Summary

Промежуточные штамм стоимость материала характеристика с цифрового изображения корреляции

Published: March 01, 2019
doi:

Summary

Здесь мы представляем методологии для динамических характеристик образцов на растяжение по ставкам промежуточных штамм, используя высокоскоростной серво гидравлические нагрузки кадр. Также определены процедуры тензометрических приборов и анализа, а также для измерения деформации корреляции цифрового изображения на образцы.

Abstract

Механическая реакция материала при динамической нагрузке обычно отличается от его поведения в статических условиях; Таким образом общие квазистатическое оборудование и процедуры, используемые для определения характеристик материала, не применимы для материалов при динамических нагрузках. Динамических характеристик материала зависит от его скорости деформации и широко разделены на высокой (т.е. более чем 200/s), средний (т.е., 10−200/s) и низкого напряжения оценить режимы (то есть, ниже 10/s). Каждый из этих режимов требует конкретных объектов и протоколы испытаний для обеспечения достоверности полученных данных. Из-за ограниченного доступа к высокоскоростным серво гидротехнических сооружений и проверенных протоколов испытаний существует заметный разрыв в результаты на скорости промежуточных деформации. Текущий рукопись представляет проверяемое протокол для характеристики различных материалов на эти показатели среднего напряжения. Тензометрических приборов и цифровых изображений корреляции протоколы также включены бесплатные модули для извлечения максимальной уровень подробных данных из каждого отдельного теста. Примеры исходных данных, полученных из различных материалов и испытания установок (например, на растяжение и сдвига) представлены и описаны процедуры анализа, используемый для обработки выходных данных. Наконец рассматриваются проблемы динамических характеристик с использованием текущего протокола, а также ограничения объекта и методов преодоления потенциальных проблем.

Introduction

Большинство материалов продемонстрировать некоторую степень деформации показатель зависимости в их механическое поведение1 и, таким образом, механическое тестирование только скоростью квазистатическое штамм не подходит для определения свойств материала для динамического приложения. Зависимость скорость деформации материалов обычно исследуется с помощью пяти типов механических испытаний систем: обычных винт привода загрузки фреймов, серво гидравлические системы, высокой скорости серво гидравлические системы, воздействие тестеры и Хопкинсон бар систем 1. Сплит Хопкинсон баров были общего механизма для динамических характеристик материалов за последние 50 лет2. Предпринимались также усилия для изменения Хопкинсон баров для тестирования темпами нижнего и среднего напряжения. Однако, эти объекты обычно больше подходят для высокой нагрузки скорость характеристики материала (т.е., как правило, больше чем 200/s). Существует пробел в литературе по штамм ставка характеристика свойств материала на промежуточных штамм ставки в диапазоне 10−200/s (то есть, между квазистатическое и высокое напряжение показатель результатов полученных от Сплита Хопкинсон Барс3), который является ограниченный доступ к объектам и отсутствием надежных процедур испытания материалов курса промежуточных штамм.

Кадр высокоскоростной серво гидравлические нагрузки применяется нагрузки для образца на постоянной и стандартные скорости. Эти нагрузки кадров выгоду от слабину адаптер, позволяющий в испытания на растяжение, Крейцкопф достичь желаемой скорости до начала погрузки. Вялый адаптер позволяет головы до поездки на определенные расстояния (например, 0,1 м) для достижения целевой скорости и затем начинает применение нагрузки на образец. Высокоскоростной серво гидравлические нагрузки кадров обычно выполняют тесты под режим контроля смещения и поддерживать постоянный привод скорости для получения постоянной инженерного штамма ставки3.

Методы измерения удлинения образца, обычно классифицируются как контактные или бесконтактные методы4. Контакт методы включают в себя использование таких инструментов, как клип экстензометры, в то время как лазерный экстензометры работают для бесконтактного измерения. Так как контакт экстензометры склонны к инерции влияний, они не подходят для динамических испытаний; Бесконтактные экстензометры не страдают от этой проблемы.

Цифровые изображения корреляции (DIC) является метод измерения оптический, бесконтактный, полный поле штамм, который является альтернативный подход к деформации, замер для измерения деформации/нагрузки и преодолеть некоторые из проблем (например, звеня явление) связанные с Динамическая характеристика материала5. Сопротивление тензодатчиков, могут страдать от ограничения, такие как ограниченной области измерения, ограниченный диапазон удлинения, ограниченные монтажные методов и, в то время как DIC всегда способна обеспечить полный поле деформации измерения от поверхности образца во время эксперимент.

Представлена процедура описывает использование высокоскоростной серво гидравлические нагрузки рамы вместе с ДВС и может использоваться в качестве дополнительного документа недавно разработанных стандартных руководящих принципов6 для уточнения деталей экспериментальной процедуры. Раздел на раме серво гидравлические нагрузки можно использовать для различных испытаний установок (например, растяжение, сжатие и сдвига) и даже с общей квазистатическое нагрузки кадров также и, следовательно, охватывает широкий спектр услуг. Кроме того в разделе DIC может применяться отдельно к любому типу механической или тепловых испытаний, с незначительными изменениями.

Protocol

1. Подготовка образца Подготовка собаки кость форме растяжение образцы согласно ISO стандарт6 заранее.Примечание: Аналогичные образцы являются также используется4. Установите Тензометры, на вкладке Секции (обязательные для измерения нагрузки) и на …

Representative Results

Продолжительность динамического испытания обычно сопоставима с время, необходимое для волн стресс для поездки туда и обратно по всей длине поезда нагрузки (т.е. ручки, образец и загрузки) системы1. Динамический тест является допустимым, если количество и а…

Discussion

Необработанные данные, полученные из эксперимента зависит от местоположения геометрии и тензодатчиков образца образца. Загрузка данных в низкого напряжения динамических испытаний стоимость приобретенных шайбу пьезо электрической нагрузки включена в несущий каркас по более высоким…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Авторы признают большую помощь от Дмитрий Клищ, Мишель Деланноя, Тайлер Musclow, Фрейзер Кирби, Джошуа Ильза и Алекс Naftel. Приветствуется также финансовую поддержку национальной исследовательский совет Канады (СРН) через программу безопасности технологии материалов (SMT).

Materials

Camera Lens Opto Engineering Telecentric lens 23-64
High Speed Camera  SAX Photron Fastcam 
High Speed DAQ  National Instruments USB-6259
High Speed Servo-Hydraulic Load Frame MTS Systems Corporation Custom Built
Jab Bullet Light with diffuser  AADyn JAB BULLET   15° diffusers 
Strain gauge Micro-Measurements Model EA-13-062AQ-350

References

  1. Xiao, X. Dynamic tensile testing of plastic materials. Polymer Testing. 27 (2), 164-178 (2008).
  2. Nemat-Nasser, S., Isaacs, J. B., Starrett, J. E. Hopkinson techniques for dynamic recovery experiments. Proceedings of Royal Society of London A Mathematical Physical and Engineering Sciences. 435 (1894), 371-391 (1991).
  3. Bruce, D., Matlock, D., Speer, J., De, A. Assessment of the strain-rate dependent tensile properties of automotive sheet steels. SAE World Congress. , (2004).
  4. Rahmat, M. Dynamic mechanical characterization of aluminum: analysis of strain-rate-dependent behavior. Mechanics Time-Dependent Materials. , (2018).
  5. Gray, G., Blumenthal, W. R. . Split-Hopkinson pressure bar testing of soft materials. 8, 1093-1114 (2000).
  6. . . ISO 26203-2:2011; Metallic materials-Tensile testing at high strain rates-Part 2: Servo-hydraulic and other test systems. , 15 (2011).
  7. Rahmat, M., Naftel, A., Ashrafi, B., Jakubinek, M. B., Martinez-Rubi, Y., Simard, B. Dynamic Mechanical Characterization of Boron Nitride Nanotube – Epoxy Nanocomposites. Polymer Composites. , (2018).
  8. . SAE, High strain rate testing of polymers. SAE International. , 27 (2008).
  9. Wang, Y., Xu, H., Erdman, D. L., Starbuck, M. J., Simunovic, S. Characterization of high-strain rate mechanical behavior of AZ31 magnesium alloy using 3D digital image correlation. Advanced Engineering Materials. 13 (10), 943-948 (2011).
  10. Mansilla, R. A., García, D., Negro, A. Dynamic tensile testing for determining the stress-strain curve at different strain rate. 6th International Conference on Mechanical and Physical Behaviour of Materials Under Dynamic Loading. 10 (9), 695-700 (2000).
  11. Zhu, D., Mobasher, B., Rajan, S. D., Peralta, P. Characterization of Dynamic Tensile Testing Using Aluminum Alloy 6061-T6 at Intermediate Strain Rates. Journal of Engineering Mechanics. 137 (10), 669-679 (2011).
  12. Schossig, M., Bieroegel, C., Grellmann, W., Bardenheier, R., Mecklenburg, T. Effect of strain rate on mechanical properties of reinforced polyolefins. 16th European Conference of Fracture. , 507-508 (2006).
  13. Xia, Y., Zhu, J., Wang, K., Zhou, Q. Design and verification of a strain gauge-based load sensor for medium-speed dynamic tests with a hydraulic test machine. International Journal of Impact Engineering. 88, 139-152 (2016).
  14. Yang, X., Hector, L. G., Wang, J. A Combined Theoretical/Experimental Approach for Reducing Ringing Artifacts in Low Dynamic Testing with Servo-hydraulic Load Frames. Experimental Mechanics. 54 (5), 775-789 (2014).
  15. Xia, Y., Zhu, J., Zhou, Q. Verification of a multiple-machine program for material testing from quasi-static to high strain-rate. International Journal of Impact Engineering. 86, 284-294 (2015).
  16. Yan, B., Kuriyama, Y., Uenishi, A., Cornette, D., Borsutzki, M., Wong, C. Recommended Practice for Dynamic Testing for Sheet Steels – Development and Round Robin Tests. SAE International. , (2006).
  17. Borsutzki, M., Cornette, D., Kuriyama, Y., Uenishi, A., Yan, B., Opbroek, E. Recommendations for Dynamic Tensile Testing of Sheet Steels. International Iron and Steel Institute. , (2005).
  18. Rusinek, A., Cheriguene, R., Bäumer, A., Klepaczko, J. R., Larour, P. Dynamic behaviour of high-strength sheet steel in dynamic tension: Experimental and numerical analyses. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 43 (1), 37-53 (2008).
  19. Diot, S., Guines, D., Gavrus, A., Ragneau, E. Two-step procedure for identification of metal behavior from dynamic compression tests. International Journal of Impact Engineering. 34 (7), 1163-1184 (2007).
  20. LeBlanc, M. M., Lassila, D. H. A hybrid Technique for compression testing at intermediate strain rates. Experimental Techniques. 20 (5), 21-24 (1996).
  21. Xiao, X. Analysis of dynamic tensile testing. 11th International Congress and Exhibition on Experimental and Applied Mechanics. , (2008).
  22. Othman, R., Guégan, P., Challita, G., Pasco, F., LeBreton, D. A modified servo-hydraulic machine for testing at intermediate strain rates. International Journal of Impact Engineering. 36 (3), 460-467 (2009).
  23. Kwon, J. B., Huh, H., Ahn, C. N. An improved technique for reducing the load ringing phenomenon in tensile tests at high strain rates. Annual Conference and Exposition on Experimental and Applied Mechanics. Costa Mesa, United States. , (2016).
  24. Pan, W., Schmidt, R. Strain rate effect in material testing of bulk adhesive. 9th International Conference on Structures Under Shock and Impact. 87, 107-116 (2006).
  25. Zhang, D. N., Shangguan, Q. Q., Xie, C. J., Liu, F. A modified Johnson-Cook model of dynamic tensile behaviors for 7075-T6 aluminum alloy. Journal of Alloys and Compounds. 619, 186-194 (2015).
  26. Fitoussi, J., Meraghni, F., Jendli, Z., Hug, G., Baptiste, D. Experimental methodology for high strain-rates tensile behaviour analysis of polymer matrix composites. Composites Science and Technology. 65 (14), 2174-2188 (2005).

Play Video

Cite This Article
Rahmat, M., Backman, D., Desnoyers, R. Intermediate Strain Rate Material Characterization with Digital Image Correlation. J. Vis. Exp. (145), e59168, doi:10.3791/59168 (2019).

View Video