Dijital görüntü korelasyon ile orta gerilim oranı malzeme karakterizasyonu
Summary
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.
Abstract
Dinamik yük altında bir malzemenin mekanik yanıt genellikle statik koşullarda davranışını daha farklıdır; Bu nedenle, ortak quasistatic ekipman ve malzeme karakterizasyonu için kullanılan yordamlar dinamik yükler altındaki malzemeler için uygun değildir. Bir malzeme dinamik tepki, deformasyon oranına bağlıdır ve genel olarak yüksek içine sınıflandırılır (yani, 200/s den büyük), orta (yani, 10−200/s) ve düşük gerilme oranı rejimler (yani, aşağıda 10/s). Her bu rejimlerin alınan veri güvenilirliğini sağlamak belli bazı özellikleri ve test protokolleri için çağırır. Yüksek hızlı servo Hidrolik tesis ve doğrulanan test protokolleri sınırlı erişim nedeniyle, orta gerilim oranda sonuçlarında göze çarpan bir boşluk var. Geçerli el yazması farklı malzeme karakterizasyonu için doğrulanmış bir protokol de bu ara zorlanma oranları sunuyor. Ağırlık ölçme esneklik detektörler araçları ve dijital görüntü korelasyon protokolleri de tek her testten azami düzeyde ayrıntılı veri ayıklamak için ücretsiz modülleri olarak yer almaktadır. Ham veri, örnekleri elde edilen malzeme ve test kurulumları çeşitli (örneğin, çekme dayanımı ve kesme) sunulur ve çıkış verileri işlemek için kullanılan analiz yordamı açıklanmıştır. Son olarak, dinamik karakterizasyonu tesis sınırlamaları ve olası sorunları aşmak yöntemleri ile birlikte geçerli iletişim kuralını kullanarak sorunları ele alınmıştır.
Introduction
Çoğu malzeme gerilme oranı bağımlılık onların mekanik davranış1 ‘ deki bir dereceye göstermek ve bu nedenle, yalnızca quasistatic zorlanma ücretlerle yapılan mekanik test dinamik malzeme özelliklerini belirlemek uygun değildir uygulamaları. Malzemelerin gerilme oranı bağımlılık genellikle beş tür mekanik test sistemleri kullanarak araştırdık: geleneksel vida sürücü yükleme çerçeveleri, servo-hidrolik sistemler, yüksek oranlı servo-hidrolik sistemler, etkisi test ve Hopkinson bar sistemleri 1. Split Hopkinson bar malzemeleri son dinamik karakterizasyonu için ortak bir tesis edilmiştir 50 yıl2. Ayrıca alt ve orta gerilim oranları test etmek için Hopkinson Bar değiştirmek için çabaları olmuştur. Ancak, bu özellikler genellikle daha malzeme yüksek gerilme oranı karakterizasyonu için uygundur (yani, genellikle 200/s daha büyük). 10−200/s aralığındaki ara zorlanma fiyatlara malzeme özellikleri gerilme oranı karakterizasyonu üzerine literatürde bir boşluk (yani, quasistatic ve yüksek gerilme oranı sonuçları arasında bölünmüş elde edilen Hopkinson barlar3), nedeniyle olduğu sınırlı erişim imkanları ve orta gerilim oranı malzeme test güvenilir yordamlar eksikliği.
Bir yüksek hızlı servo hidrolik yük çerçeve yük sürekli ve önceden tanımlanmış bir hızda numune için geçerlidir. Bunlar çerçeveleri fayda sağlayan, çekme dayanımı testler, yükleme başlamadan önce istenilen hız ulaşmak crosshead bir bolluk adaptör yüklemek. Bolluk adaptör başından hedef hız ulaşmak için belli bir mesafe (örneğin, 0.1 m) seyahat sağlar ve yük için örnek uygulama başlar. Yüksek hızlı servo hidrolik yük çerçeveleri genellikle testleri deplasman denetim modu altında ve sürekli mühendislik zorlanma oranları3üretmek için bir sabit aktüatör hızınızı koruyun.
Numune uzama ölçme teknikleri genellikle iletişim ya da aygıtlar teknikleri4sınıflandırılır. Lazer Genleşmeölçerler aygıtlar ölçülerini istihdam edilmektedir ederken iletişim teknikleri klip Genleşmeölçerler gibi aletlerin kullanımı dahil. İletişim Genleşmeölçerler atalet etkilere eğilimli olduğundan, dinamik testler için uygun değildir; aygıtlar Genleşmeölçerler bu sorun olmaz.
Dijital görüntü korelasyon (DIC) olduğunu zorlanma/yük ölçmek ve bazı sorunları (örneğin, zil fenomeni) ilişkili üstesinden gelmek için ölçme zorlanma için alternatif bir yaklaşım bir optik, temassız, tam-alan zorlanma ölçüm tekniği ile dinamik malzeme karakterizasyonu5. Direnç yük göstergeleri DIC her zaman tam-alan zorlanma ölçüm sırasında numune yüzeyinden verebilmektedir ise ölçüm, uzama ve sınırlı montaj yöntemleri, sınırlı bir dizi sınırlı bir alan gibi sınırlamalar acı deneme.
Sunulan yordam DIC ile birlikte yüksek hızlı servo hidrolik yük çerçeve kullanımını açıklar ve son zamanlarda geliştirilen standart yönergeleri6 tamamlayıcı bir belgeye deneysel işlemin ayrıntılarını açıklamak için kullanılabilir. Bölüm servo hidrolik yük çerçevesinde çeşitli test kurulumları için takip edilebilir (örneğin, çekme dayanımı, basınç ve kesme) ve hatta ortak quasistatic yük ile çerçeve de ve bu nedenle, kapsar imkanları çok geniş. Ayrıca, DIC bölüm ayrı ayrı küçük değişiklikler ile mekanik veya termal test türlerine uygulanabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deneyden elde edilen ham veri örnek numune geometri ve gerilim ölçerler konumunda etkilenmiştir. Düşük gerilme oranı dinamik testleri bir piezo-elektrik yükü çamaşır makinesi tarafından alınan yük verilerde dahil yüksek zorlanma hesaplı yük çerçevesine (Bruce ve ark. 3 önerilen > 10/s, Wang ve arksüre için. 9 bu sınırı 100/s olmak bildirilen) genellikle büyük genlik salınımlarını yükleme ile ilişkili dinamik dalgalar nede…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Dmitrii Klishch, Michel Delannoy, Tyler Musclow, Fraser Kirby, Joshua Ilse ve Alex Naftel büyük yardım kabul. Mali destek tarafından Ulusal Araştırma Konseyi Kanada (NRK) güvenlik malzemeleri teknoloji (SMT) programı aracılığıyla da beğeni topluyor.
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
- Xiao, X. Dynamic tensile testing of plastic materials. Polymer Testing. 27 (2), 164-178 (2008).
- 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).
- Bruce, D., Matlock, D., Speer, J., De, A. Assessment of the strain-rate dependent tensile properties of automotive sheet steels. SAE World Congress. , (2004).
- Rahmat, M. Dynamic mechanical characterization of aluminum: analysis of strain-rate-dependent behavior. Mechanics Time-Dependent Materials. , (2018).
- Gray, G., Blumenthal, W. R. . Split-Hopkinson pressure bar testing of soft materials. 8, 1093-1114 (2000).
- . . ISO 26203-2:2011; Metallic materials-Tensile testing at high strain rates-Part 2: Servo-hydraulic and other test systems. , 15 (2011).
- 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).
- . SAE, High strain rate testing of polymers. SAE International. , 27 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- LeBlanc, M. M., Lassila, D. H. A hybrid Technique for compression testing at intermediate strain rates. Experimental Techniques. 20 (5), 21-24 (1996).
- Xiao, X. Analysis of dynamic tensile testing. 11th International Congress and Exhibition on Experimental and Applied Mechanics. , (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
