Caratterizzazione di materiali intermedi ceppo tasso con correlazione di immagini digitali
Summary
Qui presentiamo una metodologia per la caratterizzazione dinamica di trazione esemplari al prezzo di ceppo intermedi utilizzando un telaio di carico servo-idraulica ad alta velocità. Procedure per strain-gauge strumentazione e analisi, nonché per le misure di deformazione correlazione di immagini digitali sugli esemplari, sono anche definite.
Abstract
La risposta meccanica di un materiale sotto carico dinamico è in genere diversa da quello il comportamento in condizioni statiche; Pertanto, il comune quasi statica attrezzature e procedure utilizzate per la caratterizzazione di materiali non sono applicabili per i materiali sotto carichi dinamici. La risposta dinamica di un materiale dipende dal suo tasso di deformazione e largamente è categorizzata in alto (cioè, maggiore di 200/s), intermedio (cioè, 10−200/s) e ceppo basso tasso di regimi (cioè, sotto 10/s). Ognuna di queste chiamate di regimi strutture specifiche e protocolli di prova garantire l’affidabilità dei dati acquisiti. A causa il limitato accesso alle strutture di servo-idraulica ad alta velocità e protocolli di prova convalidati, esiste un notevole divario nei risultati presso la velocità di deformazione intermedia. Il manoscritto attuale presenta un protocollo validato per la caratterizzazione di materiali diversi a queste tariffe intermedie ceppo. Strain gauge strumentazione e protocolli di correlazione di immagini digitali sono inclusi anche come moduli gratuiti per estrarre il massimo livello di dati dettagliati da ogni singolo test. Esempi di dati grezzi, ottenuto da una varietà di materiali e configurazioni di test (ad esempio, a trazione e taglio) è presentato ed è descritta la procedura di analisi utilizzata per elaborare i dati di output. Infine, le sfide della caratterizzazione dinamica utilizzando il protocollo attuale, insieme con le limitazioni della struttura e dei metodi di superare i problemi potenziali sono discussi.
Introduction
Maggior parte dei materiali dimostrano un certo grado di dipendenza di tasso di sforzo nel loro comportamento meccanico1 e, pertanto, prove meccaniche condotte solo a velocità di deformazione quasi statica non è adatta determinare le proprietà del materiale per dynamic applicazioni. La dipendenza del tasso di deformazione dei materiali è in genere studiata utilizzando cinque tipi di sistemi di test meccanici: telai di carico unità convenzionali vite, sistemi di servo-idraulica, sistemi di servo-idraulica ad alta velocità, impatto tester e sistemi di barra di Hopkinson 1. bar Split Hopkinson sono stati una struttura comune per la caratterizzazione dinamica dei materiali negli ultimi 50 anni2. Ci sono stati anche gli sforzi per modificare le barre di Hopkinson per testare alle velocità di deformazione intermedio e inferiore. Tuttavia, queste strutture sono in genere più adatte per le caratterizzazioni di tariffa alta deformazione del materiale (cioè, di solito maggiore di 200/s). C’è una lacuna nella letteratura sulla caratterizzazione ceppo tasso di proprietà dei materiali alle velocità di deformazione intermedio nella gamma di 10−200/s (cioè, tra risultati di ceppo quasi statica e alto tasso ottenuti da split Hopkinson bar3), che è dovuto a il limitato accesso alle strutture e la mancanza di procedure affidabili di test della velocità di deformazione intermedia materiale.
Un telaio di carico servo-idraulica ad alta velocità si applica il carico alla provetta a velocità costante e predefinite. Questi caricano cornici beneficio da un adattatore di slack, che per prove di trazione, consente la traversa raggiungere la velocità desiderata prima dell’inizio del caricamento. L’adattatore slack consente la testa a una certa distanza (ad es., 0,1 m) per raggiungere la velocità di destinazione di viaggio e quindi Avvia applicazione del carico al provino. Telai di carico servo-idraulica ad alta velocità in genere eseguire test in modalità di controllo di spostamento e mantengono una velocità costante attuatore per produrre tassi di deformazione costante ingegneria3.
Tecniche per misurare l’allungamento del provino sono generalmente classificati come contatto o senza contatto tecniche4. Studio di tecniche include l’uso di strumenti quali gli estensimetri a clip, mentre gli estensimetri laser sono impiegati per misure senza contatto. Poiché gli estensimetri contatti sono soggetti a influenze di inerzia, non sono adatti per i test dinamici; Estensimetri senza contatto non soffrono di questo problema.
Correlazione di immagini digitali (DIC) è una tecnica di misurazione ottico, senza contatto, pieno campo ceppo, che è un approccio alternativo al ceppo di misura per misurare la deformazione/carico e superare alcune delle sfide (ad es., il fenomeno di squillo) associati con caratterizzazione del materiale dinamica5. Estensimetri di resistenza possono soffrire di limitazioni come ad esempio una zona limitata di misura, una gamma limitata di allungamento e metodi di montaggio limitato, considerando che la CIA è sempre in grado di fornire una misura della deformazione di pieno campo dalla superficie del campione durante la rsperimento.
La procedura presentata viene descritto l’utilizzo di un telaio di carico servo-idraulica ad alta velocità insieme a DIC e può essere utilizzata come un documento complementare al recente sviluppo linee guida standard6 per chiarire i dettagli delle procedure sperimentali. La sezione sul telaio di carico servo-idraulica può essere seguita per una varietà di configurazioni di test (ad es., trazione, compressione e di taglio) e anche con il comune carico quasi statica cornici come bene e, pertanto, copre una vasta gamma di servizi. Inoltre, la sezione DIC può essere applicata separatamente a qualsiasi tipo di test meccanici o termici, con modifiche minori.
Protocol
Representative Results
Discussion
I dati grezzi ottenuti dall’esperimento sono influenzati dalla posizione esemplare geometria ed estensimetri sull’esemplare. I dati del carico in test dinamici di ceppo basso tasso acquisito da una rondella di piezo-elettrico carico incorporato nel telaio di carico ad alta velocità di deformazione (Bruce et al. 3 suggerito > 10/s, mentre per Wang et al. 9 segnalato questo limite a 100/s) in genere soffrono di oscillazioni di grande ampiezza a causa delle …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori riconoscono il grande aiuto da Dmitrii Klishch, Michel Delannoy, Tyler Musclow, Fraser Kirby, Joshua Ilse e Alex Naftel. Sostegno finanziario dal National Research Council Canada (NRC) attraverso il programma di sicurezza materiali Technology (SMT) è anche apprezzato.
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 |
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