Caractérisation des matériaux taux intermédiaire de souche avec corrélation d’images numériques

Summary

Nous présentons ici une méthode pour la caractérisation dynamique des éprouvettes de traction à vitesses de déformation intermédiaires à l’aide d’un cadre de charge servo-hydraulique à grande vitesse. Procédures d’instrumentation de jauges de contrainte et d’analyse, ainsi que pour les mesures de contraintes de corrélation numérique image sur les spécimens, sont également définis.

Abstract

La réponse mécanique d’un matériau sous charge dynamique est généralement différente de son comportement dans des conditions statiques ; par conséquent, la commune d’équipements quasi statique et procédures utilisées pour la caractérisation des matériaux ne sont pas applicables pour les matériaux sous charges dynamiques. La réponse dynamique d’un matériau dépend de son taux de déformation et largement placé dans la catégorie haute (c’est-à-dire supérieure à 200/s), intermédiaire (c’est-à-dire, 10−200/s) et basse souche taux de régimes (c’est-à-dire inférieure à 10/s). Chacun de ces appels de régimes pour des installations spécifiques et des protocoles d’essai pour s’assurer de la fiabilité des données acquises. En raison de l’accès limité aux installations de servo-hydraulique à grande vitesse et des protocoles de tests validés, il y a une lacune notable dans les résultats à la vitesse de déformation intermédiaires. Le manuscrit actuel présente un protocole validé pour la caractérisation des différents matériaux à ces vitesses de déformation intermédiaires. Instrumentation de jauges de contrainte et de protocoles de corrélation d’images numériques sont aussi inclus sous forme de modules complémentaires pour extraire le plus grand niveau de données détaillées de chaque test. Exemples de données brutes, provenant d’une variété de matériaux et de configurations de test (par exemple, résistance à la traction et de cisaillement) est présenté et décrit la procédure d’analyse utilisée pour traiter les données de sortie. Enfin, les défis de la caractérisation dynamique en utilisant le protocole actuel, ainsi que les limites de l’installation et les méthodes de surmonter les problèmes potentiels sont discutés.

Introduction

Plupart des matériaux démontrent une certaine dépendance de taux de souche dans leur comportement mécanique¹ et, donc, essais mécaniques réalisées uniquement à des vitesses de déformation quasi statique ne sont pas approprié pour déterminer les propriétés matérielles de dynamique applications. La dépendance de taux de déformation des matériaux est généralement étudiée à l’aide de cinq types de systèmes d’essais mécaniques : cadres de charge pour le lecteur vis classiques, servo-hydrauliques, systèmes servo-hydraulique haut débit, testeurs d’impact et systèmes de barres de Hopkinson ¹. barres de Hopkinson de Split ont été une installation commune pour la caractérisation dynamique des matériaux au cours des dernières années 50². Il y a eu aussi des efforts pour modifier les barres de Hopkinson pour tester à vitesses de déformation intermédiaires et inférieurs. Toutefois, ces installations sont généralement plus adaptées pour les caractérisations de taux de déformation du matériau (c’est-à-dire, généralement supérieure à 200/s). Il y a une lacune dans la littérature sur la caractérisation des propriétés des matériaux à vitesses de déformation intermédiaire dans la gamme de 10−200/s taux (c’est-à-dire entre les résultats de souche quasi statique et haut taux obtenus de split Hopkinson barres³), qui est due à l’accès limité aux installations et un manque de procédures fiables de souche intermédiaire taux essai des matériaux.

Un cadre charge de servo-hydraulique à grande vitesse applique la charge de l’échantillon à une vitesse constante et prédéfinie. Ces chargement cadres avantage à partir d’un adaptateur mou, qui, dans des essais de traction, permet à la traverse atteindre la vitesse souhaitée avant le début du chargement. L’adaptateur de frein permet à la tête de parcourir une certaine distance (p. ex., 0,1 m) pour atteindre la vitesse de la cible, puis démarre appliquant la charge de l’échantillon. Cadres charge servo-hydraulique à grande vitesse généralement effectuent des essais en mode de contrôle de déplacement et maintiennent une vitesse constante actionneur pour produire constante ingénierie souche taux³.

Techniques pour mesurer l’allongement de l’échantillon sont généralement classés comme contact ou sans contact techniques⁴. Contact techniques incluent l’utilisation d’instruments tels que des extensomètres clip-on, tandis que les extensomètres laser sont employés pour la mesure sans contact. Extensomètres contact étant sujettes aux influences de l’inertie, ils ne conviennent pas à des essais dynamiques ; extensomètres sans contact ne souffrent pas de ce problème.

Corrélation d’images numériques (DIC) est une technique de mesure de déformation optique, sans contact, plein champ, qui est une approche alternative de la souche de jaugeage pour mesurer/charge de contrainte et de surmonter certaines des difficultés (par exemple, le phénomène de sonnerie) associés avec caractérisation des matériaux dynamique⁵. Jauges de contrainte de résistance peuvent souffrir de limitations comme une zone limitée de la mesure, une gamme limitée d’élongation et de méthodes de montage limitée, tandis que la DIC est toujours capable de fournir une mesure de plein champ déformation de la surface de l’échantillon au cours de la Faites des essais.

La procédure présentée décrit l’utilisation d’un cadre de charge servo-hydraulique à grande vitesse ainsi que de la DIC et peut être utilisée comme un document complémentaire au récemment élaboré les directives standard⁶ pour préciser les détails de la procédure expérimentale. La section du cadre de charge servo-hydrauliques peut être suivie pour une variété de configurations de test (p. ex., résistance à la traction, compression et de cisaillement) et même avec une charge quasi-statique commune cadres aussi bien et, par conséquent, couvre une vaste gamme d’installations. En outre, l’article DIC peut être appliqué séparément à n’importe quel type de tests mécaniques ou thermiques, avec des modifications mineures.

Protocol

1. préparation de l’échantillon Préparer les os de chien en forme d’éprouvettes de traction selon la norme ISO6 à l’avance.NOTE : Spécimens similaires sont également utilisés4. Installer des jauges de contrainte sur la section onglet (obligatoire pour la mesure de la charge) et la section de jauge (facultative pour la mesure de déformation) de l’éprouvette de traction. Sélectionnez le modèle approprié de jauge de contrai…

Representative Results

La durée de l’essai dynamique est généralement comparable au temps requis pour les vagues de stress voyage aller-retour sur toute la longueur du train charge (poignées, spécimen et chargement) système1. Un essai dynamique n’est valide que si le nombre et l’amplitude des ondes de stress lors d’un essai dynamique est contrôlé afin qu’un équilibre dynamique est atteint, et l’échantillon subit une déformation homogène à une vitesse de déformat…

Discussion

Les données brutes tirées de l’expérience dépend de l’emplacement de la géométrie et des jauges de contrainte de spécimen sur le spécimen. Les données de charge dans des essais dynamiques taux faible déformation acquises par une laveuse à chargement piézo-électrique intégré dans le châssis de la charge à des taux plus élevés de souche (Bruce et al. ³ suggéré > 10/s, tandis que pour Wang et al. ⁹ a signalé cette limite à 100/s) so…

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