הדמיה מכנולומינסנטית של התפשטות סדקים להערכת מפרקים

המחקר הנוכחי נערך באמצעות דגימות DCB. DCB היא דגימת בדיקה סטנדרטית המשמשת לעתים קרובות לחקר מכניקת צמיחת סדקים ושברים16,17,18. 1. הכנת דגימת הבדיקה יש לבצע טיפול מקדים לפני השימוש בצבע ML (ראו טבלת חומרים). נגבו את משטח דגימת הבדיקה (שעליו המשתמש רוצה לרסס את צבע ה-ML) עם ממס כגון איזופרופיל אלכוהול (IPA) או אתנול להסרת שומנים על פני השטח. הכן והחל את צבע ML לפי השלבים הבאים.שקלו 20 גרם של מגיב האפוקסי הראשי לצבע ML (ראו טבלת חומרים), כולל חומר SrAl2O4:Eu2+ ML, ו-3.1 גרם מגיב הריפוי, וערבבו אותם עם ממס אורגני כגון טולואן ואתיל אצטט בכוס מדידה לקבלת צמיגות של 100 mPa·s. מרחו את צבע ה-ML על פני השטח של דגימת ה-DCB על-ידי ריסוס באמצעות תרסיס אוויר או פחית תרסיס (איור 3). יש לייבש את הדגימה בהדרגה למשך הלילה בטמפרטורת החדר.הערה: צבע ML הוכן על ידי ערבוב שרפים ML ופולימרים. ניתן להשתמש בחומרי ML 1,2,3,4 ובחומרים פולימריים בניגוד לצבעי ML מסחריים. עם זאת, הפרוטוקול במחקר זה מתואר באמצעות צבע ML מסחרי או פחיות ריסוס (כפי שמוצג באיור 3) כדי להבטיח ביצועים טובים. למרות שקצב התוכן של חומר ה-ML תלוי ביעילות, 25 wt% או יותר מ-50 wt% מחומר ה-ML נבחרו כקצב התוכן בצבע ML22. הצמיגות המתוארת בשלב 1.2.1 הוערכה באמצעות ויסקומטר 8,9 (ראו טבלת חומרים). לאחר הטיפול, לרפא את הדגימה על ידי חימום צבע ML מרוסס על הדגימה ב 80 מעלות צלזיוס במשך שעה אחת.הערה: התנאים שלאחר הטיפול חייבים להיות בטווח התנאים המתאימים לריפוי השרף של צבע ML ואינם משפיעים על חתיכת הבדיקה ועל ביצועי ההדבקה. בצע אישור איכות.ודא כי צבע ML מרוסס הוא אחיד בערך על פני השטח. הקפידו על עובי של כ-50-100 מיקרומטר באמצעות מיקרוסקופ או מד עובי ציפוי8 (איור 4).הערה: עובי נמוך מתאים למניעת חלוקת עומסים בריאגנט אפוקסי ML. האחידות של צבע ה-ML המרוסס נחוצה לניצול הדמיית ML לבדיקת דבק, משום שניתן לראות מכנולומינסנציה אינטנסיבית בקצה הסדק בשל ריכוז הלחץ הגבוה. לכן, צבע ה-ML המרוסס מתבטא כ”אחיד בערך” בשלב 1.4.1. 2. מדידת ML לבדיקת DCB עבור ההגדרה הניסיונית למדידת ML, בצע את השלבים הבאים.הרכיבו את הדגימה המרוססת בצבע ML על מכונת הבדיקה המכנית באמצעות זיג מיוחד (ראו טבלת חומרים) עבור בדיקת DCB16,17,18, כפי שמוצג באיור 5A.הערה: דגימות בדיקת DCB חייבות לעמוד בתקנים בינלאומיים עבור בדיקות DCB16,17,18. מקם מצלמות (CCD, התקן מצומד מטען, או CMOS, מוליך למחצה משלים של תחמוצת מתכת; ראה טבלת חומרים) לפני כל משטח של דגימת הבדיקה כך שהן פונות למיקום קצה הסדק לניטור 8,9,10,11,12 (איור 5B ). בדוק את תנאי המצלמה כדי לוודא שהיא יכולה להקליט את ה- afterglow (AG) במהלך זמן המדידה המשוער של הבדיקה המכנית.הערה: למרות שמערכת מצלמות בעלת ארבעה כיוונים אינה חובה עבור כל הכיוונים של הדגימה, מספר המצלמות תלוי בפני הדגימה שהמשתמש רוצה להתמקד בה ולתעד. בצע תצפית ML בבדיקת DCB.הגדר את הסביבה כדי להבטיח תנאים חשוכים. הגדר את תנאי ההקלטה של המצלמה: קצב הקלטה = 1 או 2 פריימים לשנייה (fps); זמן חשיפה = 0.5 שניות או 1 שניות; ורווח = מקסימום. הקרן את דגימת ה-DCB המרוססת בצבע ML באור כחול של 470 ננומטר לעירור באמצעות נורית LED כחולה (ראה טבלת החומרים) מכל כיוון מצלמה למשך דקה אחת. התחל את הקלטת המצלמה 5 שניות לפני שתסיים את הקרנת האור הכחול. המתן במצב חשוך במשך דקה אחת כדי להבטיח שה-afterglow ישקע.הערה: ניתן לשנות את זמן ההתיישבות בהתאם לסוג חומר החישה של ML והמצלמה, במיוחד ביחס לאיזון של עוצמות המכנולומינסנציה והאפטר-גלואו בסרטים המוקלטים. החל עומס מכני של16,17,18 באמצעות מכונת בדיקה מכנית עם קצב העמסה של 1 מ”מ/דקה כדי לקבל את תמונת ה-ML (איור 5C וסרט 1). חשב את אורך הסדק (a) באמצעות המידע על מיקום קצה הסדק, שנקבע מנקודת ה-ML במהלך התפשטות הסדק בדגימה המרוססת בצבע ML (סרט 1), כדי לקבל את קשיחות השבר, G1c (kJ/m2), ערך באמצעות משוואה 1 8,9,16,17,18.הערה: (משוואה 1)כאשר 2 H מציין את העובי (מ”מ) של דגימת DCB, B מציין את רוחב הדגימה, λ מציין את תאימות תזוזת פתיחת הסדק (COD) (mm/N), Pc מציין את העומס (N), ו- α 1 מציין את השיפוע של (a/2H) ו- (B/λ)1/3. 3. מדידת ML למבחן הטיית הברכיים (LS) עבור המערך הניסיוני למדידות ML, הרכיבו את דגימת ה-LS המרוססת בצבע ML על מכונת בדיקה מכנית19,20, כפי שמוצג באיור 6A. מקם מצלמות (מצלמת CCD או CMOS) לפני כל משטח של דגימת הבדיקה, כך שהן פונות למיקום קצה הסדק לניטור (איור 6A).הערה: דגימות בדיקת LS חייבות לעמוד בתקנים בינלאומיים עבור בדיקת LS19,20. במקרה של מפרקי חומר שונים, התפלגויות מתח שונות יופיעו על כל אחד מארבעת המשטחים של דגימות LS. לפיכך, מערכת מצלמות ארבע-כיוונית או לפחות מערכת מצלמות דו-כיוונית מומלצת לשימוש על כל אחד מארבעת המשטחים, כפי שמוצג באיור 6A, כדי ללכוד שני משטחים כשכל מצלמה נמצאת בזווית של 45° לכל משטח. בצע את תצפית ה- ML במבחן הטיית הברכיים (LS).לשמור על תנאי חושך. הגדר את תנאי הקלטת המצלמה: קצב הקלטה = 10-50 fps; זמן חשיפה = 0.02 שניות או 0.1 שניות; רווח = מקסימום. הקרן את דגימת ה-DCB המרוססת בצבע ML באור כחול של 470 ננומטר לעירור באמצעות נורית LED כחולה מכל כיוון מצלמה למשך דקה אחת. התחל את הקלטת המצלמה 5 שניות לפני שתסיים את הקרנת האור הכחול. המתן במצב חשוך במשך 30 שניות עד שהאפטר-גלו ישקע.הערה: ניתן לשנות את זמן ההתיישבות בהתאם לחומר החישה של ML ולמצלמה שבה נעשה שימוש, במיוחד ביחס לאיזון של עוצמות המכנולומינסנציה והאפטר-גלואו בסרטים המוקלטים. החל עומס מכני של 19,20 באמצעות מכונת בדיקה מכנית עם קצב טעינהשל 1-5 מ”מ/דקה כדי לקבל את תמונות ה-ML (איור 6B וסרט 2). 4. מידע למדידת ML וניתוח נתונים בצע עירור לפני בדיקת ML.למרות שעוצמת ה-ML פרופורציונלית לאנרגיית המתח, עוצמת ה-ML יורדת בהדרגה בהתאם למחזורי העומס 2,3,6,12, כפי שניתן לראות באיור 7A. לכן, בצע עירור לפני בדיקת ML כדי להפיק תוצאות ML הניתנות לשחזור, כפי שצוין בשלב 2.2.3 ובשלב 3.2.3. בחר את זמן ההמתנה ליחס ML/AG גבוה.הערה: חיישן ML מראה את ה-afterglow (AG) לאחר העירור כזרחן ארוך ומתמיד ומראה את המכנולומינסנציה ברגע יישום העומס, כפי שמוצג באיור 7B.בחר את זמן ההמתנה לאחר העירור ואת תנאי המצלמה כדי להבטיח שהיחס בין ML/AG (מה שמכונה מדד ML) גבוה מספיק (כפי שצוין בשלב 2.2.4 ובשלב 3.2.4) מכיוון שה- afterglow מתפקד כרעש בסיס כנגד תבנית ML (כלומר, אות המדידה)2,3,4. קבע את נקודת ה- ML הגבוהה ביותר.קבע את מיקום קצה הסדק על ידי זיהוי המיקום עם נקודת ה- ML הגבוהה ביותר כקצה הסדק 8,9.הערה: ניתן לקבוע את נקודת ה-ML הגבוהה ביותר באמצעות בדיקה חזותית, תוכנה לעיבוד תמונה, מערכת ניטור אוטומטית וסרט ML, כפי שמוצג באיור משלים 1. צור תמונת מתאר ML.אם קשה להבחין בין נקודות ML ותבניות ML, צור תמונת מתאר של ML והשתמש בתבניות ML על-ידי המרת התמונות הגולמיות של ML באמצעות תוכנת עיבוד תמונה, כגון ImageJ (ראה טבלת חומרים), כפי שמוצג באיור 8.