Summary
Digital bilde korrelasjon brukes i tretthet tester på en resonans testing maskin for å oppdage makroskopisk sprekker og overvåke sprekk forplantning i sveisede eksemplarer. Sprekker på prøve flaten blir synlig som økte stammer.
Abstract
En prosedyre ved hjelp av digital bilde korrelasjon (DIC) å oppdage sprekker på sveiset prøver under tretthet tester på resonans testing maskiner presenteres. Det er ment som en praktisk og reproduserbar prosedyre for å identifisere makroskopisk sprekker på et tidlig stadium og overvåke sprekk forplantning under tretthet tester. Den består av belastningen felt målinger på sveis ved hjelp av DIC. Bilder tas ved faste belastnings syklus intervaller. Sprekker blir synlige i den beregnede belastningen feltet som forhøyede stammer. På denne måten kan hele bredden av en liten skala prøve overvåkes for å oppdage hvor og når en sprekk initierer. Deretter er det mulig å overvåke utviklingen av crack lengde. Fordi de resulterende bildene lagres, kan resultatene være kontrollerbar og sammenlignbare. Prosedyren er begrenset til sprekker initiere på overflaten og er beregnet for tretthet tester under laboratorieforhold. Ved å visualisere det sprekk, den presenterte prosedyren tillater direkte observasjon av macrocracks fra dannelsen til brudd på prøven.
Introduction
Sveiser er spesielt utsatt for tretthet skader. Deres fatigue eiendom er vanligvis bestemt opp på liten-skalaen prøver det kan effektivt testet. Under testene brukes en syklisk belastning. Omsider en sprekk vil initiere og vokse til makroskopisk størrelse. Det sprekk ville så avle og spre igjennom prøven. Testen kjøres vanligvis til prøven svikter i sin helhet. Resultatet av testen er antall Last sykluser til feil for den brukte lasten. Denne siste feilen er vanligvis åpenbar. På den andre side, sprekk innvielsen er flere innviklet å avgjøre. Imidlertid kan det være av interesse for undersøkelser på parametre som ikke er ensartet over prøven tykkelse eller som påvirker den sprekk initiering spesielt (for eksempel, rester påkjenninger eller etter sveis behandlinger).
Det finnes ulike metoder for påvisning av sprekker under tretthet tester. Det enkleste er visuell inspeksjon, fargestoff penetrasjon testing, eller anvendelsen av strekk målere. Mer sofistikerte metoder inkluderer termografi, ultralyd, eller Eddy nåværende testing. Crack forplantning kan bestemmes ved hjelp treffende strekk målere, akustisk utslipp, eller den potensielle drop metoden.
Den foreslåtte prosedyren bruker digital bilde korrelasjon (DIC) for å visualisere overflaten stammer på prøven. Den gjør det mulig påvisning av dannelsen av makroskopisk sprekker under tretthet tester. Videre kan sprekk forplantning overvåkes over varigheten av testen. For DIC brukes et uregelmessig mønster på prøveoverflaten og overvåkes av kameraer. Fra forvrengningen av mønsteret under lasting, er overflaten stammer beregnet. Sprekker vises som forhøyede belastninger overskrider en definert terskelverdi (> 1%) og dermed bli synlig.
Med forkant av beregningsorientert teknologi, DIC blir mer og mer populært for industrielle og forskningsprogrammer. Flere kommersielle måling programvaresystemer samt åpen kildekode-programvare er tilgjengelig1. Den foreslåtte prosedyren tilbyr en annen bruk av en teknologi som allerede er tilgjengelig i et økende antall forskningsanlegg i mekanisk og sivilingeniør kunst.
Sammenlignet med visuelle inspeksjoner eller fargestoff penetrasjon testing, er den foreslåtte prosedyren ikke basert på subjektive persepsjon, som avhenger av en operatør erfaring og den lokale geometri på sveisen tå. Selv med høy forstørrelse kan det være utfordrende å oppdage sprekker på et tidlig stadium (dvs. sprekk initiering), spesielt hvis den nøyaktige plasseringen er ikke kjent på forhånd. Videre bruker DIC resultatene lagres og derfor reproduserbar og sammenlignbare, mens visuell inspeksjon er bare mulig øyeblikk.
Prosedyren gjør det mulig å overvåke hele bredden av prøven eller lengden på sveisen ved å bruke en full felts måling. Ved hjelp av strekk målere, ville det være nødvendig å bruke flere målere over prøven bredde, fordi deres måling er lokalisert. Endringene i belastningen gauge signalet vil avhenge av avstand og posisjon i forhold til sprekken. Resultatet vil avhenge av om sprekken ville starte i mellom to målere eller ved en tilfeldighet foran en.
En annen fordel med DIC er at det er visuelt, og det gir et beskrivende bilde av sprekken. Ved hjelp av strekk målere for sprekk deteksjon eller akustiske utslipp for sprekkvekst, er sprekk lengden i seg selv ikke overvåkes, men det bestemmes av endringer i den målte belastningen eller akustiske signaler hhv. For eksempel i Shrama et al.2 dic tillatt for forståelsen og tolkningen av akustiske utslipps signaler. Andre påvirke faktorer eller forstyrrende signaler kan påvirke det målte signalet, noe som fører til usikkerhet og krever nøye tolkning av resultatene.
Ulike anvendelser av DIC å overvåke sprekker i tretthet tester har blitt rapportert. I mange tilfeller dic brukes til å vurdere belastningen feltet på sprekk spissen3,4,5 og bestemme stress intensitet faktorer6,7,8 eller oppdage tretthet skader på en mikroskopisk skala9,10. I disse tilfellene brukes mikroskopiske bilder til å undersøke interesseområder i området noen få millimeter. De testede prøvene består av bearbeidet grunnmateriale med dimensjoner i millimeter området. Større måle områder ble tatt opp av Tavares et al.11 for å bestemme stress intensive faktorer, av Shrama et al.2 for å studere akustiske utslipps signaler, og ved Hasheminejad et al.12 for å undersøke sprekker i asfalt betong. Poncelet et al.13 søkt dic å oppdage sprekk initiering basert på den relative belastningen økning over et visst antall Last sykluser. Testene ble utført på prøver med en bearbeidet overflate. Sveiset14,15 eller påloddet eksemplarer16 ble studert ved hjelp av dic å registrere utviklingen av belastninger under tretthet tester. Prøvene ble observert fra siden, som viser utviklingen av sprekken i dybden retning, på kanten av prøven.
Alle de nevnte eksperimentene ble utført på servo-hydraulisk testing maskiner med Last frekvenser av noen få hertz (< 15 Hz). Vanligvis testene ble avbrutt for å spille inn bilder for DIC. Vanlanduit et al.17 tok bilder under kjøringen test og anvendt algoritmer for å kompensere for de ulike testing og bildeopptak frekvenser. Lorenzino et al.18 utførte tester på en resonans testing maskin og tatt dic bilder med mikroskopiske kameraer. Kovárík et al.19,20 utførte tester på en resonans testing maskin med en frekvens på 100 Hz uten avbrudd, ved hjelp av en prosedyre svært lik den som presenteres her. Testene ble utført på flate, belagte prøver under bøying belastninger. Et enkelt kamera og en utløst blits ble brukt til å ta bilder av et område på ~ 20 x 15 mm. forskjellige sprekk vurderinger basert på belastnings feltet og på Forskyvningsfeltet ble brukt.
Prosedyren som presenteres i denne utredningen er brukt på sveiset prøver presentere et hakk, og dermed en stress konsentrasjon. En 3D DIC-system med to kameraer er ansatt, noe som gjør det mulig å gjøre rede for ut av flyet forskyvninger av prøven. Kameraene utløses mens belysningen er konstant. Crack deteksjon er basert på belastningen feltet målt på et område på 55 x 40 mm.
Prosedyren tilbyr en robust og sammenlignbar måte å oppdage sprekker i tretthet tester. Videre gir det en oversikt over crack forplantning. Det gjelder på resonans testing maskiner med høy lasting frekvenser. Testene må ikke avbrytes for målinger, og ingen operatør må være til stede under testen. Prosedyren kan derfor effektivt brukes på et stort antall tester for å hente informasjon om sprekk initiering og forplantning.
Protocol
1. forberedelse av prøver
FORSIKTIG: bruk av sveise-eller bearbeidingsutstyr er potensielt farlig. Arbeidet skal utføres av kvalifisert personell og i henhold til instruksjonene fra produsentene.
- Forbered prøver med ønsket sveise geometri (f.eks. Butt sveis, langsgående stiver, kilsveising). Hvis hele prøve bredden skal måles, kan prøvestørrelsen begrenses av området som er avbildet av det brukte kamera systemet. I testene som presenteres her, prøver som inneholder en flerlags K-Butt sveis mellom to plater av forskjellige tykkelser ble brukt (figur 1). Prøvene ble laget av strukturelle stål S355 ved hjelp av metall aktiv gass sveising. Du finner mer informasjon om klargjøring av prøver i Friedrich og Ehlers21.
- Om nødvendig, dempe konkurrerende sprekk steder ved sliping. Disse kan være sveisen tå på motsatt side av platen eller den andre enden av en stiver. Her bør overflaten være bakken til glatt og fri for skarpe hakk for å unngå sprekker.
- Rengjør prøveoverflaten i området rundt sveisen ved hjelp av en rengjøringsklut og en renere å avfette. Forsiktig fjerne alt løst materiale fra sveisen overflaten og sveis tå ved hjelp av en messing wire pensel. Overflaten skal være olje og fettfri.
- Påfør speckle mønster for DIC bruker vekslende anvendelser av svart og hvitt spray maling. Ikke rett spray direkte mot overflaten, men la sprøyte tåken bosette seg på prøven. Ingen sammenhengende lag er nødvendig. Speckle størrelse bør være så fin en mulig, i størrelsesorden 0,1 mm (se figur 2).
Merk: matte maling foretrekkes for å redusere refleksjoner.
2. test oppsett
FORSIKTIG: bruk av mekanisk eller servo-hydraulisk testutstyr er potensielt farlig. Bruk med forsiktighet og følg instruksjonene fra produsenten.
- Plasser DIC-kameraene for å fange opp området av interesse på prøven plassert i test maskinen. Det eksakte oppsettet vil avhenge av det sysselsatte utstyret. I testene som presenteres her, ble kameraene montert på et stillas som nådde over prøven arrangert horisontalt i test maskinen (Figur 3).
- Juster omhyggelig fokuset for kamera målene for å sikre at det målte området er i fokus. På de ansatte kameraene dette gjøres ved å skru målene inn eller ut for å endre avstanden mellom linsene og sensoren på kameraet.
- Juster plasseringen av lysene for å maksimere belysning (her, 4 16 watt LED-lys ble brukt, dette tillot en jevn belysning av måleområdet, men andre konfigurasjoner er også mulig). Bruk av polarisering filtre riktig installert på lysene og mål er anbefalt å redusere refleksjoner på metallisk overflate.
- Velg en tilstrekkelig eksponeringstid. Det vil avhenge av testing frekvens og bør være en liten nok brøkdel (~ 1/35) av varigheten av en Last syklus. I testen som presenteres her, var eksponeringstiden 0,8 ms for en testfrekvens på 34 Hz.
- Kalibrer DIC-systemet. Prosedyren vil avhenge av det ansatte systemet og bør beskrives i den spesifikke bruksanvisningen.
- Ta noen bilder med den valgte eksponeringstiden. Beregn stammer ved hjelp av treffende DIC programvare. Kontroller at bildekvaliteten er god nok til å beregne eventuelle stammer, at spredningen i resultatene ikke er overdreven (i losset tilstand stammer det bør være nær null), og at resultatene dekker hele regionen av interesse. Hvis bildene er for mørke, justerer du belysningen. Det kan være nødvendig å åpne blenderåpning på målene, selv om dette vil redusere dybden av fokus. En lysere speckle mønster kan hjelpe også.
- Koble kraft signal utgangen fra test maskinen for å utløse kameraene. En kommersiell DIC system inkludert maskinvare og programvare som lar innstillingen av utløseren ved bestemte intervaller på belastningen sykluser ble brukt. For dette formålet, er belastningen sykluser telles av stigende kraft signalet krysser en viss verdi. Når det spesifiserte antallet av belaste kretsløpene er nådd, det kamera er avtrekker, og opptellingen starter over atter. En eksemplarisk triggerlist leveres som en supplerende fil.
- Utfør en prøvekjøring for å bestemme forsinkelsen mellom trigger signalet og kameraets eksponering. Still inn utløseren før toppen av belastnings signalet for å kompensere for forsinkelsen. Hvis du bruker triggerlist (se trinn 2,7), justerer du parameterverdien til ønsket belastnings signal i spenning. I testene som vises, ble kameraene utløst på 91% og 96% av maksimal kraft, henholdsvis. Disse verdiene er bare gitt som et eksempel og er ikke alltid egnet.
Merk: det er ikke nødvendig for bildene å bli tatt akkurat på lasten peak. Sprekker bør bli synlig likevel. - Sett utløseren til et intervall med belastnings sykluser slik at det totale antallet bilder over den forventede test varigheten er i størrelsesorden 100 − 200 (for eksempel hver 10 000 sykluser for en test med 106 belastnings sykluser). I triggerlist (se trinn 2,7) justere verdien av løkker til ønsket antall Last sykluser.
3. fatigue test
FORSIKTIG: bruk av mekanisk eller servo-hydraulisk testutstyr er potensielt farlig. Bruk med forsiktighet og følg instruksjonene fra produsenten.
- Monter prøven i test maskinen.
- Hvis det er nødvendig, ta DIC bilder før lasting. Dette er ikke nødvendig for crack deteksjon, men det kan bruke DIC å måle overflaten belastningen under lasting.
- Bruk den første belastnings syklusen statisk. Stopp ved maksimal belastning og ta noen bilder for DIC. Ett bilde bør være tilstrekkelig, men fordi kvaliteten på DIC resultatene kan ikke alltid være optimal, kan det være nyttig å ha noen flere bilder å velge mellom for analyse. For disse bildene kan en lengre eksponeringstid brukes som hensiktsmessig.
Merk: denne statiske belastningen syklusen kan utelates, men bildene ervervet statisk er trolig av bedre kvalitet enn de ervervet under den dynamiske testen, og dermed forbedre DIC resultater. - Angi belastnings området og start syklisk test. Du kan også få strand merker ved å inkludere intervaller der den øvre lasten opprettholdes, men belastnings området reduseres. For eksemplene som vises her, ble halvparten av Last området brukt i 15 000 sykluser for hver 40 000 vanlige sykluser. Strand merker er ikke nødvendig for den presenterte prosedyren, men tilbyr muligheten til å validere oppdaget crack lengder.
- Angi den statiske og dynamiske belastningen, og Kjør testen til prøven mislykkes. I de presenterte testene ble det brukt en statisk belastning på 0 kN og dynamisk amplitude på 22,5 kN. Henholdsvis 50 kN statisk og 50 kN dynamisk Last ble brukt på den stress-lettet prøven.
4. post prosessering
- Evaluere DIC og beregne belastningen i prøven aksial (lasting) retning ved hjelp av treffende programvare. Kommersiell programvare (se tabell over materialer) som inkluderer automatisert beregning av stammer var ansatt. Informasjon om beregning av stammer kan bli funnet i Grédiac og Hild22 og en oversikt over gjeldende kommersielle og åpen kildekode dic programvare er gitt i Belloni et al.1. Bruk bildet fra den første, statiske Last syklusen ervervet i trinn 3,3 som en referanseavbildning. Her, en fasett størrelse på 19 x 19 piksler (~ 0,32 x 0,32 mm) og en fasett avstand på 15 x 15 piksler ble søkt om DIC vurdering.
- Lag et plott av den beregnede belastningen og sett legenden om plottet til relativt høye verdier (0,5% til 1,0%) for å undertrykke mulig støy. Avhengig av anvendt programvare, vil disse tomter være tilgjengelig i resultat seksjonen etter forskyvninger og stammer har blitt beregnet (4,1).
- Kjør gjennom bildesekvensen ervervet over varigheten av testen. En forming sprekk vil bli synlig i form av forhøyede stammer. En makroskopisk sprekk kan oppstå når belastninger overstiger 1%.
- Å sammenligne annerledes testresultater, den kunne være av interesse å avgjøre når det sprekk når en spesifiserte lengden. Crack lengder på ~ 2 mm ble betraktet som tekniske eller makroskopisk sprekker.
Representative Results
Å oppdage sprekker og overvåke sprekk forplantning belastningen i lasting retningen av prøven ble plottet. Sprekker ble synlig i form av forhøyede stammer (> 1%).
Resultatene oppnådd fra to trøtthet tester presenteres. Testene ble utført ved ulike belastninger og Last prosenter. Resultatene er ikke ment for direkte sammenligning mellom de to testene, men representerer typiske resultater av disse testene og demonstrere egenskapene til presenterte prosedyren.
Utviklingen av en sprekk i en prøve i som-sveiset forhold er vist i Figur 4. Prøven inneholdt rester av spenninger forårsaket av krymping av sveisen under kjøling. De ble målt ved røntgen Diffraksjon og hull boring og beregnet ved sveising simuleringer21. På grunn av strekk rester spenninger i midten av prøven, starter sprekken på midtlinjen. Først begynte belastningen å øke på plasseringen av forming crack. En teknisk sprekk ble antatt da stammene oversteg 1% over en lengde på 2 mm (N = 755 000). Sprekken deretter overføres symmetrisk til begge sider. Det oppdaget sprekk lengden var sammenlignet med stranden merkene utviklet under test og viste fint avtale. Videoen av DIC resultatene viser hvordan crack forplantning bremset ned under dannelsen av stranden merkene.
Utviklingen av en sprekk på en stress-lettet prøven er vist i figur 5. Sprekk initiering var ikke påvirket av rester påkjenninger. Flere sprekker dannet på ulike steder langs sveisen. En sprekk på 2 mm ble oppdaget etter 574 000 sykluser. Singelen sprekker så vokste og til slutt enhetlig. Det oppdaget sprekk lengden var sammenlignet med stranden merkene atter.
Generasjonen av strand merker tilbyr en god mulighet til å validere crack lengder oppdages ved hjelp av DIC teknikken. Videre gir den muligheten til å relatere dybden av sprekken med lengden målt på prøveoverflaten. På et tidlig stadium av sprekken, nær overflaten, kan det være utfordrende å få strand merker som er godt synlig. Her viste resultatene fordelen av DIC tilnærming.
Som presentert i Figur 4 og figur 5 utfallet av prosedyren er en serie av bilder (eller en video) som viser utviklingen av sprekker på sveisen. Fra disse bildene, er det mulig å bestemme opprinnelsen og antall sprekker. Dessuten, de kan brukes å avgjøre når en sprekk har nådd en spesifikk lengden. Sprekker 2 mm i lengde ble betraktet som makroskopisk eller teknisk. Denne sprekk lengden kan trygt hentes fra bildene og i denne studien ble brukt til å sammenligne utfallet av en rekke tester. Videre, fra et teknisk synspunkt, vil denne sprekk lengden være synlig i tjenesten ved hjelp av tilgjengelige inspeksjons teknikker. Av måler det sprekk lengden fra det resulterer profilen og samkjøre den å antallet av belaste kretsløpene, det er en likeledes mulig å plotte en sprekk oppblomstringen kurven eller avgjøre sprekk oppblomstringen ratene. Disse kan være av interesse for brudd mekaniske beregninger av crack forplantning.
Figur 1: flerlags K-Butt sveis prøver brukt for tretthet testene. Dimensjoner i millimeter. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: speckle mønster for digital bilde korrelasjon ved sveisen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: test oppsett med dic-kameraer og lys som støttes av en stillas struktur som er installert over prøven. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: prosent belastning i lastings retningen (vertikal) som viser utviklingen av en sprekk og sammenligning med strand merker på en prøve i som-sveiset forhold. N = antall Last sykluser. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: prosent belastning i laste retningen (vertikal) som viser utviklingen av sprekker og sammenligning med strand merker på en stress-lettet prøve. N = antall Last sykluser. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6: prosent belastning i laste retningen ved maksimal belastning på den første, statiske Last syklusen (N = 1) og i begynnelsen av tretthet test på ulike antall Last sykluser. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Tilleggsfil 1: utløser-liste. Vennligst klikk her for å se denne filen (Høyreklikk for å laste ned).
Discussion
Den presenterte prosedyren består av å bruke DIC å oppdage og overvåke tretthet sprekker på sveiset prøver testet på en resonans testing maskin uten å avbryte testen. Den største utfordringen i programmet er den høye belastningen frekvens av resonans testing maskin. Det krever relativt korte eksponeringstider og dermed høy belysning for oppkjøpet av bildene for DIC tester. Derfor belysning må maksimeres. På den annen side kan refleksjoner på metalloverflaten kreve bruk av polarisering filtre, noe som vil redusere mengden av lys inn i kameraene. For å gjøre bedre bruk av lyset tilgjengelig, blenderåpningen av målene kan forstørres. Dette vil redusere dybden av fokus. Det er derfor nødvendig å sette fokus nøyaktig på avstanden til prøveoverflaten og ut av flyets bevegelse av prøven bør ikke overstige den fokuserte rekkevidden. Oppsettet av kameraene og belysningen krever spesiell forsiktighet.
Ikke desto mindre, det belastninger beregnet av DIC kunne ikke være meget akkurat (skikkelsen 6). De beregnede stammene kan vise høy støy. På noen av fasetter som brukes for DIC, speckle mønsteret kan ikke bli gjenkjent og stammer vil ikke bli beregnet. Men den foreslåtte prosedyren har vist seg robust med hensyn til kvaliteten på DIC resultater. Selv om resultatene ikke er gode nok til å bestemme belastninger på sveisen nettopp, bør det likevel være mulig å oppdage sprekker.
The Butt sveis presentert her har en relativt jevn sveis tå i forhold til andre sveis geometri. Sprekker er sannsynlig å initiere på feil langs sveisen tå med et skarpt hakk og dermed høy stress konsentrasjon. Dessverre kan det ikke være mulig å evaluere belastninger av DIC på disse eksakte steder fordi fasetter som brukes for beregningen kan ikke gjenkjennes. Figur 5 viser for eksempel en sprekk initiering på venstre side av prøven, manglende fasetter ved + 25 mm horisontalt/-5 mm vertikalt. Men som vist i eksempelet, selv om noen fasetter ikke evalueres det er fortsatt mulig å bestemme når sprekken initierer og begynner å vokse. For sveiser med en brattere vinkel og skarpere hakk (f. eks, langsgående stiver, filet sveis) kan det hjelpe å vippe kameraene ~ 15 ° for å øke vinkelen til sveise flaten. Den foreslåtte prosedyren ble brukt på langsgående avstivere også. Til tross for den relativt skarpe hakk på sveisen tå var det mulig å pålitelig oppdage sprekk innvielse.
Makroskopisk sprekker antas når stammer av 1% eller mer er nådd. I en studie av Kovárík et al.20, dic ble brukt til å oppdage sprekker på termisk spray-belagt, unnotched prøver. Det ble uttalt at terskelverdien for crack deteksjon kan settes i størrelsesområdet 0,5% og 1% uten vesentlig innvirkning på resultatene. Disse verdiene bekreftes av sammenligningen med strand merkene (Figur 4 og figur 5). En lavere verdi vil føre til en tidligere sprekk oppdagelse, men kan være mer utsatt for usikkerhet og produsere mindre sammenlignbare resultater. En høyere verdi vil føre til en senere anerkjennelse av crack innvielse, men resultatene vil trolig være mer sammenlignbare og reproduserbar.
Bruk av den første belastnings syklusen statisk (trinn 3,3) kan føre til tidkrevende når mange tester utføres. Hvis ingen plast stammer oppstår på sveisen toe (hakk) det kan også utelates og losset tilstand (trinn 3,2) brukes som referanse for belastning beregninger. Hvis ikke, kan ett av bildene som er kjøpt i begynnelsen av den dynamiske testen, brukes hvis bildekvaliteten er tilstrekkelig (se figur 6).
Hvis bare noen få eksemplarer er testet, bør oppstillingstiden ikke undervurderes. Det kan kreve litt tid og gjentakende løkker å installere og sette opp kameraene nøyaktig og utføre kalibreringen for å få riktige bilder for DIC vurdering.
Prøve forberedelser, på den annen side, er rask og billig. Prøvene må bare rengjøres og sprøytes med farge for å påføre speckle patter. Dette kommer på liten kostnad og gjør den foreslåtte DIC-baserte prosedyren praktisk, spesielt hvis et stort antall eksemplarer vil bli testet.
En annen fordel, spesielt for store sett med prøver eller tester som kjører over natten, er at kameraene utløses automatisk, og testene ikke trenger å bli avbrutt.
En begrensning av DIC prosedyren er at som en optisk metode er det begrenset til overflaten sprekker. Videre krever det at området som skal overvåkes være synlig av kameraene mens prøven er montert i test maskinen.
Den presenterte prosedyren ble brukt hovedsakelig til å oppdage starten på tekniske sprekker. Bortsett fra idet bevist, den likeledes innrømmer for vurderingen av sprekk oppblomstringen (e.g., å avgjøre sprekk formering ratene). Resultatet vil være den lengden som er synlig på overflaten. Sprekk front krumning kan imidlertid ikke oppdages.
Prosedyren viste sin anvendelse på sveiset prøver presentere en relativt komplisert overflate topologi. Det bør også være aktuelt for ikke-sveiset prøver, som fravær av geometriske hakk bør lette DIC målinger. En lignende prosedyre er benyttet i Kovárík et al.20 på unnotched prøver.
Videre kan prosedyren også anvendes for tretthet tester på servo-hydraulisk testing maskiner. Her vil testing frekvensen være lavere enn på en resonans testing maskin. Eksponeringstiden for kameraene kan dermed være lengre, noe som bør lette kameraets oppsett.
I konklusjonen, den presenterte prosedyren tilbyr en grei måte å studere utviklingen av sprekker i tretthet tester. Den innrømmer oppdagelsen av teknisk sprekk og avlytting av sprekk formering (e.g., å avgjøre sprekk formering ratene inne fatigue prøver). Den illustrerende karakter av resultatene forenkler deres tolkning og vurdering. Teknikken er anvendelig på resonans testing maskiner med høy lasting frekvenser uten å avbryte testene. Målingene er helautomatisk, så ingen kontinuerlig tilsyn er nødvendig. Det er aktuelt på sveisede prøver som presenterer en relativt komplisert geometri i regionen av interesse. På små prøver gir den dekning av hele bredden av prøven. Videre er prosedyren preget av et enkelt oppsett og grunnleggende etterbehandling, noe som gjør det til et praktisk alternativ til eksisterende metoder.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Finansiert av Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, tysk Research Foundation) 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).
