Summary
Digital billed korrelation bruges i udmattelses tests på en resonans test maskine til at detektere makroskopiske revner og overvåge revnedannelse i svejsede prøver. Revner på prøveoverfladen bliver synlige som øgede stammer.
Abstract
En procedure ved hjælp af digital billed korrelation (DIC) til påvisning af revner på svejsede prøver under udmattelses tests på resonans test maskiner præsenteres. Det er tænkt som en praktisk og reproducerbar procedure til at identificere makroskopiske revner på et tidligt stadium og overvåge crack formering under træthed tests. Den består af måling af stamme felter ved svejsningen med DIC. Billeder tages ved faste belastnings cyklus intervaller. Revner bliver synlige i den beregnede stamme felt som forhøjede stammer. På denne måde kan hele bredden af en lille enhed overvåges for at opdage, hvor og hvornår en revne indleder. Efterfølgende er det muligt at overvåge udviklingen af revnen længde. Fordi de resulterende billeder er gemt, resultaterne er verificerbare og sammenlignelige. Proceduren er begrænset til revner, der starter ved overfladen og er beregnet til udmattelses tests under laboratorieforhold. Ved at visualisere revnen, den præsenterede procedure tillader direkte observation af makrorevner fra deres dannelse indtil brud af prøven.
Introduction
Svejsninger er særligt tilbøjelige til træthed skader. Deres træthed egenskaber er almindeligt bestemmes på små måleenheder, der kan testes effektivt. Under testene påføres en cyklisk belastning. Til sidst en revne vil indlede og vokse til makroskopisk størrelse. Revnen vil derefter vokse og udbrede gennem prøven. Testen køres normalt, indtil prøven fejler fuldt ud. Resultatet af testen er antallet af belastnings cyklusser, indtil den anvendte belastning er mislykket. Denne sidste fiasko er normalt indlysende. På den anden side, crack indledning er mere kompliceret at bestemme. Det kan dog være af interesse i undersøgelser af parametre, der ikke er ensartede over prøve tykkelsen, eller som påvirker crack initiering specifikt (f. eks. rest belastninger eller post-svejse behandlinger).
Der findes forskellige metoder til påvisning af revner under udmattelses tests. Den enkleste er visuel inspektion, farvestof penetration test, eller anvendelse af stamme målere. Mere sofistikerede metoder omfatter termo grafi, ultralyd, eller hvirvelstrømstestning. Crack formering kan bestemmes ved hjælp af rammende stamme målere, akustisk emission, eller den potentielle dråbe metode.
Den foreslåede procedure bruger digital billed korrelation (DIC) til at visualisere overflade stammer på præparatet. Det giver mulighed for påvisning af dannelsen af makroskopiske revner under udmattelses tests. Desuden kan crack formering overvåges i løbet af testen. For DIC påføres et uregelmæssigt mønster på prøveoverfladen og overvåges af kameraer. Fra fordrejningen af mønsteret under lastning beregnes overflade stammer. Revner vil fremstå som forhøjede stammer overstiger en defineret tærskelværdi (> 1%) og derfor blive synlige.
Med Advance af Computational Technologies, DIC bliver mere og mere populære til industriel og forskning applikationer. Flere kommercielle måle software systemer samt open source-software er tilgængelige1. Den foreslåede procedure giver en anden anvendelse af en teknologi, der allerede findes i et stigende antal forskningsfaciliteter inden for mekanisk og Civilingeniør virksomhed.
Sammenlignet med visuelle inspektioner eller test af farvestof penetration er den foreslåede procedure ikke baseret på subjektiv perception, som afhænger af en operatørs erfaring og den lokale geometri ved svejse tåen. Selv med høj forstørrelse kan det være udfordrende at detektere revner på et tidligt tidspunkt (dvs. knæk initiering), især hvis den nøjagtige placering ikke er kendt på forhånd. Desuden, ved hjælp af DIC resultaterne gemmes og derfor reproducerbare og sammenlignelige, hvorimod visuel inspektion er mulig kun momentant.
Ved hjælp af en fuld felt måling giver proceduren mulighed for at overvåge hele prøvens bredde eller svejse længden. Ved hjælp af stamme målere, ville det være nødvendigt at anvende flere målere over prøven bredde, fordi deres måling er lokaliseret. Ændringerne i stammen gauge signal ville afhænge af afstanden og positionen i forhold til revnen. Resultatet ville afhænge af, om revnen ville indlede mellem to målere eller tilfældigt foran en.
En anden fordel ved DIC er, at det er visuelt, og det giver et beskrivende billede af revnen. Ved hjælp af stamme målere til crack detektion eller akustisk emission for crack vækst, er crack længde i sig selv ikke overvåget, men det er bestemt af ændringer i den målte stamme eller akustiske signaler hhv. For eksempel i Shrama et al.2 dic tilladt for forståelsen og fortolkningen af akustiske emissions signaler. Andre indflydelsesfaktorer eller forstyrrende signaler kan påvirke det målte signal, hvilket fører til usikkerhed og kræver omhyggelig fortolkning af resultaterne.
Forskellige anvendelser af DIC til at overvåge revner i træthed tests er blevet rapporteret. I mange tilfælde bruges dic til at vurdere stamme feltet ved knæk spidsen3,4,5 og fastlægge stress intensitets faktorerne6,7,8 eller detektere træthed skader på en mikroskopisk skala9,10. I disse tilfælde, mikroskopiske billeder bruges til at undersøge områder af interesse i intervallet af et par millimeter. De testede prøver består af bearbejdet basismateriale med dimensioner i millimeter området. Større måleområder blev indspillet af Tavares et al.11 for at bestemme stress intensitets faktorer, af shrama et al.2 for at studere akustiske emissions signaler, og af hasheminejad et al.12 for at undersøge revner i asfalt beton. Poncelet et al.13 anvendt dic til at detektere knæk initiering baseret på den relative stamme tilvækst over et bestemt antal belastnings cyklusser. Testene blev udført på enheder med en bearbejdet overflade. Svejsede14,15 eller lodsede prøver16 blev undersøgt ved hjælp af DIC til at registrere udviklingen af stammer under træthed tests. Enhederne blev observeret fra siden, viser udviklingen af revnen i dybden retning, på kanten af prøven.
Alle de førnævnte eksperimenter blev udført på servo-hydrauliske test maskiner med belastnings frekvenser på et par Hertz (< 15 Hz). Normalt blev testene afbrudt for at optage billederne til DIC. Vanlanduit et al.17 tog billeder under den kørende test og anvendte algoritmer for at kompensere for de forskellige test-og billed optagelses frekvenser. Lorenzino et al.18 udførte tests på en resonans test maskine og erobrede dic billeder med mikroskopiske kameraer. Kovárík et al.19,20 udførte tests på en resonans test maskine med en frekvens på 100 Hz uden afbrydelser, ved hjælp af en procedure meget lig den, der præsenteres her. Testene blev udført på flade, overtrukne prøver under bøjningsbelastninger. Et enkelt kamera og en udløst blitz blev brugt til at fange billeder af et område på ~ 20 x 15 mm. forskellige crack vurderinger baseret på stammen felt og på forskydning felt blev anvendt.
Den procedure, der præsenteres i dette dokument, anvendes på svejsede prøver, der præsenterer et hak, og dermed en stress koncentration. Et 3D DIC-system med to kameraer er ansat, hvilket gør det muligt at konto for ud af plane forskydninger af prøven. Kameraerne udløses, mens belysningen er konstant. Crack detektion er baseret på stamme feltet målt på et areal på 55 x 40 mm.
Proceduren giver en robust og sammenlignelig måde at opdage revner i træthed tests. Endvidere, det giver en rekord af crack formering. Det gælder for resonans test maskiner med høje belastnings frekvenser. Testene behøver ikke at blive afbrudt for målinger, og ingen operatør skal være til stede under testen. Proceduren kan derfor anvendes effektivt på et stort antal tests for at hente oplysninger om crack indledning og formering.
Protocol
1. klargøring af præparatet
Forsigtig: brug af svejse-eller bearbejdningsudstyr er potentielt farligt. Arbejdet skal udføres af kvalificeret personale og i henhold til producentens anvisninger.
- Forbered prøver med den ønskede svejse geometri (f. eks. Butt Weld, langsgående stime, filet svejsning). Hvis hele prøve bredden skal måles, kan Prøvestørrelsen være begrænset af det område, der er afbilledet af det anvendte kamerasystem. I de her viste prøver blev der anvendt prøver, som indeholdt en K-Butt-svejsning med flere lag mellem to plader med forskellige tykkelser (figur 1). Enhederne var lavet af strukturel stål S355 ved hjælp af metal aktiv gas svejsning. Yderligere oplysninger om præparat præparatet findes i Friedrich og Ehlers21.
- Hvis det er nødvendigt, afbøde konkurrerende crack steder ved slibning. Disse kan være svejse tåen på den modsatte side af pladen eller den anden ende af en stime. Her skal overfladen være jorden indtil glat og fri for skarpe hak for at undgå revner.
- Rengør prøveoverfladen i området omkring svejsningen ved hjælp af en renseklud og et rengøringsmiddel til affasning. Fjern forsigtigt alt løst materiale fra svejse overfladen og svejse tåen med en messing wire børste. Overfladen skal være olie og fedtfrit.
- Anvende speckle mønster for DIC ved hjælp af vekslende anvendelser af sort og hvid spraymaling. Du må ikke pege Sprayen direkte på overfladen, men lad spray tågen slå sig ned på prøven. Der er ikke behov for et kontinuerligt lag. Spektrens størrelse skal være så fin som muligt, i størrelsesordenen 0,1 mm (Se figur 2).
Bemærk: matte maling er at foretrække for at reducere refleksioner.
2. test opsætning
Forsigtig: brugen af mekanisk eller servo-hydraulisk testudstyr er potentielt farligt. Betjen med forsigtighed og følg producentens anvisninger.
- Placer de DIC kameraer til at fange det område af interesse på prøven placeret i test maskinen. Den nøjagtige opsætning vil afhænge af de ansatte udstyr. I de her viste tests blev kameraerne monteret på et stilladset, der nåede over den prøve, der var anbragt vandret i prøvnings maskinen (figur 3).
- Juster omhyggeligt fokus for kameraets mål for at sikre, at det målte område er i fokus. På de ansatte kameraer dette gøres ved at skrue målene i eller ud for at ændre afstanden mellem linser og sensoren af kameraet.
- Juster placeringen af lysene for at maksimere belysningen (her, 4 16 Watt LED lys blev brugt; dette tillod en ensartet belysning af måleområdet, men andre konfigurationer er også mulige). Brugen af polariserings filtre korrekt installeret på lysene og mål anbefales at reducere refleksioner på den metalliske overflade.
- Vælg en passende eksponeringstid. Det vil afhænge af testfrekvensen og bør være en lille nok fraktion (~ 1/35) af varigheden af en belastnings cyklus. I testen præsenteret her, var eksponeringstid 0,8 MS for en test frekvens på 34 Hz.
- Kalibrere DIC-systemet. Proceduren vil afhænge af det anvendte system og bør beskrives i den specifikke brugermanual.
- Tag nogle billeder med den valgte eksponeringstid. Beregne stammer ved hjælp af apramm DIC software. Kontroller, at billedkvaliteten er god nok til at beregne eventuelle stammer, at scatter i resultaterne ikke er overdreven (i de ubelastet tilstand stammer det bør være tæt på nul), og at resultaterne dækker hele regionen af interesse. Hvis billederne er for mørke, kan du justere belysningen. Det kan være nødvendigt at åbne blænden på målene, selv om dette vil reducere dybden af fokus. En lysere speckle mønster kan hjælpe så godt.
- Tilslut kraft signaludgangen fra test maskinen for at udløse kameraerne. Et kommercielt DIC-system, herunder hardware og software, der gør det muligt at indstille udløseren med bestemte intervaller af belastnings cyklusser, blev brugt. Til dette formål tælles belastnings cyklusserne med det stigende kraft signal, der krydser en bestemt værdi. Når det angivne antal belastnings cyklusser er nået, udløses kameraerne, og optællingen starter forfra. En eksemplarisk triggerlist leveres som en supplerende fil.
- Udfør en testkørsel for at bestemme forsinkelsen mellem udløser signalet og kameraets eksponering. Indstil udløseren før toppen af belastnings signalet for at kompensere for forsinkelsen. Hvis du bruger triggerlist (Se trin 2,7), skal du justere parameterværdien til det påkrævede belastnings signal i spænding. I de viste tests, blev kameraerne udløst ved 91% og 96% af den maksimale kraft, hhv. Disse værdier gives kun som et eksempel og er ikke altid egnede.
Bemærk: det er ikke nødvendigt at tage billederne nøjagtigt ved belastnings toppen. Revner bør blive synlige alligevel. - Indstil udløseren til et interval af belastnings cyklusser, så det samlede antal billeder over den forventede test varighed er i størrelsesordenen 100 − 200 (f. eks. hver 10.000 cyklusser for en test med 106 belastnings cyklusser). I triggerlist (Se trin 2,7) justere værdien af sløjfer til det ønskede antal belastnings cyklusser.
3. Udmattelsesprøvning
Forsigtig: brugen af mekanisk eller servo-hydraulisk testudstyr er potentielt farligt. Betjen med forsigtighed og følg producentens anvisninger.
- Installer prøven i test maskinen.
- Hvis det er nødvendigt, tage DIC billeder før lastning. Dette er ikke nødvendigt for crack detektion, men det gør det muligt at bruge DIC til at måle overfladen stamme under lastning.
- Anvend den første belastnings cyklus statisk. Stop ved maksimal belastning og tage nogle billeder til DIC. Et billede bør være tilstrækkeligt, men fordi kvaliteten af DIC resultater ikke altid er optimal, kan det være nyttigt at have et par flere billeder at vælge imellem til analyse. For disse billeder kan en længere eksponeringstid bruges efter behov.
Bemærk: denne statiske belastnings cyklus kan udelades, men de billeder, der erhverves statisk, er formentlig af bedre kvalitet end dem, der erhverves under den dynamiske test, hvilket forbedrer DIC-resultaterne. - Indstil belastnings intervallet, og start den cykliske test. Du kan også vælge at få strand mærker ved at medtage intervaller, hvor den øvre belastning vedligeholdes, men belastnings intervallet reduceres. For eksemplerne vist her, den ene halvdel af belastnings intervallet blev anvendt i 15.000 cyklusser for hver 40.000 regelmæssige cyklusser. Strand mærker er ikke nødvendige for den præsenterede procedure, men giver mulighed for at validere de fundne knæk længder.
- Angiv den statiske og dynamiske belastning, og Kør testen, indtil prøven svigter. I de præsenterede tests blev der anvendt en statisk belastning på 0 kN og en dynamisk amplitude på 22,5 kN. Hhv. 50 kN statisk og 50 kN dynamisk belastning blev anvendt på den stress-afløste prøve.
4. efter behandling
- Evaluer DIC og Beregn stammen i prøvens aksiale (loading) retning ved hjælp af apramm software. Kommerciel software (Se tabel over materialer), der omfatter automatiseret beregning af stammer var ansat. Oplysninger om beregning af stammer kan findes i Grédiac og Hild22 og en oversigt over nuværende kommercielle og open source dic software er givet i belloni et al.1. Brug billedet fra den første statiske belastnings cyklus, der er erhvervet i trin 3,3 som referencebillede. Her blev en facet størrelse på 19 x 19 pixels (~ 0,32 x 0,32 mm) og en facet afstand på 15 x 15 pixels anvendt til DIC-vurderingen.
- Lav en plot af den beregnede stamme og sæt legenden om plottet til relativt høje værdier (0,5% til 1,0%) for at undertrykke eventuel støj. Afhængigt af den anvendte software, vil disse parceller være tilgængelige i afsnittet resultater efter forskydninger og stammer er blevet beregnet (4,1).
- Kør gennem den billedsekvens, som er erhvervet i løbet af testens varighed. En danner knæk vil blive synlige i form af forhøjede stammer. En makroskopisk revne kan forekomme, når stammer overstiger 1%.
- For at sammenligne forskellige testresultater, kan det være af interesse at afgøre, hvornår revnen når en bestemt længde. Crack længder på ~ 2 mm blev betragtet som tekniske eller makroskopiske revner.
Representative Results
For at detektere revner og overvåge revnedannelse blev stammen i indlæsnings retningen af prøven plottet. Revner blev synlige i form af forhøjede stammer (> 1%).
Resultaterne fra to Trætheds tests er præsenteret. Testene blev udført ved forskellige belastninger og belastningsforhold. Resultaterne er ikke beregnet til direkte sammenligning mellem de to tests, men repræsenterer typiske resultater af disse tests og demonstrere mulighederne i den præsenterede procedure.
Udviklingen af en revne i en prøve i som-svejsede forhold er vist i figur 4. Prøven indeholdt rest belastninger forårsaget af Krympningen af svejsningen under afkøling. De blev målt ved røntgen diffraktion og hulboring og beregnet ved hjælp af svejse simuleringer21. På grund af træk residualspændinger i midten af prøven, indleder revnen på midterlinjen. Først, stammen begyndte at stige på placeringen af den dannede knæk. En teknisk revne blev antaget, når stammer oversteg 1% over en længde på 2 mm (N = 755.000). Revnen derefter formeret symmetrisk til begge sider. Den detekterede revne længde blev sammenlignet med strand mærker genereret under testen og viste god aftale. Videoen af DIC resultater viser, hvordan crack formering bremset under dannelsen af stranden mærker.
Udviklingen af en revne på en afstressfri prøve er vist i figur 5. Crack initiering var ikke påvirket af rest belastninger. Flere revner dannet på forskellige steder langs svejsningen. En revne af 2 mm blev detekteret efter 574.000 cyklusser. Den enkelte revner derefter voksede og i sidste ende forenet. Den detekterede revne længde blev sammenlignet med strand mærkerne igen.
Den generation af strand mærker giver en god mulighed for at validere crack længder detekteret ved hjælp af DIC teknik. Desuden giver det mulighed for at korrelere dybden af revnen med længden målt på prøveoverfladen. På et tidligt tidspunkt af revnen, tæt på overfladen, kan det være udfordrende at få strand mærker, der er klart synlige. Her viste resultaterne fordelen ved DIC-tilgangen.
Som præsenteret i figur 4 og figur 5 er resultatet af proceduren en serie af billeder (eller en video), der viser udviklingen af revner ved svejsningen. Fra disse billeder, er det muligt at bestemme oprindelsen og antallet af revner. Desuden kan de bruges til at bestemme, hvornår en revne har nået en bestemt længde. Revner 2 mm i længden blev betragtet som makroskopiske eller tekniske. Denne revne længde kunne pålideligt hentes fra billederne og i denne undersøgelse blev brugt til at sammenligne resultatet af en række tests. Desuden, fra et teknisk synspunkt, denne revne længde ville kunne påvises i drift ved hjælp af tilgængelige inspektionsteknikker. Ved at måle revnen længde fra de resulterende billeder og korrelation det til antallet af belastnings cyklusser, er det også muligt at afbilde en revne vækstkurve eller bestemme crack vækstrater. Disse kan være af interesse i fraktur mekaniske beregninger af crack formering.
Figur 1: multilags K-Butt-svejseprøver, der anvendes til udmattelses prøverne. Dimensioner i millimeter. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: speckle mønster for digital billed korrelation ved svejsningen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: test setup med dic-kameraer og lamper understøttet af en stilladset struktur installeret over prøven. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: procent stamme i laste retningen (lodret) viser udviklingen af en revne og sammenligning med strand mærker på en prøve i som-svejsede forhold. N = antal belastnings cyklusser. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: procent stamme i laste retningen (lodret) viser udviklingen af revner og sammenligning med strand mærker på en stress-lettet prøve. N = antal belastnings cyklusser. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: procent stamme i belastnings retningen ved maksimal belastning på den første statiske belastnings cyklus (N = 1) og i begyndelsen af udmattelses testen ved forskellige antal belastnings cyklusser. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Supplerende fil 1: udløser liste. Klik venligst her for at se denne fil (Højreklik for at downloade).
Discussion
Den præsenterede procedure består af at bruge DIC til at detektere og overvåge træthed revner på svejsede prøver testet på en resonans test maskine uden at afbryde testen. Den største udfordring i ansøgningen er den høje belastnings frekvens af resonans test maskine. Det kræver relativt korte eksponeringstider og dermed høj belysning til erhvervelse af billeder til DIC tests. Derfor skal belysningen maksimeres. På den anden side kan refleksioner på den metalliske overflade kræve brug af polariserings filtre, hvilket vil reducere mængden af lys, der kommer ind i kameraerne. For at gøre bedre brug af det lys, der er til rådighed, kan åbningen af målene udvides. Dette vil reducere dybden af fokus. Det er derfor nødvendigt at sætte fokus nøjagtigt i afstanden mellem prøveoverfladen og prøvestoffets ikke-plane bevægelse må ikke overskride det fokuserede område. Opsætningen af kameraer og belysning kræver særlig omhu.
Ikke desto mindre kan de stammer, der beregnes af DIC, ikke være meget nøjagtige (figur 6). De beregnede stammer kan vise høj støj. På nogle af de facetter, der anvendes til DIC, kan speckle mønsteret ikke genkendes og stammer vil ikke blive beregnet. Men den foreslåede procedure har vist sig robust med hensyn til kvaliteten af DIC resultater. Selv om resultaterne ikke er gode nok til at bestemme de belastninger ved svejsningen præcist, bør det stadig være muligt at detektere revner.
Butt svejsningen præsenteret her har en forholdsvis glat svejstå sammenlignet med andre svejse geometrier. Revner er tilbøjelige til at indlede på ufuldkommenheder langs svejsningen tå med en skarp hak og dermed høj stress koncentration. Desværre, det kan ikke være muligt at evaluere stammer fra DIC på disse nøjagtige steder, fordi de facetter, der anvendes til beregning kan ikke genkendes. For eksempel viser figur 5 en revne, der starter i venstre side af prøven, manglende facetter ved + 25 mm vandret/-5 mm lodret. Men som vist i eksemplet, selv om nogle facetter ikke evalueres, er det stadig muligt at afgøre, hvornår revnen indleder og begynder at vokse. Til svejsninger med en stejlere vinkel og skarpere hak (f. eks. langsgående stivhed, filet svejsning) kan det hjælpe at vippe kameraerne ~ 15 ° for at øge vinklen til svejse overfladen. Den foreslåede procedure blev også anvendt på langsgående stivere. På trods af den relativt skarpe hak ved svejse tåen var det muligt pålideligt at detektere knæk initiering.
Makroskopiske revner antages, når stammer på 1% eller mere er nået. I en undersøgelse af Kovárík et al.20blev dic anvendt til at detektere revner på termiske spray belagte, ikke-indhakksede prøver. Det blev anført, at tærskelværdien for registrering af crack kunne fastsættes i intervallet 0,5% og 1% uden at påvirke resultaterne væsentligt. Disse værdier bekræftes af sammenligningen med strand mærkerne (figur 4 og figur 5). En lavere værdi vil føre til en tidligere crack afsløring, men kan være mere tilbøjelige til usikkerhed og producere mindre sammenlignelige resultater. En højere værdi vil føre til en senere anerkendelse af crack initiering, men resultaterne vil sandsynligvis være mere sammenlignelige og reproducerbare.
Hvis du anvender den første belastnings cyklus statisk (trin 3,3), kan det medføre tidsforbrug, når der udføres mange tests. Hvis der ikke opstår plastik stammer ved svejse tåen (hak), kan det også udelades, og den ubelastede tilstand (trin 3,2) anvendes som reference for stamme beregninger. Ellers kan et af de billeder, der er erhvervet ved begyndelsen af den dynamiske test, anvendes, hvis billedkvaliteten er tilstrækkelig (Se figur 6).
Hvis kun nogle få prøver testes, bør opstillingstiden ikke undervurderes. Det kan kræve lidt tid og iterativ sløjfer at installere og opsætte kameraerne nøjagtigt og udføre kalibreringen for at få ordentlige billeder til dic-vurderingen.
Præparat forberedelse, på den anden side, er hurtig og billig. Prøver behøver kun rengøres og sprøjtes med farve for at anvende speckle patter. Dette kommer med små omkostninger og gør den foreslåede DIC-baserede procedure praktisk, især hvis et stort antal prøver vil blive afprøvet.
En yderligere fordel, især for store sæt af prøver eller tests, der kører natten over, er, at kameraerne udløses automatisk, og testene behøver ikke at blive afbrudt.
En begrænsning af DIC procedure er, at som en optisk metode er det begrænset til overflade revner. Desuden kræver det, at det område, der skal overvåges, kan ses af kameraerne, mens prøven er monteret i test maskinen.
Den præsenterede procedure blev hovedsagelig anvendt til at påvise starten af tekniske revner. Men som påvist, det giver også mulighed for vurdering af crack vækst (f. eks, at bestemme crack formering satser). Resultatet vil være længden synlig på overfladen. Knæk forreste krumning kan ikke detekteres, dog.
Proceduren viste, at den var anvendelig på svejsede prøver med en forholdsvis kompliceret overflade topologi. Det bør også gælde for ikke-svejsede prøver, da fraværet af geometriske hak bør lette de DIC-målinger. En lignende procedure er blevet anvendt i Kovárík et al.20 på ikke-indhakkerede prøver.
Desuden kunne proceduren også anvendes til udmattelses tests på servo-hydrauliske prøvnings maskiner. Her, testfrekvensen ville være lavere end på en resonans test maskine. Eksponeringstid for kameraerne kunne således være længere, hvilket skulle lette kameraets opsætning.
Afslutningsvis, den præsenterede procedure giver en enkel måde at studere udviklingen af revner i træthed tests. Det giver mulighed for påvisning af tekniske revner og overvågning af crack formering (f. eks, at bestemme crack formering satser i træthed tests). Den illustrerende karakter af resultaterne letter deres fortolkning og vurdering. Teknikken gælder for resonans test maskiner med høje belastnings frekvenser uden at afbryde testene. Målingerne er fuldt automatiserede, så der er ikke behov for kontinuerlig overvågning. Det gælder for svejsede prøver, der præsenterer en relativt kompliceret geometri i regionen af interesse. På små enheder, det giver mulighed for dækning af hele bredden af prøven. Desuden er proceduren karakteriseret ved en simpel opsætning og grundlæggende efter behandling, hvilket gør det til et praktisk alternativ til eksisterende metoder.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Finansieret af Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, den tyske forskningsfond) EH 485/4-1.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ARAMIS 5M | gom | DIC system including two 5 megapixel cameras and control unit | |
| ARAMIS | gom | v6.3.1-2 | DIC software |
| Calibration object | gom | CP 20 | MV 30 x 24 mm2 |
| Camera objectives, 50 mm | Titanar 2.8 / 50 | ||
| Hydraulic Wedge Grip | MTS | 647.25A02 | |
| Hydraulic Grip Supply | MTS | 685.10 | 10,000 Psi |
| LED lights | Diana LEDscale | KSP0495-0001A | 4 x 16 W LED lights |
| Polarization filters | Schneider-Kreuznach | 52,0 AUF (2 x for cameras) | |
| Polarization filters | Schneider-Kreuznach | 67,0 AUF (4 x for lights) | |
| Resonance testing machine | Schenck | 200 kN resonance testing machine | |
| Resonance testing machine control unit | Rumul | v 2.5.3 | Resonance testing machine control unit and software |
| Spray paint | Black and white spray paint, matt |
References
- Belloni, V., et al. Digital image correlation from commercial to FOS software: a mature technique for full-field displacement measurements. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. XLII-2, 91-95 (2018).
- Shrama, K., Clarke, A., Pullin, R., Evans, S. L. Detection of cracking in mild steel fatigue specimens using acoustic emission and digital image correlation. 31st Conference of the European Working Group on Acoustic Emission. , Dresden, Germany. (2014).
- Carroll, J. D., Abuzaid, W., Lambros, J., Sehitoglu, H. High resolution digital image correlation measurements of strain accumulation in fatigue crack growth. International Journal of Fatigue. 57, 140-150 (2013).
- Malitckii, E., Remes, H., Lehto, P., Bossuyt, S. Full-field strain measurements for microstructurally small fatigue crack propagation using digital image correlation method. Journal of Visualized Experiments. (143), e59134 (2019).
- Rabbolini, S., Beretta, S., Foletti, S., Cristea, M. E. Crack closure effects during low cycle fatigue propagation in line pipe steel: An analysis with digital image correlation. Engineering Fracture Mechanics. 148, 441-456 (2015).
- Carroll, J. D., et al. Multiscale analysis of fatigue crack growth using digital image correlation. Proceedings of the XIth International Congress and Exposition on Experimental and Applied Mechanics. , Orlando, FL. (2008).
- Durif, E., Fregonese, M., Rethore, J., Combescure, A. Development of a digital image correlation controlled fatigue crack propagation experiment. EPJ Web of Conferences. 6, 31012 (2010).
- Maletta, C., Bruno, L., Corigliano, P., Crupi, V., Guglielmino, E. Crack-tip thermal and mechanical hysteresis in Shape Memory Alloys under fatigue loading. Materials Science & Engineering A. 616, 281-287 (2014).
- Rupil, J., Roux, S., Hild, F., Vincent, L. Fatigue microcrack detection with digital image correlation. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 46 (6), 492-509 (2011).
- Risbet, M., Feissel, P., Roland, T., Brancherie, D., Roelandt, J. M. Digital image correlation technique: application to early fatigue damage detection in stainless steel. Procedia Engineering. 2, 2219-2227 (2010).
- Tavares, P. J., Ramos, T., Braga, D., Vaz, M. A. P., Moreira, P. M. G. P. SIF determination with digital image correlation. International Journal of Structural Integrity. 6 (6), 668-676 (2015).
- Hasheminejad, N., et al. Digital image correlation to investigate crack propagation and healing of asphalt concrete. Proceedings of the 18th International Conference on Experimental Mechanics. , Brussels, Belgium. (2018).
- Poncelet, M., et al. Biaxial high cycle fatigue of a type 304L stainless steel: cyclic strains and crack initiation detection by digital image correlation. European Journal of Mechanics / A Solids. 29 (5), 810-825 (2010).
- Corigliano, P., et al. Fatigue assessment of Ti-6Al-4V titanium alloy laser welded joints in absence of filler material by means of full-field techniques. Frattura ed Integrità Strutturale. 43, 171-181 (2018).
- Corigliano, P., Crupi, V., Guglielmino, E., Sili, A. M. Full-field analysis of AL/FE explosive welded joints for shipbuilding applications. Marine Structures. 57, 207-218 (2018).
- Koster, M., Kenel, C., Lee, W., Leinenbach, C. Digital image correlation for the characterization of fatigue damage evolution in brazed steel joints. Procedia Materials Science. 3, 1117-1122 (2014).
- Vanlanduit, S., Vanherzeele, J., Longo, R., Guillaume, P. A digital image correlation method for fatigue test experiments. Optics and Lasers in Engineering. 47, 371-378 (2009).
- Lorenzino, P., Beretta, G., Navarro, A. Application of Digital Image Correlation (DIC) in resonance machines for measuring fatigue crack growth. Frattura ed Integrità Strutturale. 30, 369-374 (2014).
- Kovárík, O., et al. Resonance bending fatigue testing with simultaneous damping measurement and its application on layered coatings. International Journal of Fatigue. 82, 300-309 (2016).
- Kovárík, O., et al. Fatigue crack growth in bodies with thermally sprayed coating. Journal of Thermal Spray Technology. 25 (1-2), 311-320 (2016).
- Friedrich, N., Ehlers, S. A simplified welding simulation approach used to design a fatigue test specimen containing residual stresses. Ship Technology Research. 66 (1), 22-37 (2019).
- Full-field measurements and identification in solid mechanics. Grédiac, M., Hild, F. , ISTE and Wiley. London, UK; Hoboken, NJ. (2013).
