Summary
I denne undersøgelse præsenteres en protokol, der beskriver brugen af mekanoluminescerende (ML) visualisering til overvågning af revneudbredelse og mekanisk opførsel under evaluering af klæbende led.
Abstract
I denne undersøgelse demonstreres og forklares metoder til mekanoluminescerende (ML) visualisering af revneudbredelse og mekanisk opførsel til evaluering af klæbende led. Det første trin involverede prøveforberedelse; en luftspray blev brugt til at påføre ML-maling på overfladen af klæbemiddelfugeprøverne. ML-sensorens ydeevne blev beskrevet for at undersøge måleforholdene. Resultaterne af ML-sensing under en dobbelt cantilever beam (DCB) test og en lap-shear (LS) test er demonstreret, da disse er de hyppigste og mest anvendte metoder til evaluering af klæbemidler. Oprindeligt var det vanskeligt direkte at kvantificere revnespidsen og belastningsfordelingen og koncentrationen, fordi revnespidsen var for lille, og virkningerne af stammen ikke kunne observeres. Mekanoluminescens, revneudbredelse og mekanisk opførsel under mekanisk test kan visualiseres via ML-mønsteret under klæbemiddelevalueringen. Dette giver mulighed for anerkendelse af den nøjagtige position af revnespidserne og anden mekanisk adfærd relateret til strukturel svigt.
Introduction
Mekanoluminescerende (ML) sensormaterialer er funktionelle keramiske pulvere, der udsender intenst lys gentagne gange under mekaniske stimuli. Dette fænomen observeres selv inden for regioner med elastisk deformation 1,2,3,4. Når de spredes på overfladen af en struktur, fungerer individuelle ML-partikler som følsomme mekaniske sensorer, og det todimensionelle (2D) ML-mønster afspejler den dynamiske belastningsfordeling. ML-emissionsmønsteret viser en mekanisk simulering af belastningsfordelingen 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 (figur 1A).
Som vist i figur 1B er ML-sensorer blevet anvendt til at visualisere todimensionel (2D) og tredimensionel (3D) dynamisk mekanisk adfærd i elastiske, plastiske og destruktionsprocesser ved hjælp af kupontestprøver, der omfatter nyere avancerede lette strukturelle materialer (f.eks. Stål med høj trækstyrke5,6, aluminium, kulfiberforstærket plast [CFRP]7), klæbeforbindelsen til skadetolerancedesign8, 9,10,11 og produktkomponenter (f.eks. gear og fleksibel elektronikfil til foldbare telefoner 12 og komplicerede klæbe- og/eller svejsesamlinger, der bruges til validering af computerstøttet teknik [CAE], resulterer i test på laboratorieniveau 2,8,9,10,11 ). Derudover er ML-sensorer med succes blevet brugt i praktiske anvendelser, såsom strukturel sundhedsovervågning (SHM) af bygninger og broer til detektion af revneudbredelse eller sandsynligheden for, at en belastningskoncentration fører til strukturel nedbrydning 2,6,13, overvågning af den indre revneudbredelse i interlaminære lag7,9, forudsigelsen af levetiden for højtrykshydrogenbeholdere 9, slagtest af mobilitet til visualisering af slagbølgeudbredelsen eller excitationen i vibrationstilstand14 og visuel registrering af sportsværktøjer for at bestemme de passende fysiske indstillinger for at øge chancerne for at vinde. I protokollen blev ML-visualisering valgt til overvågning af revneudbredelse og de efterfølgende ændringer i mekanisk adfærd under test af klæbende led.
Der er flere grunde til at vælge dette tema. Den første grund er den betydelige stigning i betydningen af klæbende led i de senere år. På grund af behovet for betydelig CO2 -reduktion og energibesparelse er forskellige typer lette materialer for nylig blevet udviklet og anvendt i mobilitets- og transportindustrien, såsom til biler, fly og tog. Som en del af denne tendens har klæbeteknologi fået betydning som en nøgleteknologi til frit at forbinde forskellige lette materialer (forskellige materialesamlinger) i en multimaterialestrategi15. Desuden er ML-visualiseringsmetoden til bestemmelse af klæbestyrke, især i forskellige materialer, blevet foreslået af forskellige internationale standarder 16,17,18,19,20. Evalueringen af klæbestyrken er i det væsentlige destruktiv test, og den opnåede klæbestyrke kan hovedsageligt klassificeres i to typer: (1) brudsejhedsenergi (Gc), som bestemmes ved hjælp af revneudbredelsens position under belastningspåføringen, og (2) klæbestyrke, som bestemmes ved hjælp af belastningen ved brud på klæbeleddet. Selvom DCB-testen (dobbelt cantilever beam) og single lap-shear (LS) -testen er repræsentative evalueringsmetoder for henholdsvis brudsejhed og klæbestyrke og repræsenterer de hyppigst anvendte klæbemiddeltestmetoder på verdensplan 15,16,17,18,19,20 , er revnespidsen for lille til at skelne mellem belastnings-/belastningsfordelingen. Derfor er brudsejhedsenergiværdien (Gc) meget spredt. Som et resultat af anbefalinger fra forskere, der undersøger klæbemidler og andre individer i branchen, er mekanoluminescerende (ML) visualisering blevet undersøgt til overvågning af revneudbredelse og de efterfølgende ændringer i mekanisk adfærd under evaluering af klæbende leddevaluering 8,9,10,11,21 . Den anden grund til at vælge dette tema i denne protokol er, at stress / belastning er stærkt koncentreret ved revnespidsen, hvilket genererer intens mekanoluminescens ved ML-punktet under revneudbredelse, og dette er potentielt den mest brugervenlige metode blandt forskellige ML-testapplikationer. Derudover kan denne metode anvendes uden avanceret erfaring med prøveforberedelse og meget effektive ML-materialer.
Derfor forklares protokollen for ML-visualisering i denne undersøgelse til overvågning af revneudbredelse og de efterfølgende ændringer i den mekaniske adfærd under evaluering af klæbende led, som vist i figur 2.
Protocol
Denne undersøgelse blev udført ved hjælp af DCB-prøver. DCB er en standard testprøve, der ofte bruges til at studere revnevækst og brudmekanik16,17,18.
1. Forberedelse af prøveemnet
- Udfør overfladeforbehandling inden påføring af ML-malingen (se Materialetabel). Tør testprøvens overflade (som brugeren ønsker at sprøjte ML-malingen på) af med et opløsningsmiddel såsom isopropylalkohol (IPA) eller ethanol til affedtning af overfladen.
- Forbered og påfør ML-malingen ved at følge nedenstående trin.
- 20 g af det primære epoxyreagens til malingen til ML-malingen afvejes (se materialetabellen), herunder SrAl2O4:Eu2+ ML-materialet, og 3,1 g hærdereagens, og de blandes med et organisk opløsningsmiddel såsom toluen og ethylacetat i et målebæger for at opnå en viskositet på 100 mPa·s.
- Påfør ML-malingen på overfladen af DCB-prøven ved at sprøjte ved hjælp af en luftspray eller spraydåse (figur 3).
- Tør prøven gradvist natten over ved stuetemperatur.
BEMÆRK: ML-malingen blev fremstillet ved at blande ML og polymerharpikser. ML-materialer 1,2,3,4 og polymermaterialer kan anvendes i modsætning til kommercielle ML-malinger. Protokollen i denne undersøgelse er imidlertid beskrevet ved hjælp af kommerciel ML-maling eller spraydåser (som vist i figur 3) for at sikre god ydeevne. Selv om indholdet af ML-materialet afhænger af effektiviteten, blev 25 vægt% eller over 50 vægt% af ML-materialet valgt som indholdshastighed i ML-malingen22. Den viskositet, der er beskrevet i trin 1.2.1, blev evalueret ved hjælp af et viskosimeter 8,9 (se materialetabellen).
- Efter behandlingen afhærdes prøven ved opvarmning af ML-malingen, der sprøjtes på prøveemnet, ved 80 °C i 1 time.
BEMÆRK: Betingelserne for efterbehandlingen skal være inden for rækkevidden af betingelser, der er egnede til hærdning af harpiksen i ML-malingen, og som ikke påvirker testemnet og bindingsevnen. - Udfør kvalitetsbekræftelse.
- Bekræft, at den sprøjtede ML-maling er nogenlunde ensartet på overfladen.
- Sørg for en tykkelse på ca. 50-100 μm ved hjælp af et mikroskop eller belægningstykkelsesmåler8 (figur 4).
BEMÆRK: Lav tykkelse er egnet til at forhindre belastningsfordeling i ML-epoxyreagenset. Ensartetheden af den sprøjtede ML-maling er nødvendig for at udnytte ML-visualisering til klæbemiddeltest, fordi intens mekanoluminescens kan observeres ved revnespidsen på grund af den høje spændingskoncentration. Derfor udtrykkes den sprøjtede ML-maling som værende "nogenlunde ensartet" i trin 1.4.1.
2. ML-måling til DCB-testen
- Udfør følgende trin for den eksperimentelle opsætning af målingen af maskinel indlæring.
- Monter ML-malingssprøjteprøven på den mekaniske testmaskine ved hjælp af en speciel zig (se materialetabellen) til DCB-testen16,17,18, som vist i figur 5A.
BEMÆRK: DCB-testprøverne skal overholde internationale standarder for DCB-test 16,17,18. - Kameraer (en CCD, ladningskoblet enhed eller en CMOS, supplerende metaloxidhalvleder; se materialetabellen) foran hver overflade af prøveemnet, således at de vender mod positionen af revnespidsen, der skal overvåges 8,9,10,11,12 (figur 5B ). Kontroller kameraforholdene for at sikre, at det kan optage eftergløden (AG) under den estimerede måletid for den mekaniske test.
BEMÆRK: Selvom et firevejs kamerasystem ikke er obligatorisk for alle prøvens retninger, afhænger antallet af kameraer af ansigtet på den prøve, som brugeren ønsker at fokusere på og optage.
- Monter ML-malingssprøjteprøven på den mekaniske testmaskine ved hjælp af en speciel zig (se materialetabellen) til DCB-testen16,17,18, som vist i figur 5A.
- Udfør ML-observation i DCB-testen.
- Indstil omgivelserne for at sikre mørke forhold.
- Indstil kameraets optagelsesbetingelser: optagelseshastighed = 1 eller 2 billeder i sekundet (fps); eksponeringstid = 0,5 s eller 1 s; og gevinst = maksimum.
- Bestråle den ML-malingssprøjtede DCB-prøve med 470 nm blåt lys til excitation ved hjælp af en blå LED (se materialetabellen) fra hver kameraretning i 1 min.
- Start kameraet med at optage 5 s, før du afslutter bestrålingen af blåt lys.
- Vent i mørk tilstand i 1 minut for at sikre, at eftergløden lægger sig.
BEMÆRK: Afviklingstiden kan ændres i henhold til typen af ML-sensormateriale og kamera, især i forhold til balancen mellem mekanoluminescens og efterglødintensiteter i de optagede film. - Anvend en mekanisk belastning16,17,18 ved hjælp af en mekanisk testmaskine med en belastningshastighed på 1 mm/min for at få udførsel af ML-billedet (figur 5C og film 1).
- Revnelængden (a) beregnes ved hjælp af oplysningerne om revnespidspositionen, som bestemmes ud fra ML-punktet under revneudbredelse i ML-malingssprøjteprøven (film 1), for at opnå brudsejheden, G1c (kJ/m2), værdi ved hjælp af ligning 1 8,9,16,17,18.
BEMÆRK:
(Ligning 1)
hvor 2 H angiver tykkelsen (mm) af DCB-prøven, B angiver prøvens bredde, λ angiver overensstemmelse med revneåbningsforskydning (COD) (mm/N), Pc angiver belastningen (N), og α 1 angiver hældningen på (a/2H) og (B/λ)1/3.
(Ligning 1)3. ML-måling for lap-shear (LS) -testen
- Til den eksperimentelle opsætning af ML-målingerne monteres den ML-malingssprøjtede LS-prøve på en mekanisk testmaskine19,20, som vist i figur 6A.
- Kameraerne (et CCD- eller CMOS-kamera) anbringes foran hver overflade af prøveemnet, således at de vender mod placeringen af den revnespids, der skal overvåges (figur 6A).
BEMÆRK: LS-testprøverne skal overholde internationale standarder for LS-testen19,20. I tilfælde af forskellige materialesamlinger vises forskellige belastningsfordelinger på hver af de fire overflader af LS-prøverne. Således anbefales et firevejs kamerasystem eller mindst et tovejs kamerasystem til brug på hver af de fire overflader, som vist i figur 6A, for at fange to overflader med hvert kamera i en 45 ° vinkel på hver overflade. - Udfør ML-observationen i lap-shear (LS) testen.
- Oprethold mørke forhold.
- Indstil kameraets optagelsesbetingelser: optagelseshastighed = 10-50 fps; eksponeringstid = 0,02 s eller 0,1 s; gevinst = maksimum.
- Bestråle den ML-malingssprøjtede DCB-prøve med 470 nm blåt lys til excitation ved hjælp af en blå LED fra hver kameraretning i 1 min.
- Start kameraet med at optage 5 s, før du afslutter bestrålingen af blåt lys.
- Vent i mørk tilstand i 30 s for eftergløden at slå sig ned.
BEMÆRK: Nedtrapningstiden kan ændres i henhold til det anvendte ML-sensormateriale og kamera, især i forhold til balancen mellem mekanoluminescens og efterglødintensiteter i de optagede film. - Påfør en mekanisk belastning på 19,20 ved hjælp af en mekanisk testmaskine med en belastningshastighedpå 1-5 mm/min for at få udleveret ML-billederne (figur 6B og film 2).
4. Oplysninger til måling af ml og dataanalyse
- Udfør excitation før ML-testen.
- Selv om ML-intensiteten er proportional med belastningsenergien, falder ML-intensiteten gradvist i henhold til belastningscyklusserne 2,3,6,12, som vist i figur 7A. Udfør derfor excitation før ML-testen for at generere reproducerbare ML-resultater, som nævnt i trin 2.2.3 og trin 3.2.3.
- Vælg ventetiden for et højt ML/AG-forhold.
BEMÆRK: ML-sensoren viser eftergløden (AG) efter excitation som en lang vedvarende fosfor og viser mekanoluminescensen i det øjeblik, belastningsapplikationen finder sted, som vist i figur 7B.- Vælg ventetiden efter excitation og kamerabetingelserne for at sikre, at forholdet mellem ML/AG (det såkaldte ML-indeks) er tilstrækkeligt højt (som nævnt i trin 2.2.4 og trin 3.2.4), fordi eftergløden fungerer som basisstøj mod ML-mønsteret (dvs. målesignalet)2,3,4.
- Bestem det højeste ML-punkt.
- Bestem revnespidsens position ved at genkende positionen med det højeste ML-punkt som revnespidsen 8,9.
BEMÆRK: Det højeste ML-punkt kan bestemmes via visuel inspektion, billedbehandlingssoftware, et automatisk overvågningssystem og en ML-film, som vist i supplerende figur 1.
- Bestem revnespidsens position ved at genkende positionen med det højeste ML-punkt som revnespidsen 8,9.
- Opret et ML-konturbillede.
- Hvis ML-punkterne og mønstrene er vanskelige at skelne, skal du oprette et ML-konturbillede og bruge ML-mønstre ved at konvertere ML raw-billederne ved hjælp af en billedbehandlingssoftware, såsom ImageJ (se materialetabellen), som vist i figur 8.
Representative Results
ML-billeder og film under DCB- og LS-testen blev indsamlet ved hjælp af henholdsvis tovejs- og firevejskameraer.
Figur 5C viser ML-billederne og filmene i sidevisningen, som kan bruges til at genkende revnespidsen. Desuden vises det øverste billede for at afspejle fejlfronten ved revneudbredelsestiden under DCB-testen. I dette tilfælde var klæberne sandblæst aluminium (A5052, se materialetabellen), klæbemidlet var sammensat af to komponenter af epoxyklæbemiddel, og geometrien overholdt internationale standarder. Med hensyn til ML-adfærd i sidebilledet blev der observeret intens mekanoluminescens ved positionen af den oprindelige revne på grund af belastningskoncentrationen på dette tidspunkt. Derefter blev bevægelse af ML-punktet, som afspejler revnespidsen, observeret på klæbemiddellaget ved revneformeringstiden. Ved hjælp af ML-billeder i DCB-testen blev revnespidsens position under revneudbredelse defineret og brugt til at beregne revneudbredelseslængden (a) og den tilhørende brudsejhed, G1c, værdi, som forklaret i trin 2.2.7.
Figur 6B viser ML-konturbilleder og -film under LS-testen. Billederne og filmene blev optaget ved hjælp af et firevejs kamerasystem. I dette tilfælde var klæbemidlerne sandblæst aluminium (A5052), og klæbemidlet var et to-komponent epoxyklæbemiddel. Figur 6B giver tydeligt oplysninger om den mekaniske opførsel under ødelæggelsesprocessen af klæbeleddet med en enkelt omgang. Kort sagt blev intens mekanoluminescens først observeret ved kanterne af de klæbende bundne og lappede områder. For det andet flyttede ML-punkterne fra klæbekanterne til midten langs klæbemiddellaget for at blive vist sammen i venstre og højre visning af ML-billedet. Endelig, efter at have kombineret de to ML-punkter i midten, blev der observeret intens mekanoluminescens ved midtpunktet i klæbemiddellaget. ML-billeder i LS-testen kan bruges til at forstå klæbeforbindelsernes mekaniske opførsel under destruktionsprocessen, hvilket er vanskeligt at simulere.
Figur 1: Egenskaber for ML-sensoren . (A) Mekanoluminescens under trækbelastning for en rustfri stålplade med et hul og numerisk analyse (simulering) af Mises-stammefordelingen. (B) Eksempler på ML visuel sensing for at visualisere den dynamiske 2D / 3D mekaniske opførsel af produkter, strukturelle materialer og 3D-printmaterialer under anvendelse af mekanisk belastning, vibrationer og stød. Pilene med et "F" angiver kraftens retning under mekanisk belastning. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: ML visuel sensing til forskellige internationalt standardiserede klæbende evalueringstest. Disse standarder beskriver metoderne til at opnå forskellige indekser af klæbestyrke, såsom brudsejhedsenergi (Gc), trækforskydningsstyrke (TSS), skrælstyrke og krydsspændingsstyrke (CTS). Pilene angiver kraftens retning under mekanisk belastning. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Påføring af ML-sensormaling . (A) Eksempler på ML-maling og spraydåser og (B) et fotografi af sprøjtning. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Illustration af ML-malingssprøjtede prøver. (A) En DCB-prøve og (B) en LS-prøve. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5: ML-måling under DCB-testen . (A) Fotografi af forsøgsopsætningen og (B) illustration af kamerapositionerne. (C) ML-måling under DCB-testen. CAM 1 og CAM 2 angiver det CCD-kamera, der er beskrevet i trin 2.1.2. Pilene angiver kraftens retning under mekanisk belastning. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 6: ML-måling under LS-testen. (A) Den eksperimentelle opsætning og (B) ML-måling under LS-testen ved hjælp af et firevejs kamerasystem. Pilene angiver kraftens retning under mekanisk belastning. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 7: Grundlæggende egenskaber for den anvendte ML-sensor . (A) ML-intensiteten på tværs af belastningscyklusser og (B) forholdet mellem ML- og AG-intensiteter og ventetid efter excitation ved hjælp af en blå LED. Indsatsen illustrerer definitionen af ML- og AG-intensiteterne i tidsluminanskurven. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 8: Sammenligning af ML-udtryk i ML-billederne . (A) Det rå billede i 12-bit gråtoner og (B) konturbilledet. Pilene med "F" angiver kraftens retning under mekanisk belastning. Klik her for at se en større version af denne figur.
Film 1: ML-film under DCB-testen. Optagelseshastighed: 1 fps. Klik her for at downloade denne film.
Film 2: ML-film under LS-testen. Optagelseshastighed: 25 fps. Klik her for at downloade denne film.
Supplerende figur 1: Metoder til at skelne positionen for punktet med højeste ML-intensitet. (A) Visuel inspektion, (B) billedbehandlingssoftware og (C) automatisk overvågningssystem. Klik her for at downloade denne fil.
Discussion
Med hensyn til ML-adfærden observeret fra siden blev intens mekanoluminescens, der stammer fra belastningskoncentrationen, registreret ved spidsen af den oprindelige revne (figur 5C). Derefter blev bevægelse af ML-punktet observeret langs klæbemiddellaget ved revneformeringstiden, hvilket afspejler revnespidsen. I tidligere undersøgelser viste mikroskopiske observationer, at det højeste ML-punkt kun var 0-20 μm foran revnespidsen og kunne anvendes som reference for revnespidsposition8. I den konventionelle metode identificeres revnespidsen via visuel inspektion, men dette fører til en betydelig mængde menneskelige fejl på grund af revnespidsens lille størrelse, selv når der bruges et forstørrelsesglas. Specifikt kræves tålmodighed for at markere placeringen af revnespidsen under DCB-testen, hvilket igen kræver flere minutter, især for strukturelle klæbende samlinger16,17,18. Derfor er ML-visualisering i DCB-testen vigtig for at identificere placeringen af revnespidsen automatisk og med højere præcision. Tidligere blev placeringen og formen af ML-linjen på den øverste visning vist at synkronisere med revnesvigtets frontlinje i klæbemiddellaget9. Derfor blev ML-sensing i det øverste billede af klæberen brugt som en indikator for de indre revner fra ydersiden af klæberen.
Begrænsningerne ved denne metode omfatter imidlertid det mørke testmiljø og faldet i ML- og AG-intensiteten under DCB-testen over flere minutter, som vist i figur 7B. Dette fører til et uklart ML-punkt- og AG-mønster, som afspejler henholdsvis revnespidsen og prøvegeometrien. For at overvinde denne begrænsning blev infrarødt lys, såsom lys ved en bølgelængde på 850 nm, der ikke påvirker SrAl2O4: Eu2+ ML-materiale, brugt til at bestråle DCB-prøven under DCB-testen for at afklare tilstanden af prøven9. Alternativt bruges blåt lys ved 470 nm til at belyse prøven i 1 s hvert 5. minut eller 10. minut for at genvinde ML- og AG-intensiteterne, selv under DCB-testen2,9, som forklaret i figur 7A.
ML-konturbilleder og film under LS-testen blev optaget ved hjælp af et firevejs kamerasystem (figur 6C). I dette tilfælde var klæbemidlerne sandblæst aluminium (A5052), og klæbemidlet var et to-komponent epoxyklæbemiddel. Trækforskydningsstyrken (TSS) var 23 MPa, som blev beregnet ved hjælp af belastningsværdien (N) ved brud under trækbelastning og det klæbende bundne område (mm2). Desuden kan TSS-værdien betragtes som en indikator for styrken af et strukturelt klæbende led18. Selvom TSS-værdien normalt bruges som et indeks for klæbestyrke, blev baggrundens fysiske egenskaber, såsom mekanisk adfærd, som er afgørende for at forbedre leddesignet, ikke undersøgt.
ML-billederne gav tydeligt oplysninger om den mekaniske opførsel under ødelæggelsesprocessen af klæbeleddet med en enkelt omgang (figur 6C). Kort fortalt blev intens mekanoluminescens først observeret ved kanten af det klæbende bundne og lappede område, hvilket viser belastningskoncentrationen i det tidlige stadium af LS-testen. For det andet flyttede ML-punkterne fra begge klæbekanter til midten langs klæbemiddellaget for at blive vist sammen i venstre og højre visning af ML-billederne. Dette indikerer forskydningsbelastning og revneudbredelse langs klæbemiddellaget, hvilket betegner sammenhængende svigt (CF) i dette tilfælde.
Derudover indikerede ML-linjerne i for- og bagsidevisningen forekomsten af revneudbredelse, hvilket er det samme fænomen som i DCB-testen. Endelig, efter at de to ML-punkter blev kombineret i midten, blev der observeret intens mekanoluminescens ved midtpunktet i klæbemiddellaget. Dette indikerede belastningskoncentrationen i klæbemiddellaget og den efterfølgende generation af en tværgående revne over klæbemiddellaget, svarende til i et tidligere arbejde11. Disse oplysninger er nyttige til at bestemme placeringen af stress/belastningskoncentrationen. Derfor indebærer det, at forbedring af stressspredning er nødvendig for at opnå et stærkt og pålideligt fælles design.
I modsætning til DCB-testen forårsager LS-testen højhastighedsbrud af klæbende led. LS-testen genererer en høj belastningshastighed i klæbemiddellaget, som efterfølges af meget intens mekanoluminescens, der mætter i det optagede ML-billede, akkumulerer mange begivenheder i et billede og producerer et uklart ML-billede. I disse tilfælde kan et smart valg af optagelseshastighed bruges til fejlfinding (f.eks. valg af en høj optagelseshastighed, f.eks. 25 fps, som passer til begivenhedens hastighed i LS-testen)11.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Denne forskning blev støttet af et banebrydende projekt bestilt af New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) og Research and Development Program for Promoting Innovative Clean Energy Technologies through International Collaboration (JPNP20005) bestilt af NEDO. N. T. er taknemmelig for Shimadzu Co. for at levere den automatiske overvågningssoftware til at skelne mellem punkterne med højeste ML-intensitet i supplerende figur 1. N. T. er taknemmelig for fru Y. Nogami og fru H. Kawahara for at sprøjte ML-malingen til ML-test. Derudover er N. T. taknemmelig for fru Y. Kato, fru M. Iseki, fru Y. Sugawa, fru C. Hirakawa, fru Y. Sakamoto og fru S. Sano for at hjælpe med ML-målinger og analyse i 4D visual sensing team (AIST).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aluminum plate | Engineering Test Service Co.,Ltd. | A5052 | A5052 is defined name as quality of aluminum in standards. |
| Blue LED | MORITEX Co. | MBRL-CB13015 | |
| Camera | Baumer | TXG04 or VLU-12 | CCD or CMOS |
| Coating thickness gauge | KETT | LZ-373 | |
| Epoxy adhesive | Nagase ChemteX Co. | Denatite2202 | structual adehsive |
| ImageJ | National Institutes of Health | Image J 1.53K | Image processing software |
| Mechanical testing machine | SHIMADZU Co. | EZ Test EZ-LX | |
| Mechanoluminescnet (ML) paint | Sakai Chemical Industry Co. Ltd. | ML-F2ET3 | The ML paint in 1.1 is 2 components epoxy paint , and consisting of epoxy main reagent and curing reagent as described in 1.2.1. SrAl2O4:Eu2+ ML ceramic perticle is including in main epoxy reagent. |
| Microscope | keyence | VHX-6000 | |
| Stainless steel plate | Engineering Test Service Co.,Ltd. | SUS631 | A631 is defined name as quality of stainless steel in standards. |
| Viscometer | Sekonic. Co. | Viscomate VM-10A |
References
- Xu, C. -N., Watanabe, T., Akiyama, M., Zheng, X. -G. Direct view of stress distribution in solid by mechanoluminescence. Applied Physics Letters. 74 (17), 2414-2417 (1999).
- Xu, C. -N., Ueno, N., Terasaki, N., Yamada, H. Mechanoluminescence and Novel Structural Health Diagnosis. NTS Inc. , (2012).
- Terasaki, N. Innovative first step toward mechanoluminescent ubiquitous light source for trillion sensors. Sensors and Materials. 28 (8), 827-836 (2016).
- Feng, A., Smet, P. F. A review of mechanoluminescence in inorganic solids: Compounds, mechanisms, models and applications. Materials. 11 (4), 484 (2018).
- Terasaki, N., Xu, C. -N. Mechanoluminescence recording device integrated with photosensitive material and europium-doped SrAl2O4. Japanese Journal of Applied Physics. 48, (2009).
- Terasaki, N., Xu, C. -N. Historical-log recording system for crack opening and growth based on mechanoluminescent flexible sensor. IEEE Sensors Journal. 13 (10), 3999-4004 (2013).
- Terasaki, N., Fujio, Y., Sakata, Y. Visualization of strain distribution and portent of destruction in structural material through mechanoluminescence. 35th International Committee on Aeronautical Fatigue and Structural Integrity (ICAF) Conference and 29th ICAF Symposium (ICAF. 75, 1961-1967 (2017).
- Terasaki, N., Fujio, Y., Sakata, Y., Horiuchi, S., Akiyama, H. Visualization of crack propagation for assisting double cantilever beam test through mechanoluminescence). The Journal of Adhesion. 94 (11), 867-879 (2018).
- Terasaki, N., Fujio, Y., Horiuchi, S., Akiyama, H. Mechanoluminescent studies of failure line on double cantilever beam (DCB) and tapered-DCB (TDCB) test with similar and dissimilar material joints. International Journal of Adhesion and Adhesives. 93, 40-46 (2019).
- Terasaki, N., Fujio, Y., Horiuchi, S., Akiyama, H., Itabashi, M. Mechanoluminescent study for optimization of joint design on cross tension test. The Journal of Adhesion. 98 (6), 637-646 (2022).
- Terasaki, N., Fujio, Y., Sakata, Y., Uehara, M., Tabaru, T. Direct visualization of stress distribution related to adhesive through mechanoluminescence. ECS Transactions. 75 (45), 9-16 (2017).
- Terasaki, N., Ando, N., Hyodo, K. Mechanoluminescence visual inspection of micro-crack generation through fatigue process in flexible electronics film. Japanese Journal of Applied Physics. 61, (2022).
- Terasaki, N., Xu, C. -N., Yasuda, K., Ichinose, L. Fatigue crack detection of steel truss bridge by using mechanoluminescent sensor. Proceedings of Sixth International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management (IABMAS). 6, 2542-2549 (2012).
- Fujio, Y., et al. Sheet sensor using SrAl2O4: Eu mechanoluminescent material for visualizing inner crack of high-pressure hydrogen vessel). International Journal of Hydrogen Energy. 41 (2), 1333-1340 (2015).
- Da Silva, L. F. M., Öchsner, A., Adams, R. Handbook of Adhesion Technology., 2nd edition. , Springer. Cham, Switzerland. (2018).
- International Organization for Standardization. ISO 22838:2020. Composites and reinforcements fibres - Determination of the fracture energy of bonded plates of carbon fibre reinforced plastics (CFRPs) and metal using double cantilever beam specimens. International Organization for Standardization. , (2020).
- International Organization for Standardization. ISO 25217:2009. Adhesives - Determination of the mode 1 adhesive fracture energy of structural adhesive joints using double cantilever beam and tapered double cantilever beam specimens. International Organization for Standardization. , (2009).
- International Organization for Standardization. ISO 15024:2001. Fibre-reinforced plastic composites - Determination of mode I interlaminar fracture toughness, GIC, for unidirectionally reinforced materials. International Organization for Standardization. , (2001).
- International Organization for Standardization. ISO 4587:2003. Adhesives-Determination of tensile lap-shear strength of rigid-to-rigid bonded assemblies. International Organization for Standardization. , (2003).
- International Organization for Standardization. ISO 22841:2021. Composites and reinforcements fibres-Carbon fibre reinforced plastics(CFRPs) and metal assemblies-Determination of the tensile lap-shear strength. International Organization for Standardization. , (2021).
- International Organization for Standardization. ISO/CD 8065. Composites and reinforcements fibres - Mechanoluminescent visualization method of crack propagation for joint evaluation. International Organization for Standardization. , (2022).
- Azad, A. I., Rahimi, M. R., Yun, G. J. Quantitative full-field strain measurements by SAOED (SrAl2O4:Eu2+,Dy3+) mechanoluminescent materials. Smart Material Structure. 25 (9), 095032 (2016).
