Промежуточные штамм стоимость материала характеристика с цифрового изображения корреляции
Summary
Здесь мы представляем методологии для динамических характеристик образцов на растяжение по ставкам промежуточных штамм, используя высокоскоростной серво гидравлические нагрузки кадр. Также определены процедуры тензометрических приборов и анализа, а также для измерения деформации корреляции цифрового изображения на образцы.
Abstract
Механическая реакция материала при динамической нагрузке обычно отличается от его поведения в статических условиях; Таким образом общие квазистатическое оборудование и процедуры, используемые для определения характеристик материала, не применимы для материалов при динамических нагрузках. Динамических характеристик материала зависит от его скорости деформации и широко разделены на высокой (т.е. более чем 200/s), средний (т.е., 10−200/s) и низкого напряжения оценить режимы (то есть, ниже 10/s). Каждый из этих режимов требует конкретных объектов и протоколы испытаний для обеспечения достоверности полученных данных. Из-за ограниченного доступа к высокоскоростным серво гидротехнических сооружений и проверенных протоколов испытаний существует заметный разрыв в результаты на скорости промежуточных деформации. Текущий рукопись представляет проверяемое протокол для характеристики различных материалов на эти показатели среднего напряжения. Тензометрических приборов и цифровых изображений корреляции протоколы также включены бесплатные модули для извлечения максимальной уровень подробных данных из каждого отдельного теста. Примеры исходных данных, полученных из различных материалов и испытания установок (например, на растяжение и сдвига) представлены и описаны процедуры анализа, используемый для обработки выходных данных. Наконец рассматриваются проблемы динамических характеристик с использованием текущего протокола, а также ограничения объекта и методов преодоления потенциальных проблем.
Introduction
Большинство материалов продемонстрировать некоторую степень деформации показатель зависимости в их механическое поведение1 и, таким образом, механическое тестирование только скоростью квазистатическое штамм не подходит для определения свойств материала для динамического приложения. Зависимость скорость деформации материалов обычно исследуется с помощью пяти типов механических испытаний систем: обычных винт привода загрузки фреймов, серво гидравлические системы, высокой скорости серво гидравлические системы, воздействие тестеры и Хопкинсон бар систем 1. Сплит Хопкинсон баров были общего механизма для динамических характеристик материалов за последние 50 лет2. Предпринимались также усилия для изменения Хопкинсон баров для тестирования темпами нижнего и среднего напряжения. Однако, эти объекты обычно больше подходят для высокой нагрузки скорость характеристики материала (т.е., как правило, больше чем 200/s). Существует пробел в литературе по штамм ставка характеристика свойств материала на промежуточных штамм ставки в диапазоне 10−200/s (то есть, между квазистатическое и высокое напряжение показатель результатов полученных от Сплита Хопкинсон Барс3), который является ограниченный доступ к объектам и отсутствием надежных процедур испытания материалов курса промежуточных штамм.
Кадр высокоскоростной серво гидравлические нагрузки применяется нагрузки для образца на постоянной и стандартные скорости. Эти нагрузки кадров выгоду от слабину адаптер, позволяющий в испытания на растяжение, Крейцкопф достичь желаемой скорости до начала погрузки. Вялый адаптер позволяет головы до поездки на определенные расстояния (например, 0,1 м) для достижения целевой скорости и затем начинает применение нагрузки на образец. Высокоскоростной серво гидравлические нагрузки кадров обычно выполняют тесты под режим контроля смещения и поддерживать постоянный привод скорости для получения постоянной инженерного штамма ставки3.
Методы измерения удлинения образца, обычно классифицируются как контактные или бесконтактные методы4. Контакт методы включают в себя использование таких инструментов, как клип экстензометры, в то время как лазерный экстензометры работают для бесконтактного измерения. Так как контакт экстензометры склонны к инерции влияний, они не подходят для динамических испытаний; Бесконтактные экстензометры не страдают от этой проблемы.
Цифровые изображения корреляции (DIC) является метод измерения оптический, бесконтактный, полный поле штамм, который является альтернативный подход к деформации, замер для измерения деформации/нагрузки и преодолеть некоторые из проблем (например, звеня явление) связанные с Динамическая характеристика материала5. Сопротивление тензодатчиков, могут страдать от ограничения, такие как ограниченной области измерения, ограниченный диапазон удлинения, ограниченные монтажные методов и, в то время как DIC всегда способна обеспечить полный поле деформации измерения от поверхности образца во время эксперимент.
Представлена процедура описывает использование высокоскоростной серво гидравлические нагрузки рамы вместе с ДВС и может использоваться в качестве дополнительного документа недавно разработанных стандартных руководящих принципов6 для уточнения деталей экспериментальной процедуры. Раздел на раме серво гидравлические нагрузки можно использовать для различных испытаний установок (например, растяжение, сжатие и сдвига) и даже с общей квазистатическое нагрузки кадров также и, следовательно, охватывает широкий спектр услуг. Кроме того в разделе DIC может применяться отдельно к любому типу механической или тепловых испытаний, с незначительными изменениями.
Protocol
Representative Results
Discussion
Необработанные данные, полученные из эксперимента зависит от местоположения геометрии и тензодатчиков образца образца. Загрузка данных в низкого напряжения динамических испытаний стоимость приобретенных шайбу пьезо электрической нагрузки включена в несущий каркас по более высоким…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы признают большую помощь от Дмитрий Клищ, Мишель Деланноя, Тайлер Musclow, Фрейзер Кирби, Джошуа Ильза и Алекс Naftel. Приветствуется также финансовую поддержку национальной исследовательский совет Канады (СРН) через программу безопасности технологии материалов (SMT).
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 |
References
- Xiao, X. Dynamic tensile testing of plastic materials. Polymer Testing. 27 (2), 164-178 (2008).
- Nemat-Nasser, S., Isaacs, J. B., Starrett, J. E. Hopkinson techniques for dynamic recovery experiments. Proceedings of Royal Society of London A Mathematical Physical and Engineering Sciences. 435 (1894), 371-391 (1991).
- Bruce, D., Matlock, D., Speer, J., De, A. Assessment of the strain-rate dependent tensile properties of automotive sheet steels. SAE World Congress. , (2004).
- Rahmat, M. Dynamic mechanical characterization of aluminum: analysis of strain-rate-dependent behavior. Mechanics Time-Dependent Materials. , (2018).
- Gray, G., Blumenthal, W. R. . Split-Hopkinson pressure bar testing of soft materials. 8, 1093-1114 (2000).
- . . ISO 26203-2:2011; Metallic materials-Tensile testing at high strain rates-Part 2: Servo-hydraulic and other test systems. , 15 (2011).
- Rahmat, M., Naftel, A., Ashrafi, B., Jakubinek, M. B., Martinez-Rubi, Y., Simard, B. Dynamic Mechanical Characterization of Boron Nitride Nanotube – Epoxy Nanocomposites. Polymer Composites. , (2018).
- . SAE, High strain rate testing of polymers. SAE International. , 27 (2008).
- Wang, Y., Xu, H., Erdman, D. L., Starbuck, M. J., Simunovic, S. Characterization of high-strain rate mechanical behavior of AZ31 magnesium alloy using 3D digital image correlation. Advanced Engineering Materials. 13 (10), 943-948 (2011).
- Mansilla, R. A., García, D., Negro, A. Dynamic tensile testing for determining the stress-strain curve at different strain rate. 6th International Conference on Mechanical and Physical Behaviour of Materials Under Dynamic Loading. 10 (9), 695-700 (2000).
- Zhu, D., Mobasher, B., Rajan, S. D., Peralta, P. Characterization of Dynamic Tensile Testing Using Aluminum Alloy 6061-T6 at Intermediate Strain Rates. Journal of Engineering Mechanics. 137 (10), 669-679 (2011).
- Schossig, M., Bieroegel, C., Grellmann, W., Bardenheier, R., Mecklenburg, T. Effect of strain rate on mechanical properties of reinforced polyolefins. 16th European Conference of Fracture. , 507-508 (2006).
- Xia, Y., Zhu, J., Wang, K., Zhou, Q. Design and verification of a strain gauge-based load sensor for medium-speed dynamic tests with a hydraulic test machine. International Journal of Impact Engineering. 88, 139-152 (2016).
- Yang, X., Hector, L. G., Wang, J. A Combined Theoretical/Experimental Approach for Reducing Ringing Artifacts in Low Dynamic Testing with Servo-hydraulic Load Frames. Experimental Mechanics. 54 (5), 775-789 (2014).
- Xia, Y., Zhu, J., Zhou, Q. Verification of a multiple-machine program for material testing from quasi-static to high strain-rate. International Journal of Impact Engineering. 86, 284-294 (2015).
- Yan, B., Kuriyama, Y., Uenishi, A., Cornette, D., Borsutzki, M., Wong, C. Recommended Practice for Dynamic Testing for Sheet Steels – Development and Round Robin Tests. SAE International. , (2006).
- Borsutzki, M., Cornette, D., Kuriyama, Y., Uenishi, A., Yan, B., Opbroek, E. Recommendations for Dynamic Tensile Testing of Sheet Steels. International Iron and Steel Institute. , (2005).
- Rusinek, A., Cheriguene, R., Bäumer, A., Klepaczko, J. R., Larour, P. Dynamic behaviour of high-strength sheet steel in dynamic tension: Experimental and numerical analyses. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 43 (1), 37-53 (2008).
- Diot, S., Guines, D., Gavrus, A., Ragneau, E. Two-step procedure for identification of metal behavior from dynamic compression tests. International Journal of Impact Engineering. 34 (7), 1163-1184 (2007).
- LeBlanc, M. M., Lassila, D. H. A hybrid Technique for compression testing at intermediate strain rates. Experimental Techniques. 20 (5), 21-24 (1996).
- Xiao, X. Analysis of dynamic tensile testing. 11th International Congress and Exhibition on Experimental and Applied Mechanics. , (2008).
- Othman, R., Guégan, P., Challita, G., Pasco, F., LeBreton, D. A modified servo-hydraulic machine for testing at intermediate strain rates. International Journal of Impact Engineering. 36 (3), 460-467 (2009).
- Kwon, J. B., Huh, H., Ahn, C. N. An improved technique for reducing the load ringing phenomenon in tensile tests at high strain rates. Annual Conference and Exposition on Experimental and Applied Mechanics. Costa Mesa, United States. , (2016).
- Pan, W., Schmidt, R. Strain rate effect in material testing of bulk adhesive. 9th International Conference on Structures Under Shock and Impact. 87, 107-116 (2006).
- Zhang, D. N., Shangguan, Q. Q., Xie, C. J., Liu, F. A modified Johnson-Cook model of dynamic tensile behaviors for 7075-T6 aluminum alloy. Journal of Alloys and Compounds. 619, 186-194 (2015).
- Fitoussi, J., Meraghni, F., Jendli, Z., Hug, G., Baptiste, D. Experimental methodology for high strain-rates tensile behaviour analysis of polymer matrix composites. Composites Science and Technology. 65 (14), 2174-2188 (2005).
