JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Divulgaciones
Acknowledgements
Materials
Referencias
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Ingeniería

לפצח ניטור בדיקת עייפות התהודה של דגימות מרותך באמצעות מתאם תמונה דיגיטלית

Published: September 29, 2019
doi:
10.3791/60390
,
1Institute for Ship Structural Design and Analysis,Hamburg University of Technology (TUHH)

Summary

מתאם תמונה דיגיטלית משמש בדיקות עייפות על מכונת בדיקת תהודה כדי לזהות סדקים מאקרוסקופי ולנטר הפצת קראק בדגימות מרותכות. סדקים על משטח הדגימה להיות גלוי כמו זנים מוגברת.

Abstract

הליך המשתמש במתאם תמונה דיגיטלית (DIC) לזיהוי סדקים בדגימות מרותכות במהלך בדיקות עייפות על מכונות בדיקת תהודה מוצג. היא מיועדת כהליך מעשי ומתכלה לזהות סדקים מאקרוסקופי בשלב מוקדם לצג הפצת קראק במהלך בדיקות עייפות. הוא כולל מדידות שדה הנבג בריתוך באמצעות DIC. תמונות נלקחים במרווחי זמן קבועים של מחזור עומס. סדקים להיות גלויים בשדה זן מחושב כמו זנים גבוהים. בדרך זו, את כל הרוחב של הדגימה בקנה מידה קטן ניתן לפקח כדי לזהות איפה ומתי סדק יוזם. לאחר מכן, ניתן לנטר את התפתחות אורך הסדק. מכיוון שהתמונות שנוצרו כתוצאה מכך נשמרות, התוצאות לאימות ודומות. התהליך מוגבל לסדקים היוזמים על פני השטח ומיועד לבדיקות עייפות בתנאי מעבדה. על ידי המחשה הסדק, ההליך המוצג מאפשר התבוננות ישירה של סדקים מהמערך שלהם עד הקרע של הדגימה.

Introduction

Welds נוטים במיוחד נזקים עייפות. תכונות העייפות שלהם נקבעות בדרך כלל על דגימות בקנה מידה קטן שניתן לבדוק ביעילות. במהלך הבדיקות, מוחל עומס מחזורי. בסופו של דבר סדק תיזום ויגדל לגודל מאקרוסקופי. הסדק יגדל ויפיץ דרך הדגימה. הבדיקה מופעל בדרך כלל עד שהוא נכשל במלואו. תוצאת הבדיקה היא מספר מחזורי העומס עד לכשל בטעינה שהוחלה. הכישלון הסופי הזה. הוא בדרך כלל ברור מצד שני, החניכה בקראק. מסובכת יותר לקביעה עם זאת, זה יכול להיות עניין של חקירות על פרמטרים שאינם אחידים על עובי הדגימה או המשפיעים על הסדק לפצח במיוחד (למשל, שרידי מדגיש או לאחר לרתך טיפולים).

קיימות שיטות שונות לאיתור סדקים במהלך בדיקות עייפות. הפשוטה ביותר הם בדיקה חזותית, בדיקות חדירה לצבוע, או יישום של מאבחנים מאמץ. שיטות מתוחכמות יותר כוללות התרמוגרפיה, אולטרסאונד, או בדיקות נוכחיות של אדי. הפצת קראק ניתן לקבוע באמצעות apposite מאבחנים, פליטה אקוסטית או שיטת השחרור הפוטנציאלית.

ההליך המוצע משתמש מתאם תמונה דיגיטלית (DIC) כדי להמחיש זנים פני השטח על הדגימה. זה מאפשר זיהוי של היווצרות סדקים מאקרוסקופי במהלך בדיקות עייפות. יתר על כן, הפצת קראק ניתן לפקח על משך הבדיקה. ב-DIC, תבנית לא סדירה מוחלת על משטח הדגימה ומפוקחת על ידי מצלמות. מתוך עיוות של דפוס תחת טעינה, זנים פני מחושבים. סדקים יופיעו כזנים מוגבהים חורגים מערך הסף המוגדר (> 1%) ולכן להיות גלוי.

עם מקדמה של טכנולוגיות חישוביות, DIC הופך להיות יותר ויותר פופולרי עבור יישומים תעשייתיים ומחקריים. מספר מערכות תוכנה של מדידה מסחרית, כמו גם תוכנות קוד פתוח זמינות1. הנוהל המוצע מציע שימוש נוסף בטכנולוגיה הזמינה כבר במספר גדל והולך של מתקני מחקר בהנדסה מכנית ואזרחית.

בהשוואה לבדיקות חזותיות או בדיקות חדירה לצבע, ההליך המוצע אינו מבוסס על תפיסה סובייקטיבית, התלויה בחווית המפעיל ובגיאומטריה המקומית בבוהן הריתוך. אפילו עם הגדלה גבוהה זה יכול להיות מאתגר לזהות סדקים בשלב מוקדם (כלומר, חניכה סדק), במיוחד אם המיקום המדויק אינו ידוע מראש. יתר על כן, השימוש DIC התוצאות נשמרות ולכן להיות מיוצר ומדומה, בעוד בדיקה חזותית אפשרית רק ברגע.

באמצעות מדידה בשדה מלא ההליך מאפשר ניטור הרוחב כולו של הדגימה או אורך של הריתוך. באמצעות מאבחנים מאמץ, יהיה צורך להחיל מספר מחוונים על רוחב הדגימה, כי המדידה שלהם היא מקומית. השינויים באות מד המתח יהיו תלויים במרחק ובמיקום היחסי לסדק. התוצאה תהיה תלויה באם הסדק היה מתחיל בין שני מחוונים או במקרה בפני אחד.

יתרון נוסף של DIC הוא שהוא חזותי, והוא מעניק תמונה תיאורית של הסדק. באמצעות ממדי מאמץ לזיהוי קראק או פליטה אקוסטית עבור צמיחת קראק, אורך הסדק עצמו אינו מפוקח, אך הוא נקבע על-ידי שינויים במתח הנמדד או באותות אקוסטיים בהתאמה. לדוגמה, בשראמה ואח ‘2 DIC מותר להבנה ולפרשנות של אותות פליטה אקוסטית. גורמים משפיעים אחרים או אותות מפריעים עלולים להשפיע על האות הנמדד, המוביל לחוסר ודאות ודורש פרשנות זהירה של התוצאות.

דווח על יישומים שונים של DIC לניטור סדקים בבדיקות עייפות. במקרים רבים DIC משמש כדי להעריך את השדה הנבג על הטיפ לפצח3,4,5 ולקבוע את גורמי עוצמת הסטרס6,7,8 או לזהות נזקי עייפות על מיקרוסקופיים סולם9,10. במקרים אלה, משתמשים בתמונות מיקרוסקופיים כדי לחקור תחומי עניין בטווח של כמה מילימטרים. הדגימות שנבדקו מורכבות מחומר בסיס המכונה עם ממדים בטווח מילימטר. שטחי מדידה גדולים נרשמו על ידי טברס ואח ‘11 כדי לקבוע את גורמי עוצמת המתח, על ידי שראמה ואח ‘2 כדי ללמוד אותות פליטה אקוסטית, ועל ידי השושלת ההאשהסינית ואח ‘12 לחקור סדקים בבטון אספלט. Poncelet ואח ‘13 הוחל DIC כדי לזהות את ייזום הקראק בהתבסס על תוספת המתח היחסי מעל מספר מסוים של מחזורי עומס. הבדיקות בוצעו על דגימות עם משטח ממכונה. מרותך14,15 או ברהם דגימות16 נחקרו באמצעות DIC כדי להקליט את התפתחות של זנים במהלך בדיקות עייפות. הדגימות נצפו מהצד, מראה את התפתחות הסדק בכיוון העומק, בקצה הדגימה.

כל הניסויים הנ ל נערכו על מכונות סרוו-הידראולי בדיקות עם תדרי עומס של כמה הרץ (< 15 Hz). בדרך כלל הבדיקות הופסקו כדי להקליט את התמונות עבור DIC. Vanlanduit ואח '17 צילם תמונות במהלך מבחן הריצה והוחל אלגוריתמים כדי לפצות על בדיקות שונות ההקלטה התמונה תדרים. Lorenzino ואח ‘18 ביצעו בדיקות על מכונת בדיקת תהודה, שנתפסו תמונות DIC עם מצלמות מיקרוסקופיים. Kovárík ואח ‘19,20 ביצעו בדיקות על מכונת בדיקות תהודה עם תדר של 100 הרץ ללא הפרעות, באמצעות פרוצדורה דומה מאוד לזו המוצגת כאן. הבדיקות נערכו על דגימות שטוחות ומצופות בעומסים. מצלמה אחת ופלאש מופעל שימשו ללכידת תמונות של שטח של ~ 20 x 15 מ”מ. הערכות קראק שונות המבוססות על שדה המתח ועל שדה העקירה הוחלו.

ההליך המוצג במאמר זה מיושם על דגימות מרותך המציגים חריץ, ולכן ריכוז הלחץ. מערכת 3D DIC עם שתי מצלמות מועסק, אשר מאפשר לחשבון מתוך displacements המטוס של הדגימה. המצלמות מופעלות כאשר התאורה היא קבועה. זיהוי קראק מבוסס על שדה הנבג הנמדד על שטח של 55 x 40 מ”מ.

ההליך מציע דרך חזקה ודומה לזיהוי סדקים בבדיקות עייפות. יתר על כן, הוא מספק רישום של הפצת קראק. היא ישימה על מכונות בדיקת תהודה עם תדירויות טעינה גבוהות. אין צורך לקטוע את הבדיקות עבור מדידות, ואין צורך באופרטור להיות נוכח במהלך הבדיקה. לפיכך, ניתן להחיל את ההליך ביעילות על מספר גדול של בדיקות כדי לאחזר מידע על אתחול והפצת קראק.

Protocol

1. הכנת הדגימה התראה: השימוש בריתוך או בציוד מכאני עשוי להיות מסוכן. העבודה צריכה להתבצע על ידי עובדים מוסמכים ועל פי ההוראות שסופקו על ידי יצרנים. הכנת דגימות עם הגיאומטריה לרתך הרצוי (למשל, ריתוך קת, האורך הסטינר, לרתך פילה). אם רוחב הדגימה כולה צריך להיות נמדד, גודל הדגימה עשוי להיות מוגבל על ידי האזור בתמונה על ידי מערכת מועסקים מצלמה. במבחנים שהוצגו כאן, בשימוש בדגימות של מרובה מיני שכבות בין שתי צלחות של עוביים שונים (איור 1). הדגימות היו עשויות פלדה מבנית S355 באמצעות ריתוך גז פעיל מתכת. מידע נוסף על הכנת הדגימה ניתן למצוא בפרידריך וehlers21. במידת הצורך, להמתיק את מיקומי הקראק המתחרים על ידי גריסה. אלה עשויים להיות הבוהן לרתך בצד השני של הצלחת או הקצה השני של הסטינר. כאן, על פני השטח להיות הקרקע עד חלקה וחופשית של חריצים חדים כדי למנוע סדקים. נקה את משטח הדגימה באזור סביב לרתך באמצעות מטלית ניקוי ושואב אבק למעלה. בזהירות להסיר את כל החומר רופף מן המשטח לרתך ולרתך הבוהן באמצעות מברשת חוט פליז. המשטח אמור להיות שמן ונטול שומן. החילו את דוגמת המילוי המיוחדת של DIC באמצעות יישומים מתחלפים של צבע ספריי שחור-לבן. אין לכוון את התרסיס ישירות על פני השטח, אבל לתת את הערפל תרסיס להתיישב על הדגימה. אין צורך בשכבה רציפה. גודל מיוחד צריך להיות משובח ככל האפשר, בסדר גודל של 0.1 מ”מ (ראה איור 2).הערה: הצבע המאט עדיף על מנת להקטין את ההשתקפויות. 2. הגדרת בדיקה התראה: השימוש בציוד בדיקה מכני או סרוו-הידראולי הוא פוטנציאלי מסוכן. פעל בזהירות ובצע את ההוראות המסופקות על-ידי היצרן. הצב את המצלמות DIC כדי ללכוד את אזור העניין על הדגימה שמוקמה במכונת הבדיקה. הכיוונון המדויק יהיה תלוי בציוד המועסקים. במבחנים שהוצגו כאן, המצלמות היו רכוב על הגרדום להגיע מעל הדגימה מסודרים אופקית במכונת הבדיקה (איור 3). בקפדנות להתאים את המוקד של יעדי המצלמה כדי להבטיח כי האזור נמדד בפוקוס. על מצלמות מועסק זה נעשה על ידי לשבש את המטרות או החוצה כדי לשנות את המרחק בין העדשות ואת החיישן של המצלמה. להתאים את מיקום האורות כדי למקסם את התאורה (כאן, 4 16 ואט נורות LED שימשו; זה איפשר תאורה אחידה של אזור המדידה, אבל תצורות אחרות אפשריות גם). השימוש במסננים פולריזציה המותקן כראוי על האורות והיעדים מומלץ להפחית את ההשתקפויות על פני השטח המתכתי. לבחור זמן חשיפה נאותה. זה יהיה תלוי בתדר הבדיקה צריך להיות שבר קטן מספיק (~ 1/35) של משך מחזור עומס אחד. במבחן שהוצג כאן, זמן החשיפה היה 0.8 ms עבור תדירות בדיקה של 34 Hz. כיול מערכת DIC. ההליך יהיה תלוי במערכת המועסקים ויש לתאר במדריך למשתמש מסוים. צלם כמה תמונות עם זמן החשיפה שנבחר. חשב זנים באמצעות תוכנה apposite DIC. ודא שאיכות התמונה טובה מספיק כדי לחשב זנים כלשהם, שפיזור התוצאות אינו מוגזם (בזנים של המצב הטעון שהוא צריך להיות קרוב לאפס), ושהתוצאות מכסות את כל האזור המעניין. אם התמונות חשוכות מדי, התאימו את התאורה. ייתכן שיהיה צורך לפתוח את הצמצם על היעדים, למרות שהדבר יפחית את עומק המיקוד. דפוס מיוחד בהיר יותר עשוי לעזור גם כן. חבר את פלט אות הכוח ממכונת הבדיקה כדי להפעיל את המצלמות. נעשה שימוש במערכת DIC מסחרית כולל חומרה ותוכנה המאפשרת להפעיל את הגורם המפעיל במרווחי זמן ספציפיים של מחזורי עומס. למטרה זו, מחזורי העומס נספרים על-ידי אות הכוח העולה החוצה ערך מסוים. כאשר מגיעים למספר מחזורי העומס שצוין, המצלמות מופעלות והספירה מתחילה מחדש. רשימת ההדק למופת מסופקת כקובץ משלים. בצע הפעלה בדיקה כדי לקבוע את ההשהיה בין אות ההדק לבין חשיפת המצלמה. הגדר את הגורם המפעיל לפני השיא של אות הטעינה כדי לפצות על ההשהיה. אם נעשה שימוש ברשימת ההדק (ראה step 2.7), התאם את ערך הפרמטר לאות הטעינה הנדרש במתח. במבחנים המוצגים, המצלמות הופעלות ב 91% ו 96% מהכוח המקסימלי, בהתאמה. ערכים אלה ניתנים רק כדוגמה ואינם מתאימים תמיד.הערה: אין צורך שהתמונות יילקחו בדיוק בשיא העומס. סדקים אמורים להיות גלויים בכל זאת. הגדר את הגורם המפעיל למרווח זמן של מחזורי עומס כך שהמספר הכולל של תמונות במשך הבדיקה הצפויה הוא בסדר גודל של 100-200 (לדוגמה, כל 10,000 מחזורים לבדיקה עם 106 מחזורי טעינה). ברשימת ההדק (ראה שלב 2.7) מתאימים את הערך של לולאות למספר הרצוי של מחזורי עומס. 3. מבחן עייפות התראה: השימוש בציוד בדיקה מכני או סרוו-הידראולי הוא פוטנציאלי מסוכן. פעל בזהירות ובצע את ההוראות המסופקות על-ידי היצרן. התקן את הדגימה במכונת הבדיקה. אם נדרש, קח תמונות DIC לפני הטעינה. זה לא הכרחי עבור זיהוי קראק, אבל זה מאפשר להשתמש DIC כדי למדוד את פני השטח תחת טעינת. החל את מחזור הטעינה הראשון באופן סטטי. עצור בעומס מרבי וצלם כמה תמונות עבור DIC. תמונה אחת צריכה להיות מספיקה, אך מכיוון שאיכות התוצאות DIC אינה תמיד אופטימלית, ייתכן שיהיה זה מועיל לבחור מספר תמונות נוספות לצורך ניתוח. עבור תמונות אלה, ניתן להשתמש בזמן חשיפה ארוך בהתאם לצורך.הערה: ניתן להשמיט את מחזור הטעינה הסטטי, אך התמונות שנרכשו באופן סטטי הן כנראה באיכות טובה יותר מאלה שנרכשו במהלך הבדיקה הדינאמית ובכך משפרות את התוצאות DIC. הגדר את טווח העומס והתחל את הבדיקה המחזוריות. באופן אופציונלי, השג סימני חוף על-ידי כלילת מרווחי זמן שבהם נשמר העומס העליון אך טווח הטעינה מופחת. עבור הדוגמאות המוצגות כאן, מחצית אחת מטווח הטעינה הוחלה ב-15,000 מחזורים עבור כל 40,000 מחזורים קבועים. סימני חוף אינם נחוצים עבור ההליך הציג אך מציעים את האפשרות לאמת את אורכי סדק שזוהו. ציין את העומס הסטטי והדינמי והפעל את הבדיקה עד לכשל הדגימה. בבדיקות שהוצגו הוחלו עומס סטטי של 0 kN ו משרעת דינמית של 22.5 kN. בהתאמה 50 kN סטטי ו 50 kN טען דינמי שימשו על הדגימה הקלה לחץ. 4. הפוסטעיבוד הערכת DIC ולחשב את המתח ב צירית של הדגימה (טעינת) כיוון באמצעות תוכנה apposite. תוכנה מסחרית (ראה טבלת חומרים) הכוללת את החישוב האוטומטי של זנים הועסק. מידע על מיחשוב של זנים ניתן למצוא Grédiac ו Hild22 וסקירה של תוכנה מסחרית ו-DIC הנוכחי של הקוד הפתוח ניתנת בבלוני ואח ‘1. השתמש בתמונה ממחזור העומס הסטטי הראשון שנרכש בשלב 3.3 כתמונת ייחוס. כאן, גודל היבט של 19 x 19 פיקסלים (~ 0.32 x 0.32 מ”מ) ומרחק היבט של 15 x 15 פיקסלים הוחל עבור ההערכה DIC. הפוך את העלילה של המתח המחושב והגדר את המקרא של ההתוויה לערכים גבוהים יחסית (0.5% עד 1.0%) כדי לדכא רעש אפשרי. בהתאם לתוכנה שימושית, מגרשים אלה יהיו זמינים בסעיף תוצאות לאחר displacements וזנים שחושבו (4.1). הפעל את רצף התמונות שנרכש במשך הבדיקה. סדק היווצרות יהפוך גלוי במונחים של זנים גבוהים. סדק מאקרוסקופי עלול להתרחש כאשר זנים חורגים 1%. כדי להשוות בין תוצאות בדיקה שונות, ייתכן שיהיה מעניין לקבוע מתי הסדק יגיע לאורך שצוין. אורכי סדק של ~ 2 מ”מ נחשבו סדקים טכניים או מאקרוסקופיים.

Representative Results

כדי לזהות סדקים וניטור הפצת הסדק את המתח בכיוון הטעינה של הדגימה הותווה. סדקים הפכו לגלויים במונחים של זנים גבוהים (> 1%). התוצאות שהתקבלו משתי בדיקות עייפות מוצגים. הבדיקות בוצעו בעומסים שונים וביחס עומסים. התוצאות אינן מיועדות להשוואה ישירה בין שתי הבדיקות, אך מייצגות תוצאות טיפוסיות של בדיקות אלה ומציגות את היכולות של ההליך המוצג. התפתחות סדק בדגימה בתנאים מרותכים מוצגת באיור 4. הדגימה הכילה שרידי מתחים שנגרמו כתוצאה מהתכווצות הריתוך בזמן הקירור. הם נמדדו על ידי עקיפה רנטגן וקידוח חורים ומחושב על ידי הדמיות ריתוך21. בגלל שרידי מתחים באמצע הדגימה, הסדק יוזם בקו המרכז. ראשית, המתח החל לגדול במיקום של סדק היווצרות. סדק טכני הניחו כאשר זנים חרג 1% על אורך של 2 מ”מ (N = 755,000). הסדק הופץ באופן סימטרי לשני הצדדים. אורך הסדק שזוהה הושווה לסימני החוף שנוצרו במהלך הבדיקה והראה הסכמה טובה. וידאו של תוצאות DIC מראה איך התפשטות סדק האט במהלך היווצרות של סימני החוף. ההתפתחות של סדק על הדגימה הקלה למתח מוצג באיור 5. החניכה לא הושפעה מלחצים שיורית. כמה סדקים הקימו במקומות שונים לאורך הריתוך. סדק של 2 מ”מ זוהה לאחר 574,000 מחזורים. הסדקים היחידים גדלו ובסופו של דבר מאוחדים. אורך הסדק שזוהה הושווה שוב לסימני החוף. הדור של סימני החוף מציע אפשרות טובה כדי לאמת את אורכי הסדק שאותרו באמצעות טכניקת DIC. יתר על כן, הוא מציע את האפשרות לתאם את עומק הסדק עם האורך הנמדד על פני השטח דגימה. בשלב מוקדם של הסדק, קרוב לפני השטח, זה יכול להיות מאתגר להשיג סימני חוף כי הם גלויים בבירור. כאן, התוצאות הראו את היתרון של הגישה DIC. כפי שהוצג באיור 4 ואיור 5 תוצאת ההליך היא סדרה של תמונות (או וידאו) המציגה את ההתפתחות של סדקים בריתוך. מתמונות אלו ניתן לקבוע את המקור ואת מספר הסדקים. יתר על כן, ניתן להשתמש בהם כדי לקבוע מתי סדק הגיע לאורך מסוים. סדקים באורך 2 מ”מ נחשבו למקקרוסקופי או לטכני. אורך זה סדק יכול להיות מאוחזר באופן אמין מן התמונות במחקר זה שימש כדי להשוות את התוצאה של סדרה של בדיקות. יתר על כן, מנקודת מבט הנדסי, זה אורך הסדק יהיה לזיהוי בשירות באמצעות טכניקות בדיקה זמין. על ידי מדידת אורך הסדק מן התמונות וכתוצאה מכך הקשורות אותו למספר מחזורי עומס, ניתן גם להתוות עקומת הצמיחה סדק או לקבוע שיעורי צמיחה סדק. אלה עשויים להיות עניין של שבר חישובים מכניים של הפצת קראק. איור 1: ריתוך מרובה שכבות K-בתחת דגימות המשמשות עבור בדיקות עייפות. ממדים במילימטרים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. איור 2: תבנית מיוחד למתאם תמונה דיגיטלית בריתוך. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. איור 3: הגדרת מבחן עם מצלמות DIC ואורות נתמך על ידי מבנה הגרדום מותקן מעל הדגימה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. איור 4: אחוז המתח בכיוון הטעינה (אנכי) המראה את ההתפתחות של סדק והשוואה עם סימני החוף על הדגימה בתנאים מרותך. N = מספר מחזורי העומס. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. איור 5: אחוז המתח בכיוון הטעינה (אנכי) המראה את ההתפתחות של סדקים והשוואה עם סימני חוף על הדגימה הקלה ללחץ. N = מספר מחזורי העומס. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. איור 6: אחוז המתח בכיוון הטעינה בעומס מרבי על הראשון, העומס הסטטי מחזור (N = 1) ובתחילת בדיקת העייפות במספרים שונים של מחזורי עומס. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. משלים קובץ 1: רשימת ההדק. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד).

Discussion

ההליך המוצג מורכב משימוש DIC כדי לאתר ולנטר סדקים בעייפות על דגימות מרותכות שנבדקו במכונת בדיקת תהודה מבלי לקטוע את הבדיקה. האתגר העיקרי ביישום הוא תדירות עומס גבוהה של מכונת בדיקת תהודה. זה דורש זמני חשיפה קצרים יחסית ולכן תאורה גבוהה לרכישת תמונות עבור בדיקות DIC. לכן, יש להגדיל את התאורה. מצד שני, השתקפויות על משטח מתכתי עשוי לדרוש שימוש במסננים פולריזציה, אשר תפחית את כמות האור הנכנס למצלמות. כדי לעשות שימוש טוב יותר של האור הזמין, הצמצם של המטרות ניתן להגדיל. זה יפחית את עומק המיקוד. לכן יש צורך להגדיר את המוקד בדיוק במרחק של משטח הדגימה ואת תנועת המטוס של הדגימה לא צריך לחרוג מהטווח ממוקד. הכיוונון של המצלמות והתאורה דורש טיפול מיוחד.

עם זאת, הזנים שחושבו על-ידי DIC עשויים שלא להיות מדויקים (איור 6). הזנים המחושבים עשויים להראות רעש גבוה. בחלק מפיאות המשמשות ל-DIC, התבנית המיוחדת אינה יכולה להיות מזוהה והזנים לא יחושבו. אך הנוהל המוצע הוכח כיציב ביחס לאיכות התוצאות DIC. גם אם התוצאות אינן טובות מספיק כדי לקבוע את הזנים על לריתוך בדיוק, זה עדיין צריך להיות אפשרי לזהות סדקים.

לרתך בתחת הציג כאן יש הבוהן ריתוך חלקה יחסית בהשוואה לריתוך אחרים גאומטריות. סדקים צפויים ליזום על פגמים לאורך הבוהן לרתך עם חריץ חדה ולכן ריכוז מתח גבוה. למרבה הצער, ייתכן שלא ניתן יהיה להעריך זנים על ידי DIC במיקומים מדויקים אלה, משום שההיבטים המשמשים לחישוב אינם ניתנים לזיהוי. לדוגמה, איור 5 מראה סדק היוזם בצד שמאל של הדגימה, היבטים חסרים ב + 25 מ”מ אופקי/-5 מ”מ אנכית. אך כפי שמוצג בדוגמה, גם אם היבטים מסוימים אינם מוערכים עדיין ניתן לקבוע מתי הסדק יוזם ומתחיל לצמוח. לרתדים עם זווית תלולה וחריצים חדים יותר (למשל, האורך הדסטינר, ריתוך פילה) זה עשוי לעזור להטות את המצלמות ~ 15 ° כדי להגדיל את הזווית אל פני השטח לרתך. ההליך המוצע הוחל גם על התקשחות האורך. למרות החריץ חדה יחסית על הבוהן לרתך זה היה אפשרי באופן מהימן לגלות חניכה הסדק.

סדקים מקרוסקופיים מניחים שניתן להגיע לזנים של 1% או יותר. במחקר של Kovárík ואח ‘20, DIC הוחל כדי לזהות סדקים על ביצורים תרמיים מצופה תרסיס, לא מחורץ. הוכרז כי ערך הסף לזיהוי קראק יכול להיות מוגדר בטווח של 0.5% ו-1% מבלי להשפיע באופן משמעותי על התוצאות. ערכים אלה מאושרים על-ידי ההשוואה עם סימני החוף (איור 4 ואיור 5). ערך נמוך יותר יוביל לזיהוי קראק מוקדם יותר, אך עשוי להיות נוטה יותר לאין ודאות ולהפיק תוצאות דומות פחות. ערך גבוה יותר יוביל לזיהוי מאוחר יותר של חניכה בקראק, אך התוצאות יהיו כנראה דומות יותר ויוערכו.

החלת מחזור הטעינה הראשון באופן סטטי (שלב 3.3) עשויה לגרום לזמן רב כאשר בדיקות רבות מתבצעות. אם אין זנים פלסטיק להתרחש בבוהן לרתך (חריץ) זה יכול גם להיות מושמט ואת המצב פרוק (שלב 3.2) המשמש כהפניה לחישובי הזנים. אחרת, ניתן להשתמש באחת התמונות שנרכשו בתחילת הבדיקה הדינאמית אם איכות התמונה מספיקה (ראה איור 6).

אם רק כמה דגימות נבדקו, אין להמעיט בזמן הכיוונון. זה עשוי לדרוש זמן ולולאות איטרטיביות כדי להתקין ולהגדיר את המצלמות במדויק ולבצע את הכיול כדי לקבל תמונות נאות עבור הערכה DIC.

הכנה לדגימה, מצד שני, היא מהירה וזולה. דגימות צריך להיות נקי ומרוסס עם צבע כדי להחיל את הדיבור מיוחד. זה מגיע במחיר קטן והופך את ההליך DIC מבוסס מעשית, במיוחד אם מספר רב של דגימות ייבדקו.

יתרון נוסף, במיוחד עבור קבוצות גדולות של דגימות או בדיקות ריצה לילה, היא כי המצלמות מופעלות באופן אוטומטי, ואת הבדיקות לא צריך להיות מופרע.

הגבלה של הליך DIC היא כי כשיטה אופטית היא מוגבלת לסדקים במשטח. יתר על כן, זה דורש את האזור להיות מפוקח להיות גלוי על ידי המצלמות בעוד הדגימה מותקן במכונת הבדיקה.

הנוהל המוצג שימש בעיקר כדי לזהות את ההתחלה של סדקים טכניים. אבל כפי שמתואר, זה גם מאפשר להערכת צמיחת קראק (למשל, כדי לקבוע שיעורי הפצת קראק). התוצאה תהיה האורך הנראה על פני השטח. עם זאת, לא ניתן לזהות את העקמומיות הקדמית של הסדק.

הנוהל הוכיח את תחולתו על דגימות מרותכות המציגות טופולוגיית שטח מסובכת יחסית. יש לטפל גם בדגימות שאינן מרותכות, משום שהעדר החריצים הגיאומטריים צריך להקל על מדידות ה-DIC. הליך דומה הוחל ב-Kovárík et al.20 על דגימות לא מנודקות.

יתר על כן, ההליך ניתן גם להחיל על בדיקות עייפות על מכונות סרוו-הידראולי בדיקה. כאן, תדר הבדיקה יהיה נמוך יותר מאשר במכונת בדיקת תהודה. זמן החשיפה של המצלמות יכול להיות ארוך יותר, אשר אמור להקל על הגדרת המצלמה.

לסיכום, ההליך המוצג מציע דרך ישירה ללמוד התפתחות של סדקים בבדיקות עייפות. זה מאפשר זיהוי של סדקים טכניים ניטור של הפצת קראק (למשל, כדי לקבוע שיעורי הפצת קראק בבדיקות עייפות). ההמחשה הטבעית של התוצאות מקלה על הפרשנות וההערכה שלהם. הטכניקה ישימה על מכונות בדיקת תהודה עם תדירויות טעינה גבוהות מבלי לקטוע את הבדיקות. המדידות אוטומטיות לחלוטין, ולכן אין צורך בהשגחה רציפה. הוא חל על דגימות מרותכות המציגות גיאומטריה מסובכת יחסית באזור העניין. על דגימות בקנה מידה קטן, זה מאפשר כיסוי של הרוחב כולו של הדגימה. יתר על כן, ההליך מאופיין על ידי התקנה פשוטה עיבוד הפוסט הבסיסי, מה שהופך אותו חלופה מעשית לשיטות הקיימות.

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

במימון הקרן הגרמנית למחקר (DFG, מחקר הגרמני) EH 485/4-1.

Materials

ARAMIS 5M gom DIC system including two 5 megapixel cameras and control unit
ARAMIS gom v6.3.1-2 DIC software
Calibration object gom CP 20 MV 30 x 24 mm2
Camera objectives, 50 mm Titanar 2.8 / 50
Hydraulic Wedge Grip MTS 647.25A02
Hydraulic Grip Supply MTS 685.10 10,000 Psi
LED lights Diana LEDscale KSP0495-0001A 4 x 16 W LED lights
Polarization filters Schneider-Kreuznach 52,0 AUF (2 x for cameras)
Polarization filters Schneider-Kreuznach 67,0 AUF (4 x for lights)
Resonance testing machine Schenck 200 kN resonance testing machine
Resonance testing machine control unit Rumul v 2.5.3 Resonance testing machine control unit and software
Spray paint Black and white spray paint, matt
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referencias

  1. Belloni, V., et al. Digital image correlation from commercial to FOS software: a mature technique for full-field displacement measurements. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. XLII-2, 91-95 (2018).
  2. Shrama, K., Clarke, A., Pullin, R., Evans, S. L. Detection of cracking in mild steel fatigue specimens using acoustic emission and digital image correlation. 31st Conference of the European Working Group on Acoustic Emission. , (2014).
  3. Carroll, J. D., Abuzaid, W., Lambros, J., Sehitoglu, H. High resolution digital image correlation measurements of strain accumulation in fatigue crack growth. International Journal of Fatigue. 57, 140-150 (2013).
  4. Malitckii, E., Remes, H., Lehto, P., Bossuyt, S. Full-field strain measurements for microstructurally small fatigue crack propagation using digital image correlation method. Journal of Visualized Experiments. (143), e59134 (2019).
  5. Rabbolini, S., Beretta, S., Foletti, S., Cristea, M. E. Crack closure effects during low cycle fatigue propagation in line pipe steel: An analysis with digital image correlation. Engineering Fracture Mechanics. 148, 441-456 (2015).
  6. Carroll, J. D., et al. Multiscale analysis of fatigue crack growth using digital image correlation. Proceedings of the XIth International Congress and Exposition on Experimental and Applied Mechanics. , (2008).
  7. Durif, E., Fregonese, M., Rethore, J., Combescure, A. Development of a digital image correlation controlled fatigue crack propagation experiment. EPJ Web of Conferences. 6, 31012 (2010).
  8. Maletta, C., Bruno, L., Corigliano, P., Crupi, V., Guglielmino, E. Crack-tip thermal and mechanical hysteresis in Shape Memory Alloys under fatigue loading. Materials Science & Engineering A. 616, 281-287 (2014).
  9. Rupil, J., Roux, S., Hild, F., Vincent, L. Fatigue microcrack detection with digital image correlation. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 46 (6), 492-509 (2011).
  10. Risbet, M., Feissel, P., Roland, T., Brancherie, D., Roelandt, J. M. Digital image correlation technique: application to early fatigue damage detection in stainless steel. Procedia Engineering. 2, 2219-2227 (2010).
  11. Tavares, P. J., Ramos, T., Braga, D., Vaz, M. A. P., Moreira, P. M. G. P. SIF determination with digital image correlation. International Journal of Structural Integrity. 6 (6), 668-676 (2015).
  12. Hasheminejad, N., et al. Digital image correlation to investigate crack propagation and healing of asphalt concrete. Proceedings of the 18th International Conference on Experimental Mechanics. , (2018).
  13. Poncelet, M., et al. Biaxial high cycle fatigue of a type 304L stainless steel: cyclic strains and crack initiation detection by digital image correlation. European Journal of Mechanics / A Solids. 29 (5), 810-825 (2010).
  14. Corigliano, P., et al. Fatigue assessment of Ti-6Al-4V titanium alloy laser welded joints in absence of filler material by means of full-field techniques. Frattura ed Integrità Strutturale. 43, 171-181 (2018).
  15. Corigliano, P., Crupi, V., Guglielmino, E., Sili, A. M. Full-field analysis of AL/FE explosive welded joints for shipbuilding applications. Marine Structures. 57, 207-218 (2018).
  16. Koster, M., Kenel, C., Lee, W., Leinenbach, C. Digital image correlation for the characterization of fatigue damage evolution in brazed steel joints. Procedia Materials Science. 3, 1117-1122 (2014).
  17. Vanlanduit, S., Vanherzeele, J., Longo, R., Guillaume, P. A digital image correlation method for fatigue test experiments. Optics and Lasers in Engineering. 47, 371-378 (2009).
  18. Lorenzino, P., Beretta, G., Navarro, A. Application of Digital Image Correlation (DIC) in resonance machines for measuring fatigue crack growth. Frattura ed Integrità Strutturale. 30, 369-374 (2014).
  19. Kovárík, O., et al. Resonance bending fatigue testing with simultaneous damping measurement and its application on layered coatings. International Journal of Fatigue. 82, 300-309 (2016).
  20. Kovárík, O., et al. Fatigue crack growth in bodies with thermally sprayed coating. Journal of Thermal Spray Technology. 25 (1-2), 311-320 (2016).
  21. Friedrich, N., Ehlers, S. A simplified welding simulation approach used to design a fatigue test specimen containing residual stresses. Ship Technology Research. 66 (1), 22-37 (2019).
  22. Grédiac, M., Hild, F. . Full-field measurements and identification in solid mechanics. , (2013).

Tags

Crack MonitoringResonance Fatigue TestingWelded SpecimensDigital Image CorrelationFatigue PropertiesWelded DetailsSmall Scale SpecimensCyclic LoadCrack InitiationCrack PropagationSpecimen FailureSpeckle PatternStructural SteelWeld HoleResonance Testing MachineCamera SetupExposure TimeTrigger Signal

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artículo
Friedrich, N., Ehlers, S. Crack Monitoring in Resonance Fatigue Testing of Welded Specimens Using Digital Image Correlation. J. Vis. Exp. (151), e60390, doi:10.3791/60390 (2019).
Descargar cita
Reimpresiones y permisos

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image