Dijital görüntü korelasyon ile orta gerilim oranı malzeme karakterizasyonu
March 1st, 2019
Burada ara zorlanma oranları yüksek hızlı servo hidrolik yük çerçeve kullanarak gerilme numuneler dinamik karakterizasyonu için bir metodoloji mevcut. Yordamlar ağırlık ölçme esneklik detektörler araçları ve analiz yanı sıra dijital görüntü korelasyon zorlanma ölçümleri numuneler üzerinde de tanımlanabilir.
Malzemelerin mekanik performansı yük uygulama hızına bağlıdır. Protokolümüz, malzeme davranışını ara gerilme oranlarında yakalamak için kullanılabilir. Bu tekniğin en büyük avantajı, yüksek hızlı kameralarla yüzey gerilimlerini yakalamak için temassız, tam alan gerinim ölçüm tekniği kullanılarak malzemelerin karakterize edilebilebilmektedir.
Malzemelerin ara gerinim oranı karakterizasyonu genellikle doğru numune tasarımı ve test protokolü ile kaçınılmalıdır sonuçlarda zil denilen istenmeyen salınım ile ilgili gerektirir. İşleme başlamadan önce, Uluslararası Standardizasyon Örgütü parametrelerine göre köpek kemiği şeklinde çekme numuneleri hazırlayın. Daha sonra, yüksek kontrast özellikleri sergilemek için numunenin yüzeyini boyayın.
Kontrast desenini, her karanlık kontrast özelliği gibi kamera görüntü sensörü boyutuyla eşleştirmek, boyanın kurumasını sağlamak için numuneyi bir kenara koyun, yaklaşık üç piksel veya daha fazla renkten oluşur. Numune hazır olduğunda, kontrol konsoluna olan gücü açın ve bilgisayarı açmadan önce pompadan yüksek hız çerçevesine kadar izolasyon valfinin açık olduğunu onaylayın. Masaüstünden, yüksek oranlı kaldırma cfg yapılandırmasını seçerek ve kilitleme yapılandırmasını temizlemek için sıfırlama'yı tıklatarak denetleyici uygulamasını başlatın.
Hidrolik pompayı çalıştırın ve servis manifoldu teker açın, her manifoldun yüksek göstergesine basmadan önce düşük gösterge yanıp sönmeyi durdurana kadar bekletin. Test tasarım yazılımını başlatın ve hidrolik pompanın ve yüksek servisli manifoldun üzerinde olduğunu doğrulayın. Ardından, dosya, yeni, şablon ve özel şablonlardan test edin ve gerilim testini seçin.
Gerinim ölçer kurulumu için, yük çerçevesi çapraz kafa kontrolünün anahtarını düşük hıza ayarlayın ve numune gerinim ölçerin kablolarını, tel renklerine göre test odasıiçindeki gerinim ölçer kutusunun kablolarıyla eşleştirin. Daha sonra, denetleyici uygulamasında, yardımcı girdiler altında ve bir zorlanma, suşların maksimum aralığını seçin. Ardından, manuel denetimi etkinleştirin ve eksi 125 milimetrede başın tam uzantısı na pozisyonunu girin.
Enable manual komut onay kutusunu kapatın ve özel denetim kutusunun işaretini kaldırın. Elastik bir kablo kupon yüklemek için yer açmak için geri çekilen bir konumda bolluk adaptörü tutmak için kullanılabilir. Kuponu kulpların içine hizalamak için montaj fikstürü kullanın.
Ahizeyi aktif olarak vermek için tuş simgesine basın ve yazılımdaki özel kontrol kutusunun işaretsiz olduğunu onaylayın. Numuneye istenmeyen bir yük uygulamasını önlemek ve elastik kabloyu çıkarmak için üst kavramanın gevşek olduğundan emin olun. Kumandayı etkinleştirmek için tekerlek simgesine basın ve gevşek bağdaştırıcının alt kolu neredeyse tamamen geri çekilene kadar başı aşağı çekmek için tekerleği yavaşça yuvarlayın.
Ahizeyi devre dışı bırakmak için tuş simgesine tekrar basın ve başın tam olarak eksi 125 milimetreye getirilmesi için manuel denetimi kullanarak özel kontrol kutusunu işaretleyin. Kupon bükmeden üst kulpları sıkmak için bir anahtar ve bir anahtar kullanın ve yıkıtaçların sıkı olduğundan ve yük treni boyunca eksenel açıklık olmadığından emin olmak için bolluk adaptörü ile ara çapraz kafa arasındaki spiral yıkamaları kontrol edin. Ardından, çerçeveyi yüksek hıza geri döndürün ve muhafaza kapılarının sıkıca kapalı olduğundan emin olun.
Cihazı dijital görüntü korelasyonuna ayarlamak için, yüksek hızlı görüntüleme görüntüleyici yazılımını açın ve kurulumu kaydetmeden önce algıla'yı tıklatın. Kamera seçeneğini tıklatın ve dış sinyalleri ayarlamak için giriş-çıkış sekmesini seçin. Kare hızı ve kare çözünürlüğünü ayarlamak için değişkeni tıklatın ve kamera sıklığını ve veri toplama kutusu edinme oranını yük çerçevesindeki yüksek hızlı veri toplama sistemiyle aynı sayıda ayarlayın.
Ardından, yüksek hızlı görüntüleme görüntüleyicide yüksek hızlı veri toplamayı açın ve kare başına gerekli kanalları ve örnekleri seçin. Testi çalıştırmak için gerilim testini açın ve geçerli bir dosya adı girmek için yeni test çalıştır'ı seçin. Alanları gerektiği gibi değiştirin ve tamam'ı tıklatın.
Rampa hızı için, nominal istenen kafa hızını seçin ve tamam'ı tıklatın. Bir dizi istem, anahtar donanımın denetlenmesini ve ardından testin çalıştır simgesine tıklayarak başlatılabildiği bir dizi istem görüntülenir. Kontrol konsolunda, sistemi silahlandırmak için kol şarj akümülatör anahtarına basın ve basılı tutun.
Ardından, testi tamamlamak için ateşe basın. Testin hızı gerçek hayat senaryolarına göre hesaplanmalıdır, örneğin saniyede yaklaşık sekiz metrelik bir araba kazası simülasyon hızı uygulanabilir. Veri analizi için, yük çerçevesi bilgisayarındaki ham verileri tercih edilen işlem sonrası yazılıma aktarın ve numunenin başarısız olduğu gösterge bölümündeki konumu belirleyin.
Gerinim alanını arıza bölümünün çevresindeki yerel bir alana sınırlandırın ve yerel bölgedeki gerilimi ölçüp kaydedin. Daha sonra, ölçümlerden elde edilen bir gerilim gerinim eğrisi çizin. Bu testin her ikisi de doğru bir şekilde gerçekleştirildi ancak yük çerçevesi kuvvet bağlantısından doğrudan çıkarılan yük verileri sekme bölümü gerinim ölçme gibi alternatif bir yük ölçüm tekniğinde bu testte kullanılamadı.
Ancak bu testte, yük çerçevesindeki ham yük verileri gerinim ölçer yükleri ile iyi bir uyum içindeydi. Tüm gösterge bölümünde zaman ile bir gerinim alanı evrimi ile bir köpek kemik alüminyum örnek için dijital görüntü korelasyon sonuçları tipik bir örnek gösterilmiştir. Numunenin belirli bir kesitindeki tek düze zorlanma, test sırasında uygun bir yükleme ve veri analizini göstermektedir.
Ve son görüntüdeki dijital görüntü korelasyonunun kaybı, boya nın pullanmasıyla sonuçlanan şiddetli boyunlamadan kaynaklanıyordu ve arıza bölgesinin etrafındaki arızadan hemen önce kaçınılmazdı. Dijital görüntü korelasyonundan ve yük çerçevesi çapraz baş deplasman verilerinden elde edilen bu gerilme eğrileri, tüm ölçer bölümü için ortalama gerilim gerilimini göstermekte ve tekniğin geçerliliğini ve sonuçlar arasında iyi bir anlaşma gösterir. Sonuçların kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi, protokolün geçerli varsayımlar sınırları içinde yürütülmesini sağlar.
Atalet baskın rejim veya kaymaz koşullar ve kulplar gibi. Bu yordamı takiben, çeşitli malzemeler üzerinde katıksız, bükme, delinme veya sıkıştırma testleri gibi çeşitli mekanik karakterizasyon testleri yapılabilir. Bu teknik, yarı statik testler ve ultra yüksek gerinim oranı karakterizasyon teknikleri arasındaki boşluğu doldurur.
Malzeme davranışlarını gerinim oranının bir fonksiyonu olarak tam olarak karakterize etmemizi sağlar.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Genel Bakış
Bu makale, yüksek hızlı servo-hidrolik yük çerçevesi kullanarak orta dereceli gerinim oranlarında gerilme örneklerini karakterize etmek için bir yöntem sunar. Bu teknik, yüksek hızlı kameralar kullanarak temassız, tam alan gerinim ölçümü sağlar.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Malzeme Bilimi
- Mekanik Mühendisliği
- Deneysel Mekanik
Arka Plan
- Malzemelerin mekanik performansı, yük uygulama oranları ile değişir.
- Orta dereceli gerinim oranı karakterizasyonu, malzeme davranışı anlaması için gereklidir.
- Sonuçlarda yankılanma meydana gelebilir, bu da dikkatli örnek tasarımını gerektirir.
- Örnekler üzerindeki yüksek kontrast özellikler, ölçüm doğruluğunu artırır.
Çalışmanın Amacı
- Malzemelerin dinamik karakterizasyonu için bir protokol geliştirmek.
- Yüzey gerinimlerini yakalamak için yüksek hızlı kameraları kullanmak.
- Gerinim ölçümlerinde istenmeyen salınımları en aza indirmek.
Kullanılan Yöntemler
- Köpek kemiği şeklinde gerilme örneklerinin hazırlanması.
- Artırılmış kontrast için yüzey boyama.
- Yüksek hızlı servo-hidrolik yük çerçevesinin kullanımı.
- Gerinim ölçümü için dijital görüntü korelasyonu.
Ana Sonuçlar
- Orta dereceli gerinim oranlarında malzeme davranışı başarılı bir şekilde yakalandı.
- Temassız gerinim ölçümü etkinliğinin gösterimi.
- Yankılanmayı azaltmak için optimal örnek tasarımının tanımlanması.
- Deneysel sonuçlarla metodolojinin doğrulanması.
Sonuçlar
- Geliştirilmiş metodoloji, malzeme performansının anlaşılmasını artırır.
- Temassız ölçüm teknikleri, doğru gerinim verileri sağlar.
- Güvenilir sonuçlar için uygun örnek tasarımı kritik öneme sahiptir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Characterizing material behavior at intermediate strain rates addresses a critical gap in dynamic mechanical testing, enabling more accurate prediction of performance under real-world loading conditions such as impact or crash scenarios. This capability supports target validation in biomaterials and device development by providing mechanistic de-risking through quantitative, full-field strain data. The protocol enhances preclinical model relevance by bridging quasi-static and high-strain-rate characterization, improving translational continuity in material selection for implantable or protective systems.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by linking material deformation mechanisms to biological performance under dynamic loads.
- Operational Value: Provides biological de-risking through validated protocols that reduce variability in mechanical property assessment.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by delivering strain-rate-dependent data that informs go/no-go decisions for biomaterial candidates.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by establishing reproducible, quantitative strain measurements under controlled dynamic conditions.
- Operational Value: Addresses assay standardization and scalability through non-contact, full-field digital image correlation compatible with high-throughput screening.
- Translational Value: Highlights screening readiness by enabling reliable compound or formulation evaluation via consistent mechanical phenotyping.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Discusses disease relevance by characterizing materials used in load-bearing implants or tissue scaffolds under physiologically relevant strain rates.
- Operational Value: Describes continuity from discovery through preclinical validation by ensuring mechanical data aligns across testing regimes.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports decisions by identifying failure modes such as necking or delamination that correlate with in vivo performance.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from Early Discovery to Lead Identification and Preclinical work by providing strain-rate-sensitive mechanical data that informs material suitability for biological applications.
- Discovery Biology: Explains how the method supports hypothesis testing, pathway clarification, or biological de-risking by correlating strain localization with structural integrity in biomaterials.
- Screening: Describes assay readiness, reproducibility, or quantitative outputs when supported by the article through full-field strain mapping and failure localization.
- Analytics: Highlights measurements, readouts, or statistical outputs that help teams compare conditions via stress-strain curves and strain field evolution.
- Translational Research: Connects the method to preclinical continuity or biomarker alignment only when the source supports it by linking mechanical failure to design criteria in implant systems.
- Enterprise Reuse: Frames the method as a reusable capability rather than a single-use technique through standardized specimen preparation and imaging protocols.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, reduction of mechanistic ambiguity.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions.
Implementation Considerations
- Required scientific expertise in experimental mechanics and image-based strain analysis.
- Instrumentation and analytical infrastructure needs including high-speed servo-hydraulic load frame and synchronized high-speed cameras.
- Cross-team standardization requirements for specimen preparation, contrast patterning, and data synchronization.
- Adaptation considerations across model systems such as varying specimen geometry or material compliance.
- Practical limitations supported by source material including ringing artifacts and loss of correlation due to severe deformation or paint flaking.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:38
Specimen Preparation and Startup Procedure
2:02
Strain Gauge Setup and Test Specimen Mounting
3:57
Digital Image Correlation (DIC) Setup
4:42
Running the Test and Data Analysis
6:03
Results: Representative Load Frame and Stress Gauge Analyses
7:17
Conclusion
