Mittlere Belastung Rate Materialcharakterisierung mit digitaler Bildkorrelation
Summary
Hier präsentieren wir eine Methodik für die dynamische Charakterisierung von Zugproben auf mittlere Dehnraten mit einer High-Speed Servo-hydraulische Lastrahmen. Verfahren für Dehnungsmessstreifen Instrumentation und Analyse sowie für Digitalbild Korrelation Dehnungsmessungen an den Proben sind ebenfalls definiert.
Abstract
Das mechanische Verhalten des Materials unter dynamischer Belastung ist in der Regel anders als sein Verhalten unter statischen Bedingungen; Daher gelten die gemeinsamen quasistatisch Ausrüstung und Verfahren zur Materialcharakterisierung nicht für Materialien unter dynamischen Belastungen. Das dynamische Verhalten eines Materials richtet sich nach der Verformungsgeschwindigkeit und ist im großen und ganzen in hoher kategorisiert (d.h. größer als 200/s), Mittelstufe (d.h., 10−200/s) und niedrige Belastung rate Regime (d. h. unter 10/s). Jedes dieser Regime fordert besondere Einrichtungen und Prüfprotokolle, um die Zuverlässigkeit der erfassten Daten. Aufgrund der begrenzten Zugang zu High-Speed Servo-hydraulische Einrichtungen und validierte Prüfprotokolle gibt es eine deutliche Lücke in den Ergebnissen der mittleren Dehngeschwindigkeit. Die aktuellen Manuskript präsentiert ein validiertes Protokoll zur Charakterisierung der verschiedenen Materialien auf diese mittlere Dehnraten. Dehnungsmessstreifen Instrumentation und Digitalbild Korrelation Protokolle werden auch als kostenlose Module, Höchstmaß an detaillierten Daten aus jedem einzelnen Test zu extrahieren. Beispiele für Rohdaten, gewonnen aus einer Vielzahl von Materialien und Versuchsaufbauten (z. B., Zug- und Schere) wird vorgestellt und die Analyse verwendet, um die Ausgabe von Daten zu verarbeiten ist beschrieben. Schließlich sind die Herausforderungen der dynamischen Charakterisierung über das aktuelle Protokoll, die Grenzen der Anlage sowie Methoden zur Überwindung möglicher Probleme diskutiert.
Introduction
Die meisten Materialien zeigen ein gewisses Maß an Belastung Rate Abhängigkeit in ihrem mechanischen Verhalten1 und mechanische Tests nur bei quasistatisch Dehnraten eignet sich deshalb nicht um die Materialeigenschaften für dynamisch bestimmen Anwendungen. Die Belastung Rate Abhängigkeit der Materialien ist in der Regel mit fünf Arten von mechanischen Prüfsysteme untersucht: konventionelle Schraube Antrieb Lastrahmen, Servo-hydraulische Systeme Hochrate Servo-hydraulische Systeme, Auswirkungen Tester und Hopkinson Bar Systeme 1. Split Hopkinson Bars wurden eine gemeinsame Einrichtung für die dynamische Charakterisierung von Materialien für die letzten 50 Jahre2. Auch gab es Bemühungen, Hopkinson Bars am mittleren und unteren Dehnraten testen zu ändern. Diese Einrichtungen sind jedoch in der Regel besser geeignet für die hohe Belastung Rate Charakterisierungen des Materials (d. h. in der Regel größer als 200/s). Gibt es eine Lücke in der Literatur über die Belastung Rate Charakterisierung von Materialeigenschaften in mittlere Dehnraten im Bereich von 10−200/s (d. h. zwischen quasistatisch und hohe Belastung Rate Ergebnisse erhalten von Split Hopkinson bars3), das ist darauf zurückzuführen, der begrenzte Zugang zu Einrichtungen und ein Mangel an zuverlässigen Verfahren der mittleren Belastung Rate Materialprüfung.
Ein High-Speed Servo-hydraulische Lastrahmen gilt Last für die Probe mit einer konstanten und vordefinierten Geschwindigkeit. Diese laden Frames Nutzen aus einem locker Adapter, wodurch in Zugversuchen, Kreuzkopf, die gewünschte Geschwindigkeit vor Beginn der Verladung zu erreichen. Die schlaffe-Adapter ermöglicht den Kopf, um einen bestimmten Abstand (z. B. 0,1 m) um die Solldrehzahl erreichen reisen und startet dann anwenden die Last auf die Probe. High-Speed Servo-hydraulische Lastrahmen in der Regel durch Ausführen von Tests unter Kontrolle Verdrängerfahrt und Aufrechterhaltung eine konstanten Antrieb Geschwindigkeit um ständige technische Belastung Raten3produzieren.
Techniken zur Messung der Probe Dehnung sind in der Regel als Kontakt oder berührungslose Techniken4klassifiziert. Kontakt Techniken umfassen den Einsatz von Instrumenten wie Clip-on-Extensometer während Laser-Extensometer für berührungslose Messungen angestellt sind. Da Kontakt Extensometer Trägheit Einflüsse anfällig sind, sind sie nicht geeignet für dynamische Tests; berührungslose Extensometer leiden nicht unter diesem Problem.
Digitaler Bildkorrelation (DIC) ist eine optische, berührungslose, Vollfeld Stamm-Messtechnik, was ein alternativer Ansatz zum Stamm vermessen ist zu Belastung/Last zu messen und zu überwinden einige der Herausforderungen (z. B. das Klingeln Phänomen) verbunden mit dynamische Materialcharakterisierung5. Widerstand-Dehnungsmessstreifen leiden kann Einschränkungen z. B. einen begrenzten Bereich der Messung, eine begrenzte Anzahl von Dehnung und begrenzte Befestigungsarten, während DIC ist immer in der Lage, eine flächenhafte Dehnungsmessung von der Probenoberfläche während der Experimentieren Sie.
Das vorgestellte Verfahren beschreibt die Verwendung von einem High-Speed Servo-hydraulische Lastrahmen zusammen mit DIC und kann als ergänzende Dokument mit dem neu entwickelten standard Richtlinien6 verwendet werden, um die Details der experimentellen Verfahren zu klären. Abschnitt auf dem Servo-hydraulische Lastrahmen kann für eine Vielzahl von Versuchsaufbauten verfolgt werden (z.B., Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, und Schere) und auch bei gemeinsamen quasistatische Belastung Rahmen sowie, und, deshalb, deckt eine breite Palette von Einrichtungen. Darüber hinaus kann DIC Abschnitt separat für jede Art von mechanischen oder thermischen Tests, mit geringfügigen Änderungen angewendet werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das Experiment gewonnenen Rohdaten werden durch die Probe Geometrie und Dehnungsmessstreifen Position auf der Probe beeinflusst. Die Ladedaten in niedrigen Belastung Rate dynamischen Prüfungen erworben durch eine Piezo-elektrische Ladung-Scheibe integriert die Lastrahmen mit höherer Belastung Rate (Bruce Et Al. 3 vorgeschlagenen > 10/s, während für Wang Et Al. 9 berichtet, diese Grenze zu 100/s) in der Regel leiden unter großer Amplitude Schwingungen …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren erkennen die große Hilfe von Dmitrii Klishch, Michel Delannoy, Tyler Musclow, Fraser Kirby, Joshua Ilse und Alex Naftel. Finanzieller Unterstützung durch die National Research Council Canada (NRC) durch das Programm Sicherheit Materialien Technologie (SMT) wird auch geschätzt.
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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