Name: Visualização Mecanoluminescente da Propagação de Fissuras para Avaliação de Juntas (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-01-06T12:50:00.000+00:00
Duration: 4 min 58 s
Description: Aprenda a utilizar sensores mecanoluminescentes para visualizar a propagação de fissuras em juntas adesivas. Este método permite monitorar em tempo real a distribuição de tensões e comportamento mecânico de materiais compostos.

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Esta pesquisa foi apoiada por um projeto pioneiro encomendado pela New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) e pelo Programa de Pesquisa e Desenvolvimento para a Promoção de Tecnologias Inovadoras de Energia Limpa através da Colaboração Internacional (JPNP20005) encomendado pela NEDO. N. T. é grato à Shimadzu Co. por fornecer o software de monitoramento automático para distinguir os pontos de maior intensidade de ML na Figura Suplementar 1. N. T. é grato à Sra. Y. Nogami e à Sra. H. Kawahara por pulverizarem a tinta ML para testes de ML. Além disso, N. T. é grato à Sra. Y. Kato, M. Iseki, Sra. Y. Sugawa, Sra. C. Hirakawa, Sakamoto e Sra. Sanato por ajudarem com as medições e análises de ML na equipe de sensoriamento visual 4D (AIST).

O presente estudo foi realizado com espécimes de DCB. O DCB é um provete padrão que é frequentemente utilizado para estudar o crescimento de fissuras e a mecânica de fratura16,17,18.
1. Preparação do provete
<ol><li>Realizar o pré-tratamento superficial antes da aplicação da tinta ML (ver Tabela de Materiais). Limpe a superfície da amostra de teste (na qual o usuário deseja pulverizar a tinta ML) com um solvente, como álcool isopropílico (IPA) ou etanol, para desengorduramento da superfície.</li>
	<li>Prepare e aplique a tinta ML seguindo as etapas abaixo.<ol><li>Pesar 20 g do principal reagente epóxi para a tinta ML (ver Tabela de Materiais), incluindo o material SrAl2O4:Eu2+ ML, e 3,1 g do reagente de cura, e misturá-los com um solvente orgânico, como tolueno e acetato de etila, num copo de medição para obter uma viscosidade de 100 mPa·s.</li>
		<li>Aplicar a tinta ML na superfície da amostra DCB pulverizando usando um spray de ar ou uma lata de spray (Figura 3).</li>
		<li>Secar o provete gradualmente durante a noite à temperatura ambiente. NOTA: A tinta ML foi preparada pela mistura de resinas ML e poliméricas. Os materiais ML 1,2,3,4 e os materiais poliméricos podem ser usados em oposição às tintas ML comerciais. No entanto, o protocolo deste estudo é descrito usando latas comerciais de tinta ML ou spray (como mostra a Figura 3) para garantir um bom desempenho. Embora a taxa de conteúdo do material ML dependa da eficiência, 25% em peso ou mais de 50% em peso do material ML foi selecionado como a taxa de conteúdo na pintura ML22. A viscosidade descrita na etapa 1.2.1 foi avaliada por meio de um viscosímetro 8,9 (ver Tabela de Materiais).</li>
	</ol></li>
	<li>Após o tratamento, curar a amostra aquecendo a tinta ML pulverizada sobre a amostra a 80 °C durante 1 h. NOTA: As condições do pós-tratamento devem estar dentro do intervalo de condições que são apropriadas para curar a resina da tinta ML e que não afetam o provete e o desempenho de colagem.</li>
	<li>Realize a confirmação de qualidade.<ol><li>Confirme se a tinta ML pulverizada é aproximadamente uniforme na superfície.</li>
		<li>Garantir uma espessura de aproximadamente 50-100 μm usando um microscópio ou medidor de espessurade revestimento 8 (Figura 4). NOTA: A baixa espessura é apropriada para impedir a distribuição de carga no reagente epóxi ML. A uniformidade da tinta ML pulverizada é necessária para a utilização da visualização ML para testes adesivos, pois a mecanoluminescência intensa pode ser observada na ponta da fissura devido à alta concentração de tensão. Por conseguinte, a tinta ML pulverizada é expressa como sendo "aproximadamente uniforme" no passo 1.4.1.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Medição ML para o ensaio DCB
<ol><li>Para a configuração experimental para a medição de ML, execute as etapas a seguir.<ol><li>Monte a amostra pulverizada com tinta ML na máquina de ensaio mecânico utilizando um zigue especial (ver Tabela de Materiais) para o ensaio DCB16,17,18, conforme mostrado na Figura 5A. NOTA: Os corpos de prova DCB devem estar em conformidade com as normas internacionais para ensaios DCB16,17,18.</li>
		<li>Colocar câmeras (um CCD, dispositivo de carga acoplada ou um CMOS, semicondutor complementar de óxido metálico; ver Tabela de Materiais) na frente de cada superfície da amostra de teste de modo que elas fiquem voltadas para a posição da ponta de fissura a ser monitorada 8,9,10,11,12 (Figura 5B ). Verifique as condições da câmera para garantir que ela possa registrar o pós-brilho (AG) durante o tempo de medição estimado do teste mecânico. NOTA: Embora um sistema de câmera de quatro vias não seja obrigatório para todas as direções do espécime, o número de câmeras depende da face do espécime em que o usuário deseja focar e gravar.</li>
	</ol></li>
	<li>Realizar a observação do ML no teste DCB.<ol><li>Defina os arredores para garantir condições escuras.</li>
		<li>Defina as condições de gravação da câmera: taxa de gravação = 1 ou 2 quadros por segundo (fps); tempo de exposição = 0,5 s ou 1 s; e ganho = máximo.</li>
		<li>Irradie a amostra DCB pulverizada com tinta ML com luz azul de 470 nm para excitação usando um LED azul (consulte a Tabela de Materiais) de cada direção da câmera por 1 min.</li>
		<li>Inicie a gravação da câmera 5 s antes de terminar a irradiação de luz azul.</li>
		<li>Espere na condição escura por 1 min para garantir que o brilho se acalme. NOTA: O tempo de assentamento pode ser alterado de acordo com o tipo de material de detecção ML e câmera, especialmente em relação ao equilíbrio da mecanoluminescência e intensidades de pós-brilho nos filmes gravados.</li>
		<li>Aplicar uma carga mecânica16,17,18 usando uma máquina de teste mecânico com uma taxa de carga de 1 mm/min para obter a imagem ML (Figura 5C e Filme 1).</li>
		<li>Calcular o comprimento da fissura (a) utilizando as informações sobre a posição da ponta da fissura, que é determinada a partir do ponto ML durante a propagação da fissura no espécime pulverizado com tinta ML (Filme 1), para obter a tenacidade à fratura, G1c (kJ/m2), valor utilizando a Equação 1 8,9,16,17,18. NOTA: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64118/64118eq01.jpg" style="margin: auto;"> (Equação 1) onde 2 H denota a espessura (mm) do espécime DCB, B denota a largura do provete, λ denota a conformidade do deslocamento da abertura da fissura (DQO) (mm/N), Pc denota a carga (N) e α 1 denota a inclinação de (a/2H) e (B/λ)1/3.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Medição ML para o ensaio lap-shear (LS)
<ol><li>Para a configuração experimental para as medições de ML, monte a amostra LS pulverizada com tinta ML em uma máquina de ensaio mecânico19,20, conforme mostrado na Figura 6A.</li>
	<li>Colocar câmaras (uma câmara CCD ou CMOS) em frente a cada superfície da amostra de ensaio, de modo a que estejam viradas para a posição da ponta de fissura a monitorizar (Figura 6A). NOTA: Os corpos de prova LS devem estar em conformidade com as normas internacionais para o ensaio LS19,20. No caso de juntas de materiais diferentes, diferentes distribuições de deformação aparecerão em cada uma das quatro superfícies dos espécimes LS. Assim, um sistema de câmera de quatro vias ou pelo menos um sistema de câmera bidirecional é recomendado para uso em cada uma das quatro superfícies, como mostrado na Figura 6A, para capturar duas superfícies com cada câmera em um ângulo de 45° em relação a cada superfície.</li>
	<li>Realizar a observação do ML no teste lap-shear (LS).<ol><li>Mantenha condições escuras.</li>
		<li>Defina as condições de gravação da câmera: taxa de gravação = 10-50 fps; tempo de exposição = 0,02 s ou 0,1 s; ganho = máximo.</li>
		<li>Irradie o espécime DCB pulverizado com tinta ML com luz azul de 470 nm para excitação usando um LED azul de cada direção da câmera por 1 min.</li>
		<li>Inicie a gravação da câmera 5 s antes de terminar a irradiação de luz azul.</li>
		<li>Espere na condição escura por 30 s para que o brilho posterior se acalme. NOTA: O tempo de assentamento pode ser alterado de acordo com o material de detecção ML e a câmera utilizada, especialmente em relação ao equilíbrio das intensidades de mecanoluminescência e pós-brilho nos filmes gravados.</li>
		<li>Aplicar uma carga mecânica19,20 usando uma máquina de ensaio mecânico com uma taxa de carga de 1-5 mm/min para obter as imagens ML (Figura 6B e Filme 2).</li>
	</ol></li>
</ol>4. Informações para a medição do ML e análise dos dados
<ol><li>Realize a excitação antes do teste de ML.<ol><li>Embora a intensidade de ML seja proporcional à energia de deformação, a intensidade de ML diminui gradualmente de acordo com os ciclos de carga 2,3,6,12, como mostra a Figura 7A. Portanto, execute a excitação antes do teste de ML para gerar resultados de ML reprodutíveis, conforme mencionado nas etapas 2.2.3 e 3.2.3.</li>
	</ol></li>
	<li>Escolha o tempo de espera para uma alta relação ML/AG. NOTA: O sensor ML mostra o pós-brilho (AG) após a excitação como um fósforo persistente longo e mostra a mecanoluminescência no momento da aplicação da carga, como mostra a Figura 7B.<ol><li>Selecione o tempo de espera após a excitação e as condições da câmera para garantir que a relação ML/AG (o chamado índice ML) seja suficientemente alta (conforme mencionado nas etapas 2.2.4 e 3.2.4) porque o pós-brilho funciona como ruído de base contra o padrão ML (ou seja, o sinal de medição)2,3,4.</li>
	</ol></li>
	<li>Determine o ponto ML mais alto.<ol><li>Determine a posição da ponta da fissura reconhecendo a posição com o ponto ML mais alto como a ponta da trinca 8,9. NOTA: O ponto ML mais alto pode ser determinado por meio de inspeção visual, software de processamento de imagem, um sistema de monitoramento automático e um filme ML, conforme mostrado na Figura 1 Suplementar.</li>
	</ol></li>
	<li>Crie uma imagem de contorno ML.<ol><li>Se os pontos e padrões de ML forem difíceis de distinguir, crie uma imagem de contorno de ML e use padrões de ML convertendo as imagens raw de ML usando um software de processamento de imagem, como o ImageJ (consulte a Tabela de Materiais), conforme mostrado na Figura 8.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Xu, C. -N., Watanabe, T., Akiyama, M., Zheng, X. -G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+view+of+stress+distribution+in+solid+by+mechanoluminescence%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Direct view of stress distribution in solid by mechanoluminescence.</a> Applied Physics Letters. 74 (17), 2414-2417 (1999).</li>
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<li>Terasaki, N., Fujio, Y., Horiuchi, S., Akiyama, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanoluminescent+studies+of+failure+line+on+double+cantilever+beam+%28DCB%29+and+tapered-DCB+%28TDCB%29+test+with+similar+and+dissimilar+material+joints%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Adhesion+and+Adhesives%22%5BJournal%5D)">Mechanoluminescent studies of failure line on double cantilever beam (DCB) and tapered-DCB (TDCB) test with similar and dissimilar material joints.</a> International Journal of Adhesion and Adhesives. 93, 40-46 (2019).</li>
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<li>Terasaki, N., Fujio, Y., Sakata, Y., Uehara, M., Tabaru, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+visualization+of+stress+distribution+related+to+adhesive+through+mechanoluminescence%5BTitle%5D)+AND+%22ECS+Transactions%22%5BJournal%5D)">Direct visualization of stress distribution related to adhesive through mechanoluminescence.</a> ECS Transactions. 75 (45), 9-16 (2017).</li>
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</ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Em relação ao comportamento do ML observado a partir da vista lateral, foi registrada intensa mecanoluminescência proveniente da concentração de deformação na ponta da fissura inicial (Figura 5C). Posteriormente, observou-se o movimento do ponto ML ao longo da camada adesiva no momento da propagação da fissura, refletindo a ponta da fissura. Em estudos anteriores, observações microscópicas mostraram que o ponto ML mais alto estava apenas 0-20 μm à frente da ponta da trinca e poderia ser adotado como referência para a posição da ponta da trinca8. No método convencional, a ponta da rachadura é identificada através de inspeção visual, mas isso leva a uma quantidade significativa de erro humano devido ao pequeno tamanho da ponta da rachadura, mesmo quando se usa uma lupa. Especificamente, é necessária paciência para marcar a posição da ponta da fissura durante o teste DCB, que, por sua vez, requer vários minutos, particularmente para juntas adesivas estruturais16,17,18. Portanto, a visualização do ML no teste DCB é importante para identificar a posição da ponta da fissura automaticamente e com maior precisão. Anteriormente, a posição e a forma da linha ML na vista superior eram mostradas para sincronizar com a linha frontal de falha de rachadura na camada adesiva9. Portanto, a detecção de ML na vista superior do aderente foi utilizada como um indicador das rachaduras internas da superfície externa do aderente.
No entanto, as limitações deste método incluem o ambiente de teste escuro e a diminuição da intensidade de ML e AG durante o teste DCB ao longo de vários minutos, como mostra a Figura 7B. Isso leva a um ponto ML pouco claro e a um padrão AG, que refletem a geometria da ponta da rachadura e da amostra, respectivamente. Para superar essa limitação, a luz infravermelha, como a luz em um comprimento de onda de 850 nm que não influencia o material SrAl2O4:Eu2+ ML, foi utilizada para irradiar a amostra DCB durante o teste DCB para esclarecer a condição da amostra9. Alternativamente, a luz azul a 470 nm costumava iluminar a amostra por 1 s a cada 5 min ou 10 min para recuperar as intensidades ML e AG mesmo durante o teste DCB2,9, conforme explicado na Figura 7A.
As imagens de contorno ML e os filmes durante o teste LS foram gravados por meio de um sistema de câmera de quatro vias (Figura 6C). Neste caso, os aderentes eram de alumínio jateado com areia (A5052), e o adesivo era um adesivo epóxi de dois componentes. O valor da resistência ao cisalhamento à tração (SST) foi de 23 MPa, que foi calculado utilizando-se o valor de carga (N) na ruptura sob carga de tração e a área colada adesiva (mm2). Além disso, o valor de SST pode ser considerado como um indicador da resistência de uma junta adesiva estrutural18. Embora o valor da SST seja geralmente usado como um índice de resistência adesiva, as propriedades físicas de fundo, como o comportamento mecânico, que são cruciais para melhorar o projeto articular, não foram investigadas.
As imagens de ML forneceram claramente informações sobre o comportamento mecânico durante o processo de destruição da junta adesiva de colo único (Figura 6C). Em resumo, a mecanoluminescência intensa foi observada pela primeira vez na borda da área adesivamente colada e banhada, o que mostra a concentração de deformação no estágio inicial do teste LS. Em segundo lugar, os pontos ML se moveram de ambas as bordas adesivas para o centro ao longo da camada adesiva para aparecerem juntos nas visualizações esquerda e direita das imagens ML. Isso indica a propagação da deformação de cisalhamento e da fissura ao longo da camada adesiva, o que denota falha coesiva (FC) neste caso.
Além disso, as linhas ML nas incidências frontal e traseira indicaram a ocorrência de propagação de fissuras, que é o mesmo fenômeno do teste DCB. Finalmente, após os dois pontos ML combinados no centro, observou-se intensa mecanoluminescência no ponto central da camada adesiva. Isso indicou a concentração de deformação na camada adesiva e a subsequente geração de uma fissura transversal através da camada adesiva, semelhante a um trabalho anterior11. Esta informação é útil para determinar a localização da concentração de tensão/deformação. Portanto, isso implica que a melhoria na dispersão de tensões é necessária para alcançar um projeto articular forte e confiável.
Ao contrário do teste DCB, o teste LS causa a ruptura de alta velocidade das juntas adesivas. O teste LS gera uma alta taxa de deformação na camada adesiva, que é seguida por mecanoluminescência altamente intensa que satura na imagem ML registrada, acumula muitos eventos em uma imagem e produz uma imagem ML pouco clara. Nesses casos, uma escolha inteligente de taxa de gravação pode ser usada para solução de problemas (por exemplo, selecionando uma alta taxa de gravação, como 25 fps, que se ajusta à velocidade do evento no teste LS)11.

Os materiais de detecção mecanoluminescentes (ML) são pós cerâmicos funcionais que emitem luz intensa repetidamente sob estímulos mecânicos. Esse fenômeno é observado mesmo em regiões de deformação elástica 1,2,3,4. Quando dispersas na superfície de uma estrutura, partículas individuais de ML funcionam como sensores mecânicos sensíveis, e o padrão ML bidimensional (2D) reflete a distribuição dinâmica de deformação. O padrão de emissão de ML apresenta uma simulação mecânica da distribuição de deformação 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 (Figura 1A).
Como mostrado na Figura 1B, os sensores ML foram aplicados para visualizar comportamentos mecânicos dinâmicos bidimensionais (2D) e tridimensionais (3D) em processos elásticos, plásticos e de destruição usando amostras de teste de cupom que compreendem materiais estruturais leves avançados recentes (por exemplo, aço de alta resistência à tração 5,6, alumínio, plástico reforçado com fibrade carbono [CFRP]7), a junta adesiva para o projeto de tolerância a danos8, 9,10,11 e componentes do produto (por exemplo, engrenagens e arquivo eletrônico flexível para telefones dobráveis 12 e juntas adesivas e/ou de soldagem complicadas usadas para validar a engenharia auxiliada por computador [CAE] resultam em testes em nível de laboratório 2,8,9,10,11 ). Além disso, os sensores ML têm sido utilizados com sucesso em aplicações práticas, como o monitoramento da saúde estrutural (SHM) de edifícios e pontes para detectar a propagação de trincas ou a probabilidade de uma concentração de deformação levar à degradação estrutural 2,6,13, o monitoramento da propagação interna de fissuras em camadas interlaminares 7,9, a previsão da vida útil de vasos de hidrogênio de alta pressão 9, testes de impacto de mobilidade para visualizar a propagação ou excitação da onda de impacto no modo de vibração14 e sensoriamento visual de ferramentas esportivas para determinar as configurações físicas apropriadas para aumentar as chances de ganhar. No protocolo, a visualização do ML foi selecionada para monitorar a propagação da fissura e as subsequentes mudanças no comportamento mecânico durante o teste de avaliação da junta adesiva.
Existem várias razões para selecionar este tema. A primeira razão é o aumento significativo da importância das juntas adesivas nos últimos anos. Recentemente, devido à necessidade de redução significativa de CO2 e economia de energia, vários tipos de materiais leves foram desenvolvidos e aplicados nas indústrias de mobilidade e transporte, como para automóveis, aeronaves e trens. Como parte dessa tendência, a tecnologia adesiva ganhou importância como uma tecnologia-chave para unir livremente diferentes materiais leves (juntas de materiais diferentes) em uma estratégia multimaterial15. Além disso, o método de visualização de ML para determinação da resistência adesiva, especialmente em materiais diferentes, tem sido sugerido por diversas normas internacionais 16,17,18,19,20. A avaliação da resistência adesiva é essencialmente um teste destrutivo, e a resistência adesiva obtida pode ser classificada principalmente em dois tipos: (1) energia de tenacidade à fratura (Gc), que é determinada usando a posição de propagação da fissura durante a aplicação da carga, e (2) resistência adesiva, que é determinada usando a carga na ruptura da junta adesiva. Embora o teste de feixe duplo de balanço (DCB) e o teste de cisalhamento de volta simples (LS) sejam métodos de avaliação representativos da tenacidade à fratura e da resistência adesiva, respectivamente, e representem os métodos de teste adesivo mais utilizados em todo o mundo 15,16,17,18,19,20 , a ponta da rachadura é muito pequena para distinguir a distribuição tensão/deformação. Assim, o valor da energia de tenacidade à fratura (Gc) é altamente disperso. Como resultado de recomendações de pesquisadores que examinam adesivos e outros indivíduos da indústria, a visualização mecanoluminescente (ML) tem sido investigada para monitorar a propagação de rachaduras e as subsequentes mudanças no comportamento mecânico durante o teste de avaliação da junta adesiva 8,9,10,11,21 . A segunda razão para selecionar este tema neste protocolo é que a tensão/deformação é altamente concentrada na ponta da fissura, o que gera intensa mecanoluminescência no ponto ML durante a propagação da fissura, e esta é potencialmente a metodologia mais fácil de usar entre várias aplicações de teste de ML. Além disso, este método pode ser utilizado sem experiência avançada na preparação de amostras e materiais ML altamente eficientes.
Portanto, neste estudo, o protocolo de visualização do ML é explicado para monitorar a propagação da fissura e as subsequentes alterações no comportamento mecânico durante o teste de avaliação da junta adesiva, como mostra a Figura 2.

<table><tbody><tr><td>Serviço</td><td>de teste de engenharia de placa de alumínio Co., Ltd.</td><td>A5052&nbsp;</td><td>A5052 é o nome definido como qualidade do alumínio nos padrões.</td></tr><tr><td>Azul LED</td><td>MORITEX Co.</td><td>MBRL-CB13015</td><td></td></tr><tr><td>Câmera</td><td>Baumer</td><td>TXG04 ou VLU-12</td><td>CCD ou CMOS</td></tr><tr><td>Medidor de espessura de revestimento&nbsp;</td><td>KETT</td><td>LZ-373</td><td></td></tr><tr><td>Adesivo epóxi</td><td>Nagase ChemteX Co.</td><td>Denatite2202</td><td>estrutural adehsive</td></tr><tr><td>ImageJ</td><td>National Institutes of Health</td><td>Image J 1.53K</td><td>Software de processamento de imagem</td></tr><tr><td>Máquina de teste mecânico&nbsp;</td><td>Fornecedor:SHIMADZU Co.</td><td>Tinta EZ Test EZ-LX</td><td></td></tr><tr><td>Mechanoluminescnet (ML)</td><td>Sakai Chemical Industry Co., Ltd.</td><td>ML-F2ET3</td><td>A tinta ML em 1.1&nbsp; é uma tinta epóxi de 2 componentes, e consiste em reagente principal epóxi e reagente de cura conforme descrito em 1.2.1.&nbsp; SrAl2O4:Eu2+ O perticle cerâmico ML está incluído no reagente epóxi principal.</td></tr><tr><td>Microscópio</td><td>Keyence</td><td>VHX-6000</td><td></td></tr><tr><td>Placa de aço inoxidável</td><td>Engineering Test Service Co.,Ltd.</td><td>SUS631</td><td>A631 é nome definido como qualidade de aço inoxidável nos padrões.</td></tr><tr><td>Viscosímetro</td><td>Sekonic. Co.</td><td>Viscomate VM-10A</td><td></td></tr></tbody></table>

visualização mecanoluminescente da propagação de fissuras para avaliação de juntas

Mechanoluminescent Visualization of Crack Propagation for Joint Evaluation

Neste estudo, métodos para a visualização mecanoluminescente (ML) da propagação de fissuras e comportamento mecânico para avaliar juntas adesivas são demonstrados e explicados. A primeira etapa envolveu o preparo da amostra; um spray de ar foi utilizado para aplicar tinta ML na superfície dos corpos de prova de junta adesiva. O desempenho do sensor ML foi descrito para examinar as condições de medição. Os resultados da detecção de ML durante um teste de feixe duplo de balanço (DCB) e um teste de cisalhamento de colo (LS), pois estes são os métodos mais frequentemente e amplamente utilizados para avaliar adesivos. Originalmente, era difícil quantificar diretamente a ponta da fissura e a distribuição e concentração da deformação/tensão porque a ponta da fissura era muito pequena e os efeitos da deformação não podiam ser observados. A mecanoluminescência, a propagação de fissuras e o comportamento mecânico durante o teste mecânico podem ser visualizados através do padrão ML durante a avaliação adesiva. Isso permite o reconhecimento da posição precisa das pontas de fissura e outros comportamentos mecânicos relacionados à falha estrutural.

Imagens de ML e filmes durante o teste DCB e LS foram coletados usando câmeras bidirecionais e de quatro vias, respectivamente.
A Figura 5C mostra as imagens e filmes de ML na visualização lateral, que podem ser usados para reconhecer a ponta de rachadura. Além disso, a visualização superior é mostrada para refletir a frente de falha no tempo de propagação da fissura durante o teste DCB. Neste caso, os aderentes eram de alumínio jateado com areia (A5052, ver Tabela de Materiais), o adesivo era composto por dois componentes de adesivo epóxi e a geometria atendia às normas internacionais. Em relação aos comportamentos de ML na vista lateral, observou-se intensa mecanoluminescência na posição da fissura inicial devido à concentração de deformação neste momento. Posteriormente, observou-se o movimento do ponto ML, que reflete a ponta da fissura, na camada adesiva no momento da propagação da fissura. Utilizando imagens de ML no teste DCB, a posição da ponta da trinca durante a propagação da fissura foi definida e utilizada para calcular o comprimento de propagação da fissura (a) e o valor da tenacidade à fratura associada, G1c, conforme explicado na etapa 2.2.7.
A Figura 6B mostra as imagens e os filmes de contorno ML durante o teste LS. As imagens e os filmes foram gravados usando um sistema de câmera de quatro vias. Neste caso, os aderentes eram de alumínio jateado com areia (A5052), e o adesivo era um adesivo epóxi de dois componentes. A Figura 6B fornece claramente informações sobre o comportamento mecânico durante o processo de destruição da junta adesiva de colo único. Em resumo, intensa mecanoluminescência foi observada pela primeira vez nas bordas das áreas coladas adesivamente e banhadas. Em segundo lugar, os pontos ML se moveram das bordas adesivas para o centro ao longo da camada adesiva para aparecerem juntos nas visualizações esquerda e direita da imagem ML. Finalmente, após a combinação dos dois pontos ML no centro, observou-se intensa mecanoluminescência no ponto central da camada adesiva. As imagens de ML no teste LS podem ser usadas para entender o comportamento mecânico das juntas adesivas durante o processo de destruição, que é difícil de simular.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64118/64118fig01.jpg"> Figura 1: Propriedades do sensor ML . (A) Mechanoluminescência sob carga de tração para uma placa de aço inoxidável com um furo e análise numérica (simulação) da distribuição da deformação de Mises. (B) Exemplos de detecção visual ML para visualizar o comportamento mecânico dinâmico 2D/3D de produtos, materiais estruturais e materiais de impressão 3D sob a aplicação de carga mecânica, vibração e impacto. As setas com um "F" indicam a direção da força sob carga mecânica. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64118/64118fig01large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64118/64118fig02.jpg"> Figura 2: Detecção visual ML para vários testes de avaliação de adesivos padronizados internacionalmente. Esses padrões descrevem os métodos para obter vários índices de resistência adesiva, como energia de tenacidade à fratura (Gc), resistência ao cisalhamento à tração (SST), resistência à casca e resistência à tensão cruzada (CTS). As setas indicam a direção da força sob carga mecânica. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64118/64118fig02large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64118/64118fig03.jpg"> Figura 3: Aplicação de tinta com sensor ML. (A) Exemplos de latas de tinta e spray ML e (B) uma fotografia de pulverização. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64118/64118fig03large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64118/64118fig04.jpg"> Figura 4: Ilustração de espécimes pulverizados com tinta ML . (A) Um espécime DCB e (B) um espécime LS. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64118/64118fig04large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64118/64118fig05.jpg"> Figura 5: Medição do ML durante o teste DCB . (A) Fotografia da configuração experimental e (B) ilustração das posições da câmera. (C) Medição do ML durante o ensaio DCB. CAM 1 e CAM 2 denotam a câmera CCD descrita na etapa 2.1.2. As setas indicam a direção da força sob carga mecânica. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64118/64118fig05large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64118/64118fig06.jpg"> Figura 6: Medição de ML durante o teste de LS. (A) A configuração experimental e (B) a medição de ML durante o teste de LS usando um sistema de câmera de quatro vias. As setas indicam a direção da força sob carga mecânica. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64118/64118fig06large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64118/64118fig07.jpg"> Figura 7: Propriedades básicas do sensor ML empregado . (A) A intensidade do ML nos ciclos de carga e (B) a relação entre as intensidades ML e AG e o tempo de espera após a excitação usando um LED azul. A inserção ilustra a definição das intensidades ML e AG na curva tempo-luminância. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64118/64118fig07large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64118/64118fig08.jpg"> Figura 8: Comparação da expressão ML nas imagens ML . (A) A imagem raw em escala de cinza de 12 bits e (B) a imagem de contorno. As setas com "F" indicam a direção da força sob carga mecânica. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64118/64118fig08large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
Filme 1: Filme ML durante o teste DCB. Taxa de gravação: 1 fps. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64118/Fig.%20S1%20ML%20movie%20during%20DCB%20test.mp4" target="_blank">Por favor, clique aqui para baixar este filme.</a>
Filme 2: Filme ML durante o teste LS. Taxa de gravação: 25 fps. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64118/Fig.%20S2%20ML%20movie%20during%20LS%20test.mp4" target="_blank">Por favor, clique aqui para baixar este filme.</a>
Figura 1 suplementar: Métodos para distinguir a posição do ponto de maior intensidade de ML. (A) Inspeção visual, (B) software de processamento de imagem e (C) sistema de monitoramento automático. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64118/Supplementary%20Figure%201.tif" target="_blank">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>

Neste estudo, é apresentado um protocolo que descreve o uso da visualização mecanoluminescente (ML) para monitorar a propagação de fissuras e o comportamento mecânico durante os testes de avaliação da junta adesiva.

Visualização Mecanoluminescente da Propagação de Fissuras para Avaliação de Juntas

In this study, methods for the mechanoluminescent (ML) visualization of crack propagation and mechanical behavior to evaluate adhesive joints are ...

Para utilizar erros de resultado de detecção mecanoluminescente, este protocolo mostra que a preparação do sensor mecanoluminescente, os tipos de ambiente de medição e as condições de registro que devem ser adotadas para repetibilidades. A vantagem deste método é a visualização direta da ponta e força da fissura, distribuição de tensão e concentração em estímulos mecânicos que são originalmente difíceis de quantificar diretamente. Este protocolo se concentra na visualização de informações mecânicas durante o teste de avaliação adesiva.Também pode ser utilizado para monitoramento da saúde estrutural, projeto e estimulação mecânica da estrutura, material estrutural e juntas. Demonstrando o procedimento para pulverização de tinta ML será Yumi Nogami. E para DCB e teste de cisalhamento de volta serão Wakana Sugawa, Chieko Hirakawa, Maiko Iseki e Yoko Sakamoto, material técnico do meu laboratório.Para começar, prepare a amostra de ensaio aplicando a tinta mecanoluminescente na superfície pré-tratada do feixe duplo cantilever, ou DCB, com um spray de ar ou uma lata de pulverização. Em seguida, faça a configuração experimental para a medição mecanoluminescente montando a amostra pulverizada com tinta mecanoluminescente na máquina de teste mecânico usando um zigue especial. Colocar as câmaras em frente à superfície de cada amostra de ensaio, virada para a posição da ponta da fissura a monitorizar.Em seguida, verifique as condições da câmera para garantir que ela possa registrar o brilho posterior durante o tempo de medição estimado do teste mecânico. Para realizar a observação mecanoluminescente no teste DCB, defina a taxa de gravação da câmera para um ou dois quadros por segundo, o tempo de exposição para 0,5 ou um segundo e o ganho ao máximo. Em seguida, irradie a amostra de DCB pulverizada com tinta mecanoluminescente com luz azul de 470 nanômetros para excitação usando um LED azul de cada direção da câmera por um minuto.Inicie a gravação da câmera cinco segundos antes de terminar a irradiação da luz azul. Deixe o espécime permanecer no escuro por um minuto para garantir que o brilho posterior se acalme. Em seguida, aplique uma carga mecânica usando uma máquina de teste mecânico com uma taxa de carga de um milímetro por minuto para obter a imagem mecanoluminescente.Calcular o comprimento da fissura utilizando as informações sobre a posição da ponta da fissura, que é determinada a partir do ponto mecanoluminescente durante a propagação da fissura na amostra de tinta mecanoluminescente pulverizada para obter a tenacidade à fratura G1C expressa em quilojoules por metro quadrado utilizando a equação. Para realizar a observação mecanoluminescente no teste Lap-Shear, defina a taxa de gravação da câmera para 10 a 50 quadros por segundo, o tempo de exposição para 0,02 ou 0,1 segundos e o ganho ao máximo. Em seguida, irradie a tinta mecanoluminescente pulverizada com a amostra DCB com luz azul de 470 nanômetros, inicie a gravação da câmera e aguarde na condição escura, como demonstrado anteriormente.Aplicar uma carga mecânica com uma taxa de carga de um a cinco milímetros por minuto para obter a imagem mecanoluminescente. O comportamento mecanoluminescente registrado durante o teste DCB mostrou intensa mecanoluminescência na posição da fissura inicial devido à concentração de deformação. O comportamento mecanoluminescente registrado durante o teste de cisalhamento de colo mostrou intensa mecanoluminescência primeiro nas bordas do adesivo colado em áreas revestidas e, em seguida, os pontos mecanoluminescentes movidos das bordas adesivas para o centro com intensa mecanoluminescência vista no ponto central.As coisas mais importantes a lembrar devem ser o equilíbrio do desempenho do filme do sensor mecanoluminescente. Tempo de espera até a erosão mecânica e as condições de gravação. O material de junta e compósito em estrutura leve é conhecido como peça difícil de simular o comportamento mecânico.O método de detecção visual mecanoluminescente fornece uma resposta real e correta para ler o projeto e a previsão apropriados.

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