デジタル画像相関を用いた溶接試料の共振疲労試験における亀裂モニタリング

1. 検体調 注意:溶接装置や加工装置の使用は、潜在的に危険です。作業は、有資格者によって、メーカーが提供する指示に従って実行する必要があります。 所望の溶接幾何学(例えば、バット溶接、縦硬化機、フィレット溶接)で標本を準備します。試料全体の幅を測定する必要がある場合、試料のサイズは、使用されるカメラシステムによって描かれた領域によって制限される可能性があります。ここで提示された試験では、厚さの異なる2枚のプレート間に多層Kバット溶接を含む標本を用いた(図1)。試料は金属活動性ガス溶接を使用して構造鋼S355から成っていた。標本製剤に関する詳細は、フリードリヒとエーラーズ21で見つけることができます。 必要に応じて、粉砕することにより、競合する亀裂の位置を軽減します。これらは、プレートの反対側の溶接つま先、またはスチフナーのもう一方の端である可能性があります。ここでは、表面は、亀裂を避けるために滑らかで鋭いノッチがないように接地する必要があります。 洗浄布と脱脂剤を使用して、溶接の周りの領域の標本表面をきれいにします。真鍮ワイヤーブラシを使用して、溶接面と溶接つま先から緩い材料をすべて慎重に取り外します。表面はオイルとグリースフリーでなければなりません。 黒と白のスプレー塗料の交互のアプリケーションを使用してDICのスペックルパターンを適用します。スプレーを表面に直接向けないようにしますが、スプレーミストを試料に落ち着かせてください。連続レイヤーは必要ありません。スペックルサイズは、マグニチュード0.1mmで可能な限り細かくする必要があります(図2参照)。注:マット塗料は、反射を減らすために好ましいです。 2. テスト設定 注意:機械的またはサーボ油圧試験装置の使用は、潜在的に危険です。注意して動作し、製造元の指示に従ってください。 DICカメラを配置して、試験機に設置された試料の対象領域をキャプチャします。正確なセットアップは、使用される機器によって異なります。ここで提示されたテストでは、カメラは試験機に水平に配置された標本の上に達する足場に取り付けられました(図3)。 測定された領域がフォーカスされていることを確認するために、カメラの目的のフォーカスを細心の注意を払って調整します。採用されたカメラでは、レンズとカメラのセンサー間の距離を変更するために目的をねじ込むか、または外にねじ込むことによって行われます。 照明を最大化するためにライトの位置を調整します(ここでは、4つの16ワットLEDライトが使用され、測定領域の均一な照明が可能でしたが、他の構成も可能です)。金属表面の反射を減らすために、ライトと目的に適切に取り付けられた偏光フィルタを使用することをお勧めします。 十分な露出時間を選択します。これは、テストの頻度に依存し、1つのロードサイクルの持続時間の小さな分数(〜1/35)でなければなりません。ここで提示されたテストでは、34 Hz のテスト周波数の露出時間は 0.8 ミリ秒でした。 DIC システムの調整を行います。手順は、採用されたシステムに依存し、特定のユーザーマニュアルに記載する必要があります。 選択した露出時間で写真を撮ります。アポサイトDICソフトウェアを使用して歪みを計算します。画像品質が株を計算するのに十分であることを確認し、結果の散布が過剰ではないことを確認し(アンロード状態のひずみではゼロに近い必要があります)、結果が対象の領域全体をカバーしていることを確認します。画像が暗すぎる場合は、照明を調整します。これは焦点の深さを減らすが、目的の絞りを開く必要があるかもしれません。明るい斑点パターンも役立つかもしれません。 テストマシンからのフォース信号出力を接続してカメラをトリガします。ロードサイクルの特定の間隔でトリガをオフに設定できるハードウェアとソフトウェアを含む商用DICシステムが使用されました。この目的のために、負荷サイクルは、特定の値を横切る上昇力信号によってカウントされます。指定した負荷サイクル数に達すると、カメラがトリガーされ、カウントが再び開始されます。例示的なトリガーリストは、補足ファイルとして提供されます。 テスト実行を実行して、トリガ信号とカメラ露出の間の遅延を判別します。遅延を補正するために、ロード信号のピーク前にトリガーを設定します。トリガリスト(ステップ2.7を参照)を使用する場合は、電圧で必要な負荷信号にパラメータ値を調整します。示されたテストでは、カメラはそれぞれ最大力の91%と96%でトリガされました。これらの値は例としてのみ指定され、必ずしも適切であるとは限りません。注: イメージを負荷のピーク時に正確に撮影する必要はありません。それにもかかわらず、亀裂が見えるはずです。 トリガをロード サイクルの間隔に設定して、予想されるテスト期間の画像の合計数が 100-200 の大きさ(たとえば、106のロード サイクルを持つテストの 10,000 サイクルごとに)に設定します。トリガーリスト(ステップ2.7を参照)では、ループの値を所望のロードサイクル数に調整します。 3. 疲労試験 注意:機械的またはサーボ油圧試験装置の使用は、潜在的に危険です。注意して動作し、製造元の指示に従ってください。 試験機に試料を取り付けます。 必要に応じて、読み込む前に DIC イメージを取ります。これは亀裂検出には必要ありませんが、DICを使用して負荷下の表面歪みを測定することができます。 最初のロード サイクルを静的に適用します。最大負荷で停止し、DICのためのいくつかの画像を取ります。1 つのイメージで十分ですが、DIC 結果の品質が常に最適であるとは限らないため、分析用に選択できる画像をもう少し増やすと便利な場合があります。これらの画像では、必要に応じて露光時間を長くすることができます。注:この静的負荷サイクルは省略できますが、静的に取得された画像は、動的テスト中に取得した画像よりもおそらく高品質であり、DICの結果が向上します。 荷重範囲を設定し、周期検定を開始します。必要に応じて、上部負荷が維持されるが、負荷範囲が減少する間隔を含めて、ビーチ マークを取得します。ここに示す例では、荷重範囲の半分が 40,000 サイクルごとに 15,000 サイクルで適用されました。ビーチマークは、提示された手順のために必要ではありませんが、検出された亀裂の長さを検証する可能性を提供します。 静的および動的負荷を指定し、検体が故障するまでテストを実行します。提示されたテストでは、0 kN の静的負荷と 22.5 kN の動的振幅が適用されました。応力緩和標本には、それぞれ50kNの静的荷重と50kNの動的負荷が使用された。 4. 後処理 DICを評価し、アポサイトソフトウェアを使用して検体の軸(ローディング)方向の歪みを計算します。株の自動計算を含む商用ソフトウェア(材料の表を参照)が採用されました。株の計算に関する情報は、Grédiacとヒルド22で見つけることができ、現在の商用およびオープンソースのDICソフトウェアの概要は、Belloniら1で与えられています。ステップ 3.3 で取得した最初の静的荷重サイクルのイメージを参照イメージとして使用します。ここでは、19 x 19 ピクセル (約 0.32 x 0.32 mm) のファセット サイズと 15 x 15 ピクセルのファセット距離を DIC 評価に適用しました。 計算されたひずみのプロットを作成し、プロットの凡例を比較的高い値(0.5%~1.0%)に設定します。可能なノイズを抑制します。適用されたソフトウェアに応じて、これらのプロットは、変位とひずみが計算された後の結果セクションで利用可能になります(4.1)。 テストの期間中に取得したイメージ シーケンスを実行します。形成亀裂は、上昇株の面で表示されます。株が1%を超えると、マクロスコピッククラックが発生する可能性があります。 異なるテスト結果を比較するには、亀裂が指定された長さに達するタイミングを判断することが重要な場合があります。約2mmの亀裂長さは、技術的またはマクロ的な亀裂と考えられていた。