme hat uzunluğu, numune'nın elastik modül ve kesit alanı bilerek hesaplayın.
Not: Elastik modül bir fonksiyonu gerilme oranı ise, yinelemeli bir yordam (Ayrıntılar başvuru7' açıklanmıştır) gereklidir. - Sekme bölüm uzama ölçer bölüm uzama elde etmek için tüm numune uzama (yani yük çerçeve baş deplasman) üzerinden çıkarma.
- Ortalama gerilim ölçer bölüm uzama ve ilk uzunluk dayalı ölçüm bölümünde hesaplayın.
- Sekme bölüm uzama yükü, sekme hat uzunluğu, numune'nın elastik modül ve kesit alanı bilerek hesaplayın.
- Yerel zorlanma DIC üzerinden:
- (Yani ikiye bölünmüş) numune başaramadığını ölçer bölümünde yerini belirlemek ve zorlanma alanı çevresinde başarısızlık bölümünün yerel bir bölgede sınırlayacak.
- Ölçmek ve zorlanma yerel alanının son işlem yazılımında sunup DIC kullanarak kaydedin.
- Ortalama gerilim ölçer bölümünde:
- Önceki adımlardan elde edilen stres gerginlik eğri çizme.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Dinamik bir testin süresi genellikle stres dalgalar uzunluğu yük treni (yani kulpları, numune ve yükleme), bir gidiş-dönüş seyahat için gereken süreyi karşılaştırılabilir sistem1. Sayı ve dinamik bir test sırasında stres dalgaların genliği denetlenebilir Eğer dinamik bir denge elde edilir ve örnek bir neredeyse sürekli zorlanma oranda homojen bir deformasyon deneyimleri geçerli dinamik bir testtir. Toplum, otomotiv mühendisleri (SAE) taslak SAE numune yaymak en az 10 elastik yansıyan dalgalar için standart8 çağırır J2749 örnek verim noktası önce uzunluğu ölçmek. Yüksek doğal frekans sistemleri genellikle salınımları (yani genellikle yanıt-e doğru giriş bir adım içinde sinyal salınımlarını) alt genlikleri ile zil var. Orta ve yüksek gerilim oranları dinamik bir sınama ana mücadelesine bu zil olgudur. (Yani frekans ve genlik salınan sinyal) zil sesi düzeyini yük çerçevesinden elde edilen ham yük veri kabul edilir olup olmadığını belirler. Şekil 1 , iki farklı testler için yük sinyalleri gösterilmektedir. Her iki test yükü çerçevesinden elde edilen yük karşılaştırılır yükü hesaplanan dayalı örnekler sekmesi bölümünde yüklü ağırlık ölçme esneklik detektörler çıktı. Her ne kadar her iki bu testleri düzgün yapıldı, doğrudan yük çerçeve kuvvet linkten ayıklanan yük veriler şekil 1bgösterilen durum için kullanılamaz. Bu durumda, sekme bölüm gerginlik ölçme gibi bir alternatif yük ölçüm tekniği kullanarak gereklidir; ( şekil 1biriçinde gösterilmiştir) yük çerçeveden ham yük veri zorlanma ile iyi anlaşma ise, yük göstergesi. Bu gibi durumlarda, daha fazla testler sekmesini bölümü gerilim ölçerler yüklemeden gerçekleştirilebilir ve yükü doğrudan yük çerçeve kuvvet linkten okuyabilirsiniz. Zil fenomen daha önce diğer araştırmacılar3,9,10,11tarafından gözlenmiştir. Genlik ve salınım frekansı numune malzeme, geometri ve gerilme oranı gibi parametrelere göre belirlenir ve bu faktörlerin birleşimi ikincil çınlama sonuçlandığında, ham verileri doğrudan kullanılır veya sonra gerekirse, süzme gibi küçük düzeltme teknikleri uygulayarak.
DIC sonuçları dogbone alüminyum numune için tipik bir örneği Şekil 2' de gösterilmiştir. Tüm ölçüm bölümünde zamanla zorlanma alan evrim bu şekilde gösterilir. Örnek alt kavrama tespit edildi ve üst kavrama gerilim uygulanır. Bu test, yüksek hızlı kamera kare hızı 50.000 Hz vardı ve yaklaşık 100 adet fotoğraf test sırasında yakalanan, ama bu şekilde gösterildiği 0.4 ms ayrı görüntülerdir. Örnek belirli bir kesit içinde Tekdüzen zorlanma uygun yükleme ve veri analizi test sırasında gösterir. Nedeniyle dökülmeye Paint'te sonuçlandı ve başarısızlık başarısızlık bölgenin çevresinde, hemen önce kaçınılmaz şiddetli öpüşme, DIC korelasyon son görüntü içinde kaybı oldu.
Şekil 3 DIC yük çerçeve crosshead deplasman verilerden elde stres gerginlik eğrileri göstermektedir. Bu rakam ortalama stres gerginlik tüm ölçüm bölümünde gösterir ve sadece teknikleri ve sonuçları arasında iyi anlaşma geçerliliğini göstermek için sunulmuştur. Ölçüm kısmındaki DIC aracılığıyla yerel öpüşme okurken, sonuçlar tüm ölçüm bölümünün üzerine elde edilen ortalama suşları ile karşılaştırıldığında olamaz. Öpüşme olay sırasında Deformasyon çoğu öpüşme bölge oluşur ve ölçüm bölümün geri kalanında esneme yapmaz ama neredeyse sert bir organ olarak taşır. Bu nedenle, ortalama yük göstergesi bölümünün üzerine hesaplanırken, öpüşme alanında yerel bu streç öpüşme bölge uzunluğa göre uzun bir uzunluğu tüm ölçüm bölümle atanır ve daha düşük bir başarısızlık yük neden olur.
Resim 1 : Yük karşılaştırılması yük çerçeve kuvvet bağlantı elde edilen ve ağırlık ölçme esneklik detektörler hesaplanan. Güç'zil fenomen (A) kabul edilebilir bir durumdur ve durum (B) kabul edilebilir değildir için verileri (noktalı mavi çizgi) bağlama. Paneller (A) ve (B) farklı örnekleri (malzeme, boyut, vb) ve gerilme oranı ile iki testler için deneysel sonuçlar örnekleri gösterir. Her şekilde, yük çerçeve (noktalı mavi) elde edilen ve ağırlık ölçme esneklik detektörler dökümanları (katı kırmızı) hesaplanan yük veri gösterilmiştir. (Yani zil) salınım yük çerçeve verileri panelinde içinde küçük düzeyini gösterir (A) bu test ağırlık ölçme esneklik detektörler araçları, ancak şiddetli zil paneli (B) yapar ağırlık ölçme esneklik detektörler araçları gerekli gösterilen gerektirmez. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2 : Yük alan ölçüm kısmındaki bir alüminyum dogbone örnek test sırasında. Ay içinde zorlanma değerlerdir ve 0.4 ms ayrı görüntülerdir. Ölçüm bölümünde DIC sonuçlarını bir metalik dogbone örnek bu şekilde gösterilir. Beş farklı anlık görüntüleri (dışında alınan 100 adet fotoğraf) zorlanma ve zamanla germe örnek göstermek için sunulmuştur. Tüm görüntüleri efsanesi de her renk için ilişkili zorlanma düzeyini tanımlamak için gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 : Yük çerçeve karşılaştırılması ve DIC ortalama stres gerginlik eğriler tüm ölçüm bölümünün üzerine çıkarılan. Yük çerçeve sonuçlarından (noktalı mavi) belirlenen ve DIC sonuçlarından (katı kırmızı) çıkarılan stres gerginlik eğrileri burada gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Deneyden elde edilen ham veri örnek numune geometri ve gerilim ölçerler konumunda etkilenmiştir. Düşük gerilme oranı dinamik testleri bir piezo-elektrik yükü çamaşır makinesi tarafından alınan yük verilerde dahil yüksek zorlanma hesaplı yük çerçevesine (Bruce ve ark. 3 önerilen > 10/s, Wang ve arksüre için. 9 bu sınırı 100/s olmak bildirilen) genellikle büyük genlik salınımlarını yükleme ile ilişkili dinamik dalgalar nedeniyle muzdarip. Şekil 1bir arada numune malzeme içinde gösterildiği gibi geometri ve gerilme oranı yük çamaşır makinesi sinyal gürültü yüksek düzeyde nedeniyle pratik hale gelebilir. Dolayısıyla, yük okuma alternatif yaklaşımlar gerekir kabul, hangi bir ağırlık ölçme esneklik detektörler üstünde belgili tanımlık etiket yüklemesini numune en yaygın3bölümüdür. Ölçülen yük veri yükle hesaplamak için (yük hesaplama ağırlık ölçme esneklik detektörler yüklendiği) sekmesini bölümü elastik deformasyon rejiminde test sırasında kalır emin olmak önemlidir. Protokolü bölümünde açıklandığı gibi aynı zamanda herhangi bir sınır etkileri (yani nedeniyle Saint-Venant'ın ilke) yokluğu sağlamak için gerilim ölçerler (nerede onlar etkilenen yerel olarak yük tarafından) grip bölümü uzak yüklenmesi için gerekli olan veya ölçer (nerede geometri bir değişiklik stres Tekdüzen akışını rahatsız ediyor) bölümünde, aksi takdirde Sonlu elemanlar analizi için stres konsantrasyon faktör4telafi etmek için gereklidir. Veri Çözümleme adım sırasında filtreleme teknikleri, Hızlı Fourier dönüşümü (FFT) ve ortalama, kaldırmak veya gürültü düzeyini azaltmak için gibi çeşitli istihdam bildirilen12olduğunu. Ancak, bu yaklaşım muhtemelen verimli davranış maskeleme riski çalışır ve bu nedenle önerilmez.
Orta Gerilim oranı mekanik testler genellikle zil, ana mücadelesine sonuçlarını iki ana kaynaklardan gibi: dalga yayılımı ve13zil sistemi. Farklı araştırmacılar bırakmak için fazla üç yuvarlak gezilerinde5,14 (10 yuvarlak gezilerinde polimerler1,8söz konusu olduğunda) ölçüm uzunluğu ile stres dalgaların dinamik ulaşmak için tavsiye denge. Zorlanma fiyatlar 200/s büyük, hangi üç gidiş-dönüş süresi için karşılaştırılabilir 0.1 ms açısından test süresi azalır ve bu nedenle bar (örneğin Hopkinson) servo hidrolik yük çerçeveler üzerinde tercih edilen sistemlerdir. Yük sinyal salınım ikinci kaynağı zil fenomen1,14,15,16,17,18,19 için ilgili , 20 , yük giriş sırasında dürtü atalet etkileri22nedeniyle salınım için test sistemi sonuçlandığında oluşan 21. Hafif kelepçeler istihdam ve güç bağlantı için mümkün olduğunca yakın numune montaj zil etkisi15,23 zorlanma oranları aşağıda 100/s için azaltmak etkili olacaktır. Zil azaltılmasında en baskın kapsamlı edebiyat3,9,10,11,16 ' anlatıldığı gibi ölçme tekniğini geliştirmek için bir faktördür ,nerede piezo-elektrik yükü contalar (kuvvet bağlantılar) zorlanma için uygun olmayan olarak tanınan ediliyor17 oranları 100 s– 1, onların gecikme ve salınım3,15nedeniyle ötesinde. Ortak çözüm burada anlatılan olarak gerilim ölçerler sekmesi bölümünde numune1,3,9,10,11,16 bağlama dahil ,17. Başarısız örnek sonrası test değerlendirilmesi grip bölümleri gözlenen kayma hiçbir belirti ile ölçüm bölümüne numune hatası oluştuğunu emin olmanız gerekir. Gerilme oranı da bu sırasında dinamik test24sabit kaldı emin olmak için değerlendirilmelidir.
Kapalı form çözümleri1,11 veya araştırma modeli yüksek gerilme oranı testlere ara gruplara çeşitli tarafından istihdam10,25,26 Sonlu elemanlar analizi. Bu çalışmalar fizik böyle testler hem de hedef örnek tasarım ve optimizasyon güvenilir sonuçlar elde etmek için olayların anlamanıza yardımcı olmak; Ancak deneysel bir işlem olarak açıkladı burada hala vardır malzeme karakterizasyonu verileri ana kaynağıdır. Tam ölçekli araba kazaları gibi bu tür deneysel soruşturma yeni simülasyonları, elde edilen malzeme özelliklerini birleştiren karmaşık dinamik hata senaryoları, tasarımcı model olabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Yazarlar Dmitrii Klishch, Michel Delannoy, Tyler Musclow, Fraser Kirby, Joshua Ilse ve Alex Naftel büyük yardım kabul. Mali destek tarafından Ulusal Araştırma Konseyi Kanada (NRK) güvenlik malzemeleri teknoloji (SMT) programı aracılığıyla da beğeni topluyor.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Camera Lens | Opto Engineering | Telecentric lens 23-64 | |
| High Speed Camera | SAX Photron Fastcam | ||
| High Speed DAQ | National Instruments | USB-6259 | |
| High Speed Servo-Hydraulic Load Frame | MTS Systems Corporation | Custom Built | |
| Jab Bullet Light with diffuser | AADyn JAB BULLET | 15° diffusers | |
| Strain gauge | Micro-Measurements | Model EA-13-062AQ-350 |
References
- Xiao, X. Dynamic tensile testing of plastic materials. Polymer Testing. 27 (2), 164-178 (2008).
- 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).
- 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).
- Rahmat, M. Dynamic mechanical characterization of aluminum: analysis of strain-rate-dependent behavior. Mechanics Time-Dependent Materials. , (2018).
- Gray, G., Blumenthal, W. R. Split-Hopkinson pressure bar testing of soft materials. 8, ASTM International. Materials Park, OH. 1093-1114 (2000).
- 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).
- 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).
- SAE, High strain rate testing of polymers. SAE International. , 27 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- LeBlanc, M. M., Lassila, D. H. A hybrid Technique for compression testing at intermediate strain rates. Experimental Techniques. 20 (5), 21-24 (1996).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
