Cepa intermediária taxa Material caracterização com correlação de imagem Digital
Summary
Aqui apresentamos uma metodologia para a caracterização dinâmica de tração espécimes em taxas de tensão intermediária usando um referencial de carga servo-hidráulicos de alta velocidade. Procedimentos para Extensômetro instrumentação e análise, bem como para medições de tensão de correlação de imagem digital em espécimes, também são definidos.
Abstract
A resposta mecânica de um material sob carga dinâmica é normalmente diferente de seu comportamento em condições estáticas; Portanto, o equipamento quasistatic comuns e procedimentos utilizados para a caracterização do material não são aplicáveis para materiais sob cargas dinâmicas. A resposta dinâmica de um material depende de sua taxa de deformação e é amplamente classificada em alta (ou seja, maior que 200/s), intermediário (i.e., 10−200/s) e baixa tensão taxa regimes (ou seja, inferior a 10/s). Cada um destes regimes chama para instalações específicas e protocolos de testes garantir a confiabilidade dos dados adquiridos. Devido ao limitado acesso às instalações de servo-hidráulicos de alta velocidade e protocolos de testes validados, há uma diferença perceptível nos resultados na taxa de tensão intermediária. O manuscrito atual apresenta um Protocolo validado para a caracterização de materiais diferentes a estas taxas de tensão intermediária. Instrumentação do calibre de tensão e protocolos de correlação da imagem digital também estão incluídos como módulos gratuitos para extrair o máximo nível de dados detalhados de cada teste único. Exemplos de dados brutos, obtidos de uma variedade de materiais e instalações de teste (por exemplo,, à tração e cisalhamento) é apresentado e é descrito o procedimento de análise utilizado para processar os dados de saída. Finalmente, os desafios da caracterização dinâmica usando o protocolo atual, juntamente com métodos de superação de problemas potenciais e as limitações da instalação são discutidos.
Introduction
A maioria dos materiais demonstram algum grau de dependência de taxa de tensão em seu comportamento mecânico1 e, portanto, teste mecânico realizado somente em taxas de estirpe quasistatic não é adequado para determinar as propriedades de material para dinâmica aplicações. A dependência de taxa de deformação de materiais normalmente é investigada usando cinco tipos de sistemas de ensaios mecânicos: quadros de carga de unidade de parafuso convencional, sistemas servo-hidráulicos, sistemas servo-hidráulicos de alta taxa, testadores de impacto e sistemas de barra Hopkinson 1. barras de Split Hopkinson tem sido uma instalação comum para a caracterização dinâmica de materiais durante os últimos 50 anos2. Também tem havido esforços para modificar barras de Hopkinson para testar a taxas de esforço intermediário e inferior. No entanto, estas facilidades são tipicamente mais adequadas para as caracterizações de taxa de alta tensão do material (ou seja, geralmente maior que 200/s). Existe uma lacuna na literatura sobre a caracterização de taxa de estirpe de propriedades do material em taxas de pressão intermediária no intervalo de 10−200/s (ou seja, entre os resultados de taxa quasistatic e alta tensão obtidos de split Hopkinson barras3), que é devido a o limitado acesso às instalações e a falta de procedimentos confiáveis de pressão intermediária taxa material testes.
Um quadro de carga servo-hidráulicos de alta velocidade aplica-se a carga para a amostra a uma velocidade constante e predefinida. Estas carregar quadros benefício de um adaptador de frouxo, que, em ensaios de tracção, permite a cruzeta atingir a velocidade desejada antes do início do carregamento. O adaptador de folga permite que a cabeça de viajar a uma certa distância (por exemplo, 0,1 m) para atingir a velocidade do alvo e então inicia a aplicação da carga para a amostra. Quadros de carga servo-hidráulicos de alta velocidade, normalmente, realizar testes sob a modalidade de controle de deslocamento e mantem uma velocidade constante do atuador para produzir constante tensão engenharia taxas3.
Técnicas para medição do alongamento do espécime geralmente são classificadas como contacto ou sem contacto técnicas4. Técnicas de contacto incluem o uso de instrumentos como clip-on de ângulo, enquanto o ângulo do laser é empregados para medições sem contato. Desde que o ângulo de contato é propensos a influências de inércia, não são apropriados para ensaios dinâmicos; ângulo de contacto não sofrem esse problema.
Correlação de imagem digital (DIC) é uma técnica de medição de tensão óptica, sem contato, campo integral, que é uma abordagem alternativa à estirpe de aferição para medir a tensão de carga e superar alguns dos desafios (por exemplo, o fenômeno de toque) associado com caracterização dinâmica de material5. Resistência extensómetros pode sofrer de limitações como uma área limitada de medição, uma gama limitada de alongamento e métodos de montagem limitada, Considerando que a DIC é sempre capaz de fornecer uma medição de tensão de campo integral da superfície da amostra durante o experimento.
O procedimento apresentado descreve o uso de um quadro de carga servo-hidráulicos de alta velocidade juntamente com DIC e pode ser usado como um documento complementar para o recentemente desenvolvido diretrizes padrão6 , para esclarecer os detalhes do procedimento experimental. A seção sobre o quadro de servo-hidráulicos de carga pode ser seguida por uma variedade de configurações de teste (por exemplo, tração, compressão e cisalhamento) e mesmo com carga quasistatic comum quadros também e, portanto, abrange um vasto leque de comodidades. Além disso, a seção DIC pode ser aplicada separadamente a qualquer tipo de testes mecânicos ou térmicos, com pequenas modificações.
Protocol
Representative Results
Discussion
Os dados brutos obtidos a partir da experiência são influenciados pela localização geometria e extensómetros espécime na amostra. Os dados de carga em ensaios dinâmicos de taxa de baixa tensão adquiridos por uma máquina de lavar carga piezo-elétrico incorporaram o quadro de carga a taxas mais elevadas de estirpe (Bruce et al. 3 sugerido > 10/s, enquanto que para Wang et al. 9 relatou este limite ser 100/s) normalmente sofrem oscilações de grand…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores reconhecem a grande assistência de Dmitrii Klishch, Michel Delannoy, Tyler Musclow, Fraser Kirby, Joshua Ilse e Alex Naftel. Apoio financeiro por o Canadá de Conselho Nacional de pesquisa (NRC) através do programa de tecnologia de materiais de segurança (SMT) também é apreciado.
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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