Summary
Digital bild korrelation används i utmattningsprov på en resonanstester maskin för att upptäcka makroskopiska sprickor och övervaka sprickspridning i svetsade prover. Sprickor på preparatytan blir synliga som ökade stammar.
Abstract
En procedur som använder digital bild korrelation (DIC) för att upptäcka sprickor på svetsade prover under utmattningsprov på resonanstester maskiner presenteras. Det är avsett som ett praktiskt och reproducerbart förfarande för att identifiera makroskopiska sprickor på ett tidigt stadium och övervaka sprickspridning under utmattningsprov. Den består av stam fältmätningar vid svetsen med DIC. Bilder tas vid fasta lastcykel intervall. Sprickor blir synliga i den beräknade stammen fältet som förhöjda stammar. På så sätt kan hela bredden av ett småskaligt exemplar övervakas för att upptäcka var och när en spricka initierar. Därefter är det möjligt att övervaka utvecklingen av spricklängd. Eftersom de resulterande bilderna sparas, resultaten är verifierbara och jämförbara. Förfarandet är begränsat till sprickor som initieras vid ytan och är avsett för utmattningsprov under laboratorieförhållanden. Genom att visualisera sprickan, kan det presenterade förfarandet direkt observation av makro sprickor från deras bildande tills bristning av preparatet.
Introduction
Svetsar är särskilt utsatta för utmattnings skador. Deras utmattningsegenskaper bestäms vanligen på småskaliga prover som kan testas effektivt. Under testerna tillämpas en cyklisk belastning. Så småningom en spricka kommer att initiera och växa till makroskopisk storlek. Sprickan kommer då att växa och propagera genom preparatet. Testet körs vanligtvis tills preparatet misslyckas i sin helhet. Resultatet av testet är antalet lastcykler tills fel för den tillämpade belastningen. Detta sista misslyckande är vanligtvis uppenbart. Å andra sidan, spricka initiering är mer komplicerat att avgöra. Det kan dock vara av intresse för utredningar av parametrar som inte är enhetliga över preparat tjockleken eller som påverkar sprickinitiering specifikt (t. ex. restspänningar eller behandlingar efter svetsningen).
Det finns olika metoder för detektering av sprickor vid utmattningsprov. Den enklaste är visuell inspektion, Dye penetrationstester, eller tillämpning av töjningsmätare. Mer sofistikerade metoder inkluderar Termografi, ultraljud, eller virvelströmstestning. Spricka spridning kan bestämmas med hjälp av träffande töjningsmätare, akustisk emission, eller den potentiella Drop-metoden.
Det föreslagna förfarandet använder digital bild korrelation (DIC) för att visualisera ytan stammar på preparatet. Det möjliggör detektion av bildandet av makroskopiska sprickor under utmattningsprov. Dessutom kan spricka spridning övervakas under hela provningen. För DIC appliceras ett ojämnt mönster på preparatytan och övervakas av kameror. Från distorsionen av mönstra under att ladda, ytbehandlar stammar beräknas. Sprickor kommer att visas som förhöjda stammar överskrider ett definierat tröskelvärde (> 1%) och blir därför synlig.
Med förskottet av beräkningsteknik, är DIC blir mer och mer populär för industriella och forskningsapplikationer. Flera kommersiella mätprogram varu system samt öppen källkod finns tillgängliga1. Det föreslagna förfarandet erbjuder en annan användning av en teknik som redan finns tillgänglig i ett ökande antal forskningsanläggningar inom mekanisk och anläggningsteknik.
Jämfört med visuella inspektioner eller Dye penetrationstester, är det föreslagna förfarandet inte grundas på subjektiv perception, som beror på en operatörs erfarenhet och den lokala geometrin på svetsen tå. Även med hög förstoring kan det vara svårt att upptäcka sprickor på ett tidigt stadium (dvs, spricka initiering), särskilt om den exakta platsen inte är känd i förväg. Dessutom använder DIC resultaten sparas och därför reproducerbara och jämförbara, medan visuell inspektion är möjlig endast tillfälligt.
Genom att använda en hel fälts mätning kan man övervaka hela bredden på preparatet eller svetsens längd. Med hjälp av töjningsmätare, skulle det vara nödvändigt att tillämpa flera mätare över preparat bredden, eftersom deras mätning är lokaliserad. De förändringar i töjningsmätaren signalen skulle bero på avståndet och positionen i förhållande till sprickan. Resultatet skulle bero på om sprickan skulle initiera i mellan två mätare eller av en slump framför en.
En annan fördel med DIC är att det är visuellt, och det ger en beskrivande bild av sprickan. Med hjälp av töjningsmätare för sprickdetektering eller akustisk emission för spricktillväxt, är själva spricklängden inte övervakad, men den bestäms av förändringar i de uppmätta stam-eller ljudsignalerna respektive. Till exempel i Shrama et al.2 DIC tillåtet för förståelsen och tolkningen av akustiska emissions signaler. Andra påverkande faktorer eller störande signaler kan påverka den uppmätta signalen, vilket leder till osäkerhet och kräver noggrann tolkning av resultaten.
Olika tillämpningar av DIC för att övervaka sprickor i utmattnings test har rapporterats. I många fall DIC används för att bedöma stam fältet på sprickan tips3,4,5 och bestämma stressintensitet faktorer6,7,8 eller upptäcka trötthet skador på en mikroskopisk skala9,10. I dessa fall används mikroskopiska bilder för att undersöka områden av intresse i intervallet några millimeter. De testade exemplaren består av maskinbearbetade grundmaterial med dimensioner i millimeter-området. Större mätområden spelades in av Tavares et al.11 för att bestämma stressintensitetsfaktorer, av shrama et al.2 för att studera akustiska emissions signaler, och av hasheminejad et al.12 för att undersöka sprickor i asfalt betong. Poncelet et al.13 tillämpas DIC att upptäcka spricka initiering baserat på den relativa stammen ökning över ett visst antal lastcykler. Testerna utfördes på prover med en maskinbearbetad yta. Svetsade14,15 eller lödade preparat16 studerades med hjälp av DIC för att registrera utvecklingen av stammar under utmattnings test. Exemplaren observerades från sidan, som visar utvecklingen av sprickan i djup riktningen, på kanten av preparatet.
Alla tidigare nämnda experiment utfördes på servohydrauliska provningsmaskiner med belastnings frekvenser på några Hertz (< 15 Hz). Vanligtvis var testerna avbröts för att spela in bilder för DIC. Vanlanduit et al.17 tog bilder under löptest och tillämpade algoritmer för att kompensera för de olika test-och bild inspelnings frekvenserna. Lorenzino et al.18 utförde tester på en resonanstester maskin och fångade DIC bilder med mikroskopiska kameror. Kovárík et al.19,20 utfört tester på en resonanstester maskin med en frekvens av 100 Hz utan avbrott, med hjälp av ett förfarande mycket likt den som presenteras här. Testerna utfördes på plana, belagda preparat under bocknings laster. En enda kamera och en utlöst blixt användes för att fånga bilder av en yta på ~ 20 x 15 mm. olika sprickbedömningar baserade på fältet för belastnings-och förskjutnings fält tillämpades.
Det förfarande som presenteras i detta dokument tillämpas på svetsade prover som presenterar ett snäpp, och därmed en stress koncentration. En 3D DIC-system med två kameror är anställd, vilket gör det möjligt att redogöra för ut ur planet förskjutningar av preparatet. Kamerorna utlöses medan belysningen är konstant. Sprickdetektering är baserad på stam fältet mätt på en yta av 55 x 40 mm.
Förfarandet ger ett robust och jämförbart sätt att detektera sprickor i utmattningsprov. Dessutom ger det ett register över sprickspridning. Den är tillämplig på resonanstester maskiner med hög lastning frekvenser. Proven behöver inte avbrytas för mätningar, och ingen operatör behöver närvara under provningen. Förfarandet kan därför effektivt tillämpas på ett stort antal tester för att hämta information om spricka initiering och förökning.
Protocol
1. preparat beredning
FÖRSIKTIGHET: användning av svets-eller bearbetningsutrustning är potentiellt farlig. Arbetet ska utföras av kvalificerad personal och enligt tillverkarens anvisningar.
- Förbered proverna med önskad svets geometri (t. ex. Butt Weld, längsgående förstyvning, filé Weld). Om hela preparat bredden skall mätas, kan provstorleken begränsas av det område som avbildas av det använda kamerasystemet. I de tester som presenteras här användes prover som innehåller en Multilayer K-butt svets mellan två plattor av olika tjocklekar (figur 1). Exemplaren var tillverkade av konstruktionsstål S355 med metall aktiv gassvetsning. Mer information om preparat preparatet finns i Friedrich och Ehlers21.
- Om det behövs, mildra konkurrerande spricka platser genom slipning. Dessa kan vara svetsen tå på motsatt sida av plattan eller den andra änden av en förstyvnings medel. Här bör ytan slipas tills den är slät och fri från vassa skårorna för att undvika sprickor.
- Rengör preparatytan i området runt svetsen med en rengöringsduk och en renare för att avta. Ta försiktigt bort allt löst material från svets ytan och svetsa tån med en mässing stålborste. Ytan ska vara olja och fettfri.
- Applicera speckle-mönstret för DIC med alternerande tillämpningar av svart och vitt sprayfärg. Rikta inte sprayen direkt mot ytan, utan låt spraydimman sätta sig på preparatet. Inga kontinuerliga skikt behövs. Speckle-storleken bör vara så fin som möjligt, i storleksordningen 0,1 mm (se figur 2).
Obs: Matt färg är att föredra för att minska reflektioner.
2. test inställningar
FÖRSIKTIGHET: användning av mekanisk eller servohydraulisk provningsutrustning är potentiellt farlig. Var försiktig och följ instruktionerna från tillverkaren.
- Placera de DIC kamerorna för att fånga det område av intresse på provet placeras i provnings maskinen. Den exakta installationen kommer att bero på den använda utrustningen. I testerna som presenterades här var kamerorna monterade på en byggnadsställning som nådde över preparatet horisontellt i provnings maskinen (figur 3).
- Noggrant justera fokus på kamerans mål för att säkerställa att det uppmätta området är i fokus. På de anställda kamerorna detta görs genom att skruva målen in eller ut för att ändra avståndet mellan linserna och sensorn på kameran.
- Justera placeringen av lamporna för att maximera belysningen (här, 4 16 watt LED-lampor användes; detta möjliggjorde en jämn belysning av mätområdet, men även andra konfigurationer är möjliga). Användningen av polariserings filter som är korrekt installerade på lamporna och målen rekommenderas för att reducera reflektioner på den metalliska ytan.
- Välj en lämplig exponeringstid. Det kommer att bero på Testfrekvensen och bör vara en tillräckligt liten fraktion (~ 1/35) av varaktigheten av en lastcykel. I det test som presenteras här var exponeringstiden 0,8 ms för en test frekvens på 34 Hz.
- Kalibrera DIC-systemet. Förfarandet kommer att bero på det sysselsatta systemet och bör beskrivas i den specifika bruksanvisningen.
- Ta några bilder med den valda exponeringstiden. Compute stammar med träffande DIC programvara. Kontrollera att bildkvaliteten är tillräckligt bra för att beräkna eventuella stammar, att scattern i resultaten inte är överdriven (i den olastade tillstånd stammar det bör vara nära noll), och att resultaten täcker hela regionen av intresse. Om bilderna är för mörka justerar du belysningen. Det kan vara nödvändigt att öppna bländaren på målen, även om detta kommer att minska djupet i fokus. En ljusare speckle mönster kan hjälpa också.
- Anslut kraft signalutdata från test maskinen för att utlösa kamerorna. En kommersiell DIC system inklusive hårdvara och mjukvara som gör det möjligt att ställa av avtryckaren vid specifika intervaller av lastcykler användes. För detta ändamål räknas lastcyklerna av den stigande kraft signalen som korsar ett visst värde. När det angivna antalet lastcykler har uppnåtts utlöses kamerorna och räknar börjar om igen. En exemplarisk triggerlist levereras som en kompletterande fil.
- Utför en provkörning för att bestämma fördröjningen mellan utlösarsignalen och kamerans exponering. Ställ in avtryckaren före belastnings signalens topp för att kompensera för förseningen. Om du använder triggerlist (se steg 2,7) justerar du parametervärdet till önskad laddnings signal i spänning. I de tester som visas, kamerorna utlöstes på 91% och 96% av den maximala kraft, respektive. Dessa värden ges endast som ett exempel och är inte alltid lämpliga.
Obs: det är inte nödvändigt att bilderna tas exakt vid belastnings toppen. Sprickor ska bli synliga ändå. - Ställ in utlösaren på ett intervall med lastcykler så att det totala antalet bilder under den förväntade testtiden är i storleksordningen 100 − 200 (t. ex. varje 10 000 cykler för ett test med 106 belastnings cykler). I triggerlist (se steg 2,7) justerar du värdet på slingor till önskat antal lastcykler.
3. utmattningsprov
FÖRSIKTIGHET: användning av mekanisk eller servohydraulisk provningsutrustning är potentiellt farlig. Var försiktig och följ instruktionerna från tillverkaren.
- Installera preparatet i test maskinen.
- Om det behövs, ta DIC bilder innan lastning. Detta är inte nödvändigt för sprickdetektering, men det gör det möjligt att använda DIC för att mäta ytbelastningen under lastning.
- Applicera den första belastnings cykeln statiskt. Stanna vid maximal belastning och ta några bilder för DIC. En bild bör räcka, men eftersom kvaliteten på DIC-resultaten kanske inte alltid är optimal, kan det vara bra att ha några fler bilder att välja mellan för analys. För dessa bilder kan en längre exponeringstid användas vid behov.
Obs: denna statiska belastning cykel kan utelämnas, men de bilder som erhållits statiskt är förmodligen av bättre kvalitet än de som erhållits under det dynamiska testet, vilket förbättrar DIC resultat. - Ställ in belastnings intervallet och starta det cykliska testet. Du kan också få strand märken genom att inkludera intervaller där den övre belastningen bibehålls men belastnings intervallet reduceras. För exemplen som visas här tillämpades en halv av belastnings intervallet i 15 000 cykler för varje 40 000 ordinarie cykler. Strand märken är inte nödvändigt för det presenterade förfarandet men erbjuder möjlighet att validera de upptäckta spricklängder.
- Ange statisk och dynamisk belastning och kör testet tills preparatet misslyckas. I de framlade testar en statisk elektricitet laddar av 0 kN, och den dynamiska amplituden av 22,5 kN applicerades. Respektive 50 kN statisk och 50 kN dynamisk belastning användes på det avstressade preparatet.
4. postprocessing
- Utvärdera DIC och beräkna stammen i provets axiella (lastning) riktning med hjälp av träffande programvara. Kommersiell programvara (se tabell över material) som inkluderar automatiserad beräkning av stammar var anställd. Information om uträkning av stammar finns i Grédiac och Hild22 och en översikt över aktuella kommersiella och öppen källkod DIC programvara ges i Belloni et al.1. Använd bilden från den första statiska belastnings cykeln som förvärvats i steg 3,3 som en referensbild. Här, en aspekt storlek på 19 x 19 pixlar (~ 0,32 x 0,32 mm) och en aspekt avstånd av 15 x 15 pixlar tillämpades för DIC bedömning.
- Gör en tomt av den beräknade stammen och ange legenden om tomten till relativt höga värden (0,5% till 1,0%) för att dämpa eventuellt brus. Beroende på den tillämpade programvaran kommer dessa tomter vara tillgängliga i resultat sektionen efter förskjutningar och stammar har beräknats (4,1).
- Kör genom den bildsekvens som förvärvats under testets varaktighet. En formning spricka kommer att bli synlig i termer av förhöjda stammar. En makroskopisk spricka kan inträffa när stammar överstiger 1%.
- För att jämföra olika testresultat kan det vara av intresse att avgöra när sprickan når en angiven längd. Spricklängder på ~ 2 mm ansågs vara tekniska eller makroskopiska sprickor.
Representative Results
För att detektera sprickor och övervaka sprickspridning var stammen i Last riktningen för preparatet plottade. Sprickor blev synliga när det gäller förhöjda stammar (> 1%).
De resultat som erhålls från två utmattningsprov presenteras. Testerna utfördes vid olika belastningar och belastningsförhållanden. Resultaten är inte avsedda för direkt jämförelse mellan de två testerna, men representerar typiska resultat av dessa tester och visar på kapaciteten i det presenterade förfarandet.
Utvecklingen av en spricka i ett prov i as-svetsade förhållanden visas i figur 4. Preparatet innehöll restspänningar som orsakades av svetsens krympning under kylningen. De mättes med röntgendiffraktion och håls borrning och beräknades genom svets simuleringar21. På grund av drag kvarvarande spänningar i mitten av preparatet initierar sprickan på mittlinjen. Först började stammen att öka på platsen för den bildade spricka. En teknisk spricka antogs när stammar översteg 1% över en längd av 2 mm (N = 755 000). Sprickan propagerade sedan symmetriskt till båda sidor. Den upptäckta spricklängd jämfördes med strand märken som genereras under testet och visade god enighet. Videon av DIC resultat visar hur spricka förökning avtog under bildandet av stranden märken.
Utvecklingen av en spricka på ett avstressat prov visas i figur 5. Sprickinitiering påverkades inte av restspänningar. Flera sprickor bildas på olika platser längs svetsen. En spricka på 2 mm upptäcktes efter 574 000 cykler. Den enda sprickor växte sedan och så småningom enade. Den upptäckta spricklängden jämfördes med strand märkena igen.
Generationen av strand märken erbjuder en bra möjlighet att validera spricklängder upptäcks med hjälp av DIC-teknik. Dessutom ger det möjlighet att korrelera djupet av sprickan med den längd som mäts på preparatet ytan. I ett tidigt skede av sprickan, nära ytan, kan det vara svårt att få strand märken som är tydligt synliga. Här visade resultaten fördelen med DIC-metoden.
Som framgår av figur 4 och figur 5 är resultatet av förfarandet en serie bilder (eller en video) som visar utvecklingen av sprickor vid svetsen. Från dessa bilder är det möjligt att bestämma ursprunget och antalet sprickor. Dessutom kan de användas för att avgöra när en spricka har nått en viss längd. Sprickor 2 mm i längd ansågs makroskopiskt eller tekniskt. Denna spricka längd kan tillförlitligt hämtas från bilderna och i denna studie användes för att jämföra resultatet av en serie tester. Dessutom, ur teknisk synvinkel, denna spricka längd skulle upptäckas i drift med hjälp av tillgängliga inspektionstekniker. Genom att mäta spricklängden från de resulterande bilderna och korrelera det till antalet lastcykler, är det också möjligt att rita en spricka tillväxtkurva eller bestämma spricktillväxt. Dessa kan vara av intresse för fraktur mekaniska beräkningar av sprickspridning.
Figur 1: Multilayer K-Butt Weld prover som används för utmattnings test. Mått i millimeter. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: speckle-mönster för digital bild korrelation vid svetsen. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: testinstallation med DIC-kameror och lampor som stöds av en byggnads ställnings struktur som är installerad ovanför preparatet. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: procentuell belastning i Last riktningen (vertikal) som visar utvecklingen av en spricka och jämförelse med strand märken på ett prov i as-svetsade förhållanden. N = antal lastcykler. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: procentuell belastning i Last riktningen (vertikal) som visar utvecklingen av sprickor och jämförelse med strand märken på ett avstressat provexemplar. N = antal lastcykler. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: procent belastning i Last riktningen vid maximal belastning på den första statiska belastnings cykeln (N = 1) och i början av utmattnings provet vid olika antal lastcykler. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Kompletterande fil 1: trigger lista. Vänligen klicka här för att se denna fil (Högerklicka för att ladda ner).
Discussion
Det presenterade förfarandet består av att använda DIC för att upptäcka och övervaka trötthet sprickor på svetsade prover testas på en resonanstester maskin utan att avbryta testet. Den största utmaningen i ansökan är den höga belastnings frekvensen av resonanstester maskinen. Det kräver relativt korta exponeringstider och därmed hög belysning för förvärvet av bilderna för DIC-testerna. Därför måste belysningen maximeras. Å andra sidan, reflektioner på den metalliska ytan kan kräva användning av polariserings filter, vilket kommer att minska mängden ljus in i kamerorna. För att bättre utnyttja det tillgängliga ljuset kan bländaren för målen förstoras. Detta kommer att minska djupet i fokus. Det är därför nödvändigt att ställa in skärpan exakt på avståndet mellan preparatytan och ut ur planet rörelsen av preparatet bör inte överstiga det fokuserade området. Installationen av kamerorna och belysningen kräver särskild omsorg.
Men de stammar som beräknats av DIC kanske inte är mycket exakta (figur 6). De beräknade stammarna kan visa hög brus. På några av de fasetter som används för DIC kanske speckle-mönstret inte känns igen och stammar kommer inte att beräknas. Men det föreslagna förfarandet har visat sig robust med avseende på kvaliteten på DIC resultat. Även om resultaten inte är tillräckligt bra för att bestämma stammarna vid svetsen exakt, bör det fortfarande vara möjligt att upptäcka sprickor.
Den Butt Weld presenteras här har en relativt slät svetsa tå jämfört med andra svets geometrier. Sprickor kommer sannolikt att initiera på brister längs svetsen tå med en vass snäpp och därmed hög stress koncentration. Tyvärr kan det inte vara möjligt att utvärdera stammar av DIC på dessa exakta platser eftersom fasetter som används för beräkningen inte kan identifieras. Figur 5 visar till exempel en spricka som inleds på provexemplarets vänstra sida, saknade fasetter på + 25 mm horisontellt/-5 mm vertikalt. Men som visas i exemplet, även om några fasetter inte utvärderas är det fortfarande möjligt att avgöra när sprickan initierar och börjar växa. För svetsar med en brantare vinkel och skarpare Hack (t. ex. längsgående förstyvning, filé svetsa) kan det hjälpa att luta kamerorna ~ 15 ° för att öka vinkeln till svets ytan. Det föreslagna förfarandet tillämpades även på längsgående förstyvningar. Trots den relativt skarpa skåra vid svetsen tån det var möjligt att tillförlitligt upptäcka spricka initiering.
Makroskopiska sprickor antas när stammar på 1% eller mer uppnås. I en studie av Kovárík et al.20, DIC tillämpades för att upptäcka sprickor på termisk spray-belagda, unnotched prover. Det angavs att tröskelvärdet för sprickdetektering kunde fastställas i intervallet 0,5% och 1% utan att signifikant påverka resultaten. Dessa värden bekräftas av jämförelsen med strand märkena (figur 4 och figur 5). Ett lägre värde kommer att leda till en tidigare sprickdetektering men kan vara mer benägna att osäkerhet och ger mindre jämförbara resultat. Ett högre värde kommer att leda till ett senare erkännande av sprickinitiering, men resultaten kommer förmodligen att vara mer jämförbara och reproducerbara.
Att tillämpa den första belastnings cykeln statiskt (steg 3,3) kan resultera i tidskrävande när många tester utförs. Om inga plast stammar uppstår vid svetstån (skåran) kan det också utelämnas och det lossade villkoret (steg 3,2) används som referens för belastnings beräkningar. I annat fall kan en av de bilder som förvärvats i början av det dynamiska testet användas om bildkvaliteten är tillräcklig (se figur 6).
Om endast ett fåtal prover testas bör Omställningstiden inte underskattas. Det kan kräva en viss tid och iterativa loopar att installera och ställa in kamerorna korrekt och utföra kalibreringen för att få rätt bilder för DIC bedömning.
Preparat beredning, å andra sidan, är snabb och billig. Proverna behöver endast rengöras och sprayas med färg för att applicera speckle-Pattern. Detta kommer till föga kostnad och gör det föreslagna DIC-baserade förfarandet praktiskt, särskilt om ett stort antal prover kommer att testas.
En ytterligare fördel, särskilt för stora uppsättningar av prover eller tester som körs över natten, är att kamerorna utlöses automatiskt, och testerna behöver inte avbrytas.
En begränsning av DIC-förfarandet är att som en optisk metod är det begränsat till ytan sprickor. Dessutom kräver det att det område som ska övervakas ska synas av kamerorna medan preparatet monteras i provnings maskinen.
Det presenterade förfarandet användes främst för att upptäcka början av tekniska sprickor. Men som visat, det gör det också möjligt för bedömning av spricktillväxt (t. ex., för att bestämma spricka spridnings frekvens). Resultatet blir den längd som syns på ytan. Crack främre krökning kan dock inte upptäckas.
Förfarandet visade sin tillämplighet på svetsade exemplar presentera en relativt komplicerad yta topologi. Det bör också vara tillämpligt på icke-svetsade prover, eftersom avsaknaden av geometriska Hack bör underlätta DIC mätningar. Ett liknande förfarande har tillämpats i Kovárík et al.20 på icke-notched exemplar.
Dessutom skulle förfarandet också kunna tillämpas för utmattningsprov på servohydrauliska provningsmaskiner. Här skulle Testfrekvensen vara lägre än på en resonanstester maskin. Exponeringstiden av kamerorna kunde thus vara längre, som bör underlätta kamerainställningen.
Sammanfattningsvis erbjuder det presenterade förfarandet ett enkelt sätt att studera utvecklingen av sprickor i utmattningsprov. Det möjliggör detektering av tekniska sprickor och övervakning av sprickspridning (t. ex. för att bestämma sprickspridnings hastigheter i utmattningsprov). Resultatens belysande karaktär underlättar tolkningen och bedömningen. Tekniken är tillämplig på resonanstester maskiner med hög lastning frekvenser utan att avbryta testerna. Mätningarna är helt automatiserade, så ingen kontinuerlig övervakning behövs. Det är tillämpligt på svetsade prover som uppvisar en relativt komplicerad geometri i regionen av intresse. På småskaliga exemplar, det tillåter täckning av hela bredden av preparatet. Dessutom är förfarandet kännetecknas av en enkel installation och grundläggande efter bearbetning, vilket gör det till ett praktiskt alternativ till befintliga metoder.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Finansierat av Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, den tyska forskningsstiftelsen) 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).
