Summary
I denne studien presenteres en protokoll som beskriver bruken av mekanoluminescerende (ML) visualisering for overvåking av sprekkutbredelse og mekanisk oppførsel under klebende leddevalueringstesting.
Abstract
I denne studien demonstreres og forklares metoder for mekanoluminescerende (ML) visualisering av sprekkutbredelse og mekanisk oppførsel for å evaluere klebende ledd. Det første trinnet involverte prøvepreparering; en luftspray ble brukt til å påføre ML-maling på overflaten av limskjøteprøvene. Ytelsen til ML-sensoren ble beskrevet for å undersøke måleforholdene. Resultatene av ML-sensing under en dobbel cantilever beam (DCB) test og en lap-shear (LS) test er demonstrert da disse er de mest og mest brukte metodene for evaluering av lim. Opprinnelig var det vanskelig å kvantifisere sprekkspissen og belastnings-/spenningsfordelingen og konsentrasjonen direkte fordi sprekkspissen var for liten, og effekten av tøyningen ikke kunne observeres. Mekanoluminescens, sprekkutbredelse og mekanisk oppførsel under mekanisk testing kan visualiseres via ML-mønsteret under limevalueringen. Dette gjør det mulig å gjenkjenne den nøyaktige posisjonen til sprekkspissene og annen mekanisk oppførsel relatert til strukturell svikt.
Introduction
Mekanoluminescerende (ML) sensormaterialer er funksjonelle keramiske pulver som avgir intenst lys gjentatte ganger under mekaniske stimuli. Dette fenomenet observeres selv innenfor regioner med elastisk deformasjon 1,2,3,4. Når de spres på overflaten av en struktur, fungerer individuelle ML-partikler som følsomme mekaniske sensorer, og det todimensjonale (2D) ML-mønsteret gjenspeiler den dynamiske belastningsfordelingen. ML-emisjonsmønsteret presenterer en mekanisk simulering av tøyningsfordelingen 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 (figur 1A).
Som vist i figur 1B, har ML-sensorer blitt brukt til å visualisere todimensjonal (2D) og tredimensjonal (3D) dynamisk mekanisk oppførsel i elastiske, plastiske og destruksjonsprosesser ved hjelp av kupongtestprøver som består av nyere avanserte lette strukturelle materialer (f.eks. stålmed høy strekkfasthet 5,6, aluminium, karbonfiberforsterket plast [CFRP]7), limfugen for skadetoleransedesign8, 9,10,11 og produktkomponenter (f.eks. gir og fleksibel elektronikkfil for sammenleggbare telefoner 12, og kompliserte lim- og/eller sveiseskjøter som brukes til validering av dataassistert konstruksjon [CAE] resulterer i testing på laboratorienivå 2,8,9,10,11 ). I tillegg har ML-sensorer blitt brukt med hell i praktiske anvendelser, for eksempel strukturell helseovervåking (SHM) av bygninger og broer for å oppdage sprekkutbredelse eller sannsynligheten for at en belastningskonsentrasjon fører til strukturell nedbrytning 2,6,13, overvåking av den indre sprekkutbredelsen i interlaminære lag7,9, prediksjonen av levetiden til høytrykks hydrogenbeholdere 9, slagtester av mobilitet for visualisering av slagbølgeutbredelse eller eksitasjon i vibrasjonsmodus14, og visuell sensing av sportsverktøy for å bestemme passende fysiske innstillinger for å øke sjansene for å vinne. I protokollen ble ML-visualisering valgt for overvåking av sprekkutbredelse og de påfølgende endringene i mekanisk oppførsel under testing av klebende leddevaluering.
Det er flere grunner til å velge dette temaet. Den første grunnen er den betydelige økningen i betydningen av klebende ledd de siste årene. Nylig, på grunn av behovet for betydelig CO2-reduksjon og energisparing, har ulike typer lette materialer blitt utviklet og anvendt i mobilitets- og transportindustrien, for eksempel for biler, fly og tog. Som en del av denne trenden har limteknologi fått betydning som en nøkkelteknologi for fritt å sammenføye forskjellige lette materialer (forskjellige materialfuger) i en multimaterialstrategi15. Videre har ML-visualiseringsmetoden for å bestemme klebestyrke, spesielt i forskjellige materialer, blitt foreslått av ulike internasjonale standarder 16,17,18,19,20. Evalueringen av klebemiddelstyrken er i hovedsak destruktiv testing, og den oppnådde klebestyrken kan hovedsakelig klassifiseres i to typer: (1) bruddseighetsenergi (Gc), som bestemmes ved bruk av posisjonen til sprekkutbredelse under lastapplikasjonen, og (2) klebestyrke, som bestemmes ved bruk av belastningen ved brudd på klebeleddet. Selv om dobbestrålen (DCB) test og enkelt lap-skjær (LS) test er representative evalueringsmetoder for henholdsvis bruddseighet og klebestyrke, og representerer de mest brukte klebemiddelprøvingsmetodene over hele verden 15,16,17,18,19,20 er sprekkspissen for liten til å skille mellom spennings-/tøyningsfordelingen. Derfor er verdien av bruddseighetsenergi (Gc) svært spredt. Som et resultat av anbefalinger fra forskere som undersøker lim og andre individer i bransjen, har mekanoluminescerende (ML) visualisering blitt undersøkt for overvåking av sprekkutbredelse og de påfølgende endringene i mekanisk oppførsel under testing av klebende leddevaluering 8,9,10,11,21 . Den andre grunnen til å velge dette temaet i denne protokollen er at spenning/belastning er svært konsentrert ved sprekkspissen, noe som genererer intens mekanoluminescens ved ML-punktet under sprekkutbredelse, og dette er potensielt den mest brukervennlige metodikken blant ulike ML-testapplikasjoner. I tillegg kan denne metoden brukes uten avansert erfaring i prøvepreparering og svært effektive ML-materialer.
Derfor, i denne studien, forklares protokollen for ML-visualisering for overvåking av sprekkutbredelse og de påfølgende endringene i mekanisk oppførsel under klebende leddevalueringstesting, som vist i figur 2.
Protocol
Denne studien ble utført ved bruk av DCB-prøver. DCB er et standard testeksemplar som ofte brukes til å studere sprekkvekst og bruddmekanikk16,17,18.
1. Fremstilling av testprøven
- Utfør overflatebehandling før påføring av ML-maling (se materialtabell). Tørk testprøveoverflaten (som brukeren vil sprøyte ML-malingen på) med et løsningsmiddel som isopropylalkohol (IPA) eller etanol for overflateavfetting.
- Forbered og påfør ML-malingen ved å følge trinnene nedenfor.
- Vei 20 g av det viktigste epoksyreagenset for ML-malingen (se materialtabellen), inkludert SrAl 2 O4: Eu2+ ML-materiale, og 3,1 g av herdemidlet, og bland dem med et organisk løsningsmiddel som toluen og etylacetat i en målebeger for å oppnå en viskositet på 100 mPa · s.
- Påfør ML-malingen på overflaten av DCB-prøven ved å spraye med en luftspray eller sprayboks (figur 3).
- Tørk prøven gradvis over natten ved romtemperatur.
MERK: ML-malingen ble fremstilt ved å blande ML og polymerharpikser. ML-materialer 1,2,3,4 og polymermaterialer kan brukes i motsetning til kommersielle ML-malinger. Protokollen i denne studien er imidlertid beskrevet ved bruk av kommersiell ML-maling eller spraybokser (som vist i figur 3) for å sikre god ytelse. Selv om innholdshastigheten til ML-materialet avhenger av effektiviteten, ble 25 vekt% eller over 50 vekt% av ML-materialet valgt som innholdshastighet i ML-maling22. Viskositeten beskrevet i trinn 1.2.1 ble evaluert ved hjelp av et viskosimeter 8,9 (se materialtabellen).
- Etter behandling, kurer prøven ved å varme opp ML-malingen som sprøytes på prøven ved 80 °C i 1 time.
MERK: Betingelsene for etterbehandlingen må være innenfor de tilstandene som er egnet for herding av harpiksen til ML-malingen, og som ikke påvirker teststykket og bindingsytelsen. - Utfør kvalitetsbekreftelse.
- Bekreft at den sprayede ML-malingen er omtrent jevn på overflaten.
- Sørg for en tykkelse på ca. 50-100 μm ved hjelp av et mikroskop eller beleggtykkelsesmåler8 (figur 4).
MERK: Lav tykkelse er egnet for å forhindre belastningsfordeling i ML-epoksyreagenset. Ensartetheten til den sprayede ML-malingen er nødvendig for å bruke ML-visualisering for limtesting fordi intens mekanoluminescens kan observeres ved sprekkspissen på grunn av den høye spenningskonsentrasjonen. Derfor uttrykkes den sprayede ML-malingen som "omtrent jevn" i trinn 1.4.1.
2. ML-måling for DCB-testen
- For det eksperimentelle oppsettet for ML-målingen utfører du følgende trinn.
- Monter ML-malingssprøyteprøven på den mekaniske testmaskinen ved hjelp av en spesiell sikk (se materialtabellen) for DCB-testen16,17,18, som vist i figur 5A.
MERK: DCB-testprøvene må overholde internasjonale standarder for DCB-tester16,17,18. - Plasser kameraer (en CCD, ladekoblet enhet eller en CMOS, komplementær metalloksidhalvleder; se materialtabellen) foran hver overflate av testprøven slik at de vender mot posisjonen til sprekkspissen som skal overvåkes 8,9,10,11,12 (figur 5B ). Kontroller kameraforholdene for å sikre at det kan ta opp ettergløden (AG) under den estimerte måletiden for den mekaniske testingen.
MERK: Selv om et fireveis kamerasystem ikke er obligatorisk for alle instruksjonene til prøven, er antall kameraer avhengig av ansiktet på prøven som brukeren ønsker å fokusere på og ta opp.
- Monter ML-malingssprøyteprøven på den mekaniske testmaskinen ved hjelp av en spesiell sikk (se materialtabellen) for DCB-testen16,17,18, som vist i figur 5A.
- Utfør ML-observasjon i DCB-testen.
- Still inn omgivelsene for å sikre mørke forhold.
- Still inn kameraets opptaksforhold: opptakshastighet = 1 eller 2 bilder per sekund (fps); eksponeringstid = 0,5 s eller 1 s; og gevinst = maksimum.
- Bestråle ML-malingssprayet DCB-prøve med 470 nm blått lys for eksitasjon ved hjelp av en blå LED (se materialtabellen) fra hver kameraretning i 1 min.
- Start kameraet med å ta opp 5 s før du fullfører bestrålingen av blått lys.
- Vent i mørk tilstand i 1 min for å sikre at ettergløden legger seg.
MERK: Sedimenteringstiden kan endres i henhold til typen ML-sensormateriale og kamera, spesielt i forhold til balansen mellom mekanoluminescens og etterglødsintensiteter i de innspilte filmene. - Påfør en mekanisk belastning på16,17,18 ved hjelp av en mekanisk testmaskin med en lastehastighet på 1 mm/min for å få ML-bildet (figur 5C og film 1).
- Beregn sprekklengden (a) ved å bruke informasjonen om sprekkspissposisjonen, som bestemmes fra ML-punktet under sprekkutbredelse i ML-malingssprøytet prøve (film 1), for å oppnå bruddseigheten, G1c (kJ / m2), verdi ved hjelp av ligning 1 8,9,16,17,18.
MERK:
(Ligning 1)
der 2 H angir tykkelsen (mm) på DCB-prøven, B angir prøvens bredde, λ betegner samsvar med sprekkåpningsforskyvningen (COD) (mm/N), PC betegner belastningen (N) og α 1 angir helningen til (a/2H) og (B/λ)1/3.
(Ligning 1)3. ML-måling for lap-shear (LS) test
- For det eksperimentelle oppsettet for ML-målingene, monter ML-malingssprayet LS-prøve på en mekanisk testmaskin19,20, som vist i figur 6A.
- Plasser kameraer (et CCD- eller CMOS-kamera) foran hver overflate av testprøven slik at de vender mot posisjonen til sprekkspissen som skal overvåkes (figur 6A).
MERK: LS-testprøvene må overholde internasjonale standarder for LS-testen19,20. Ved ulike materialskjøter vil det vises forskjellige tøyningsfordelinger på hver av de fire overflatene på LS-prøvene. Derfor anbefales et fireveis kamerasystem eller i det minste et toveis kamerasystem for bruk på hver av de fire overflatene, som vist i figur 6A, for å fange to overflater med hvert kamera i en 45 ° vinkel mot hver overflate. - Utfør ML-observasjonen i lap-shear (LS) -testen.
- Oppretthold mørke forhold.
- Still inn kameraets opptaksforhold: opptakshastighet = 10-50 bilder per sekund; eksponeringstid = 0,02 s eller 0,1 s; gevinst = maksimum.
- Bestråle ML-malingssprayet DCB-prøve med 470 nm blått lys for eksitasjon ved hjelp av en blå LED fra hver kameraretning i 1 min.
- Start kameraet med å ta opp 5 s før du fullfører bestrålingen av blått lys.
- Vent i mørk tilstand i 30-årene til ettergløden roer seg.
MERK: Sedimenteringstiden kan endres i henhold til ML-sensormaterialet og kameraet som brukes, spesielt i forhold til balansen mellom mekanoluminescens og etterglødsintensiteter i de innspilte filmene. - Påfør en mekanisk belastning19,20 ved hjelp av en mekanisk testmaskin med en lastehastighet på 1-5 mm / min for å oppnå ML-bildene (figur 6B og film 2).
4. Informasjon for ML-måling og dataanalyse
- Utfør eksitasjon før ML-testen.
- Selv om ML-intensiteten er proporsjonal med belastningsenergien, reduseres ML-intensiteten gradvis i henhold til belastningssyklusene 2,3,6,12, som vist i figur 7A. Utfør derfor eksitasjon før ML-testen for å generere reproduserbare ML-resultater, som nevnt i trinn 2.2.3 og trinn 3.2.3.
- Velg ventetid for et høyt ML/AG-forhold.
MERK: ML-sensoren viser ettergløden (AG) etter eksitasjon som en lang vedvarende fosfor og viser mekanoluminescensen i øyeblikket av lastapplikasjonen, som vist i figur 7B.- Velg ventetid etter eksitasjon og kameraforholdene for å sikre at forholdet mellom ML/AG (den såkalte ML-indeksen) er tilstrekkelig høyt (som nevnt i trinn 2.2.4 og trinn 3.2.4) fordi ettergløden fungerer som basisstøy mot ML-mønsteret (dvs. målesignalet)2,3,4.
- Bestem det høyeste ML-punktet.
- Bestem posisjonen til sprekkspissen ved å gjenkjenne posisjonen med det høyeste ML-punktet som sprekkspissen 8,9.
MERK: Det høyeste ml-punktet kan bestemmes via visuell inspeksjon, bildebehandlingsprogramvare, et automatisk overvåkingssystem og en ML-film, som vist i supplerende figur 1.
- Bestem posisjonen til sprekkspissen ved å gjenkjenne posisjonen med det høyeste ML-punktet som sprekkspissen 8,9.
- Lag et ML-konturbilde.
- Hvis ML-punktene og -mønstrene er vanskelige å skille, kan du opprette et ML-konturbilde og bruke ML-mønstre ved å konvertere ML-råbildene ved hjelp av et bildebehandlingsprogram, for eksempel ImageJ (se materialtabellen), som vist i figur 8.
Representative Results
ML-bilder og filmer under DCB- og LS-testen ble samlet inn ved hjelp av henholdsvis toveis og fireveis kameraer.
Figur 5C viser ML-bildene og filmene i sidevisningen, som kan brukes til å gjenkjenne sprekkspissen. Videre vises toppvisningen for å gjenspeile feilfronten ved sprekkutbredelsestiden under DCB-testen. I dette tilfellet var tilhengerne sandblåst aluminium (A5052, se materialtabellen), limet var sammensatt av to komponenter av epoksylim, og geometrien overholdt internasjonale standarder. Når det gjelder ML-oppførselen i sidevisningen, ble det observert intens mekanoluminescens ved posisjonen til den første sprekken på grunn av belastningskonsentrasjonen på dette tidspunktet. Deretter ble bevegelse av ML-punktet, som reflekterer sprekkspissen, observert på klebemiddellaget ved sprekkutbredelsestidspunktet. Ved hjelp av ML-bilder i DCB-testen ble posisjonen til sprekkspissen under sprekkutbredelse definert og brukt til å beregne sprekkutbredelseslengden (a) og den tilhørende bruddseigheten, G1c, verdi, som forklart i trinn 2.2.7.
Figur 6B viser ML-konturbildene og -filmene under LS-testen. Bildene og filmene ble tatt opp ved hjelp av et fireveis kamerasystem. I dette tilfellet var tilhengerne sandblåst aluminium (A5052), og limet var et to-komponent epoksylim. Figur 6B gir tydelig informasjon om den mekaniske oppførselen under ødeleggelsesprosessen av enkeltfanget klebeledd. Kort fortalt ble det først observert intens mekanoluminescens ved kantene av de klebende og lappede områdene. For det andre flyttet ML-punktene fra limkantene til midten langs limlaget for å vises sammen i venstre og høyre visning av ML-bildet. Til slutt, etter å ha kombinert de to ML-punktene i midten, ble det observert intens mekanoluminescens ved midtpunktet i klebemiddellaget. ML-bilder i LS-testen kan brukes til å forstå den mekaniske oppførselen til selvklebende ledd under ødeleggelsesprosessen, noe som er vanskelig å simulere.
Figur 1: Egenskapene til ML-sensoren . (A) Mekanoluminescens under strekkbelastning for en rustfritt stålplate med hull og numerisk analyse (simulering) av Mises-belastningsfordelingen. (B) Eksempler på ML-visuell sensing for å visualisere den dynamiske 2D / 3D mekaniske oppførselen til produkter, strukturelle materialer og 3D-utskriftsmaterialer under bruk av mekanisk belastning, vibrasjon og støt. Pilene med en "F" indikerer retningen av kraften under mekanisk belastning. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: ML visuell sensing for ulike internasjonalt standardiserte selvklebende evalueringstester. Disse standardene beskriver metodene for å oppnå forskjellige indekser av klebestyrke, for eksempel bruddseighetsenergi (Gc), strekkskjærstyrke (TSS), peelingstyrke og kryssspenningsstyrke (CTS). Pilene indikerer retningen av kraften under mekanisk belastning. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Påføring av ML-sensormaling . (A) Eksempler på ML-maling og spraybokser og (B) et fotografi av sprøyting. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Illustrasjon av ML-malte prøver . (A) Et DCB-eksemplar og (B) et LS-eksemplar. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: ML-måling under DCB-testen . (A) Fotografi av det eksperimentelle oppsettet og (B) illustrasjon av kameraposisjonene. (C) ML-måling under DCB-testen. CAM 1 og CAM 2 angir CCD-kameraet som er beskrevet i trinn 2.1.2. Pilene indikerer retningen av kraften under mekanisk belastning. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6: ML-måling under LS-testen. (A) Det eksperimentelle oppsettet og (B) ML-måling under LS-testen ved hjelp av et fireveis kamerasystem. Pilene indikerer retningen av kraften under mekanisk belastning. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 7: Grunnleggende egenskaper til den brukte ML-sensoren . (A) ML-intensiteten på tvers av belastningssykluser og (B) forholdet mellom ML- og AG-intensitetene og ventetiden etter eksitasjon ved bruk av en blå LED. Innfellingen illustrerer definisjonen av ML- og AG-intensitetene i tid-luminanskurven. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 8: Sammenligning av ML-uttrykk i ML-bildene . (A) Råbildet i 12-biters gråtoner og (B) konturbildet. Pilene med "F" indikerer retningen av kraften under mekanisk belastning. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Film 1: ML-film under DCB-testen. Opptakshastighet: 1 fps. Vennligst klikk her for å laste ned denne filmen.
Film 2: ML-film under LS-testen. Opptakshastighet: 25 bilder per sekund. Vennligst klikk her for å laste ned denne filmen.
Supplerende figur 1: Metoder for å skille posisjonen til punktet med høyest ML-intensitet. (A) Visuell inspeksjon, (B) bildebehandlingsprogramvare og (C) automatisk overvåkingssystem. Klikk her for å laste ned denne filen.
Discussion
Når det gjelder ML-oppførselen observert fra sidevisningen, ble intens mekanoluminescens som stammer fra belastningskonsentrasjonen registrert på spissen av den første sprekken (figur 5C). Deretter ble det observert bevegelse av ML-punktet langs klebemiddellaget ved sprekkutbredelsestiden, noe som reflekterte sprekkspissen. I tidligere studier viste mikroskopiske observasjoner at det høyeste ML-punktet bare var 0-20 μm foran sprekkspissen og kunne brukes som referanse for sprekkspissposisjonen8. I den konvensjonelle metoden identifiseres sprekkspissen via visuell inspeksjon, men dette fører til en betydelig mengde menneskelige feil på grunn av den lille størrelsen på sprekkspissen, selv når du bruker forstørrelsesglass. Spesielt kreves tålmodighet for å markere posisjonen til sprekkspissen under DCB-testen, noe som igjen krever flere minutter, spesielt for strukturelle limfuger16,17,18. Derfor er ML-visualisering i DCB-testen viktig for å identifisere posisjonen til sprekkspissen automatisk og med høyere presisjon. Tidligere ble posisjonen og formen på ML-linjen på toppvisningen vist å synkronisere med sprekkfeilfrontlinjen i klebemiddellaget9. Derfor ble ML-sensing i toppvisningen av tilhengeren brukt som en indikator på de indre sprekkene fra utsiden av tilhengeren.
Begrensningene i denne metoden inkluderer imidlertid det mørke testmiljøet og reduksjonen 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 gjenspeiler henholdsvis sprekkspissen og prøvegeometrien. For å overvinne denne begrensningen ble infrarødt lys, for eksempel lys ved en bølgelengde på 850 nm som ikke påvirker SrAl 2 O4: Eu2 + ML-materiale, brukt til å bestråle DCB-prøven under DCB-testen for å avklare tilstanden til prøven9. Alternativt brukes blått lys ved 470 nm til å belyse prøven i 1 s hvert 5. minutt eller 10. minutt for å gjenopprette ML- og AG-intensitetene selv under DCB-testingen2,9, som forklart i figur 7A.
ML-konturbilder og -filmer under LS-testen ble tatt opp med et fireveis kamerasystem (figur 6C). I dette tilfellet var tilhengerne sandblåst aluminium (A5052), og limet var et to-komponent epoksylim. Strekkskjærfasthetsverdien (TSS) var 23 MPa, som ble beregnet ved hjelp av lastverdien (N) ved brudd under strekkbelastning og det limbundne området (mm2). Videre kan TSS-verdien betraktes som en indikator på styrken til et strukturelt klebeledd18. Selv om TSS-verdien vanligvis brukes som en indeks for klebestyrke, ble ikke bakgrunnens fysiske egenskaper, som mekanisk oppførsel, som er avgjørende for å forbedre ledddesignet, undersøkt.
ML-bildene ga tydelig informasjon om den mekaniske oppførselen under ødeleggelsesprosessen av enkeltfanget klebeledd (figur 6C). Kort fortalt ble det først observert intens mekanoluminescens ved kanten av det klebemiddelbundne og lappede området, som viser tøyningskonsentrasjonen i det tidlige stadiet av LS-testen. For det andre flyttet ML-punktene fra begge selvklebende kanter til midten langs limlaget for å vises sammen i venstre og høyre visning av ML-bildene. Dette indikerer skjærstamme og sprekkutbredelse langs klebemiddellaget, som betegner sammenhengende svikt (CF) i dette tilfellet.
I tillegg indikerte ML-linjene foran og bak forekomsten av sprekkutbredelse, som er det samme fenomenet som i DCB-testen. Til slutt, etter at de to ML-punktene kombinert i midten, ble det observert intens mekanoluminescens ved midtpunktet i klebemiddellaget. Dette indikerte belastningskonsentrasjonen i klebemiddellaget og den påfølgende genereringen av en tverrgående sprekk over klebemiddellaget, lik i et tidligere arbeid11. Denne informasjonen er nyttig for å bestemme plasseringen av spennings-/tøyningskonsentrasjonen. Derfor innebærer det at forbedring i spenningsspredning er nødvendig for å oppnå en sterk og pålitelig ledddesign.
I motsetning til DCB-testen, forårsaker LS-testen høyhastighetsbrudd på limfuger. LS-testen genererer en høy belastningshastighet i klebemiddellaget, som etterfølges av svært intens mekanoluminescens som mettes i det innspilte ML-bildet, akkumulerer mange hendelser i ett bilde og produserer et uklart ML-bilde. I disse tilfellene kan et smart valg av opptakshastighet brukes til feilsøking (f.eks. velge en høy opptakshastighet, for eksempel 25 fps, som passer til hastigheten på hendelsen i LS-testen)11.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Denne forskningen ble støttet av et banebrytende prosjekt bestilt av New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) og Research and Development Program for Promoting Innovative Clean Energy Technologies through International Collaboration (JPNP20005) bestilt av NEDO. N. T. er takknemlig til Shimadzu Co for å gi automatisk overvåkingsprogramvare for å skille poengene med høyeste ML-intensitet i supplerende figur 1. NT er takknemlig til Ms Y. Nogami og Ms H. Kawahara for sprøyting av ML maling for ML testing. I tillegg er N. T. takknemlig overfor Y. Kato, Ms M. Iseki, Ms. Y. Sugawa, Ms. C. Hirakawa, Ms. Y. Sakamoto og Ms. S. Sano for å bistå 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).
