سلالة متوسطة معدل توصيف المواد مع ارتباط الصورة الرقمية
Summary
نقدم هنا منهجية لتوصيف عينات الشد دينامية في إجهاد متوسط معدلات استخدام إطار تحميل أجهزة هيدروليكية عالية السرعة. يتم تعريف الإجراءات لأجهزة قياس الضغط والتحليل، فضلا عن ارتباط الصورة الرقمية سلالة القياسات في العينات، أيضا.
Abstract
الاستجابة الميكانيكية لمادة تحت التحميل الديناميكي يختلف عادة عن سلوكها تحت ظروف ثابتة؛ ولذلك، المعدات كواسيستاتيك المشتركة والإجراءات المستخدمة لتوصيف المواد غير قابلة للمواد تحت الأحمال الديناميكية. الاستجابة الديناميكية للمواد يعتمد على معدل تشوه وهي تصنف على نطاق واسع إلى عالية (أي، أكبر من 200/s)، المتوسط (أي، s/10−200) والضغط المنخفض معدل النظم (أي أقل من 10/s). ويدعو كل من هذه الأنظمة مرافق محددة وبروتوكولات الاختبار لضمان موثوقية البيانات المكتسبة. بسبب محدودية الوصول إلى مرافق مضاعفات الهيدروليكية عالية السرعة وبروتوكولات الاختبار تم التحقق من صحتها، وهناك فجوة ملحوظة في نتائج بمعدل الضغط المتوسط. ويعرض المخطوطة الحالية بروتوكول تم التحقق من صحتها لتوصيف مواد مختلفة في هذه المعدلات المتوسطة سلالة. أجهزة قياس الضغط وبروتوكولات ارتباط الصورة الرقمية مدرجة أيضا كوحدات مجانية لاستخراج أقصى مستوى بيانات تفصيلية من كل اختبار واحدة. أمثلة للبيانات الأولية، التي تم الحصول عليها من مجموعة متنوعة من المواد واختبار الأجهزة (مثل، الشد والقص) ويرد ويرد وصف لإجراءات التحليل المستخدمة لمعالجة بيانات الإخراج. وأخيراً، تناقش تحديات توصيف ديناميكية باستخدام البروتوكول الحالي، إلى جانب القيود المفروضة على المنشأة وأساليب التغلب على المشاكل المحتملة.
Introduction
معظم المواد إثبات بعض درجة من سلالة معدل الاعتماد على السلوك الميكانيكي1 ، وعليه، اختبار الميكانيكية فقط في معدلات سلالة كواسيستاتيك من غير مناسبة لتحديد الخصائص المادية لدينامية التطبيقات. التبعية معدل إجهاد المواد عادة التحقيق في استخدام خمسة أنواع من نظم اختبار الميكانيكية: إطارات تحميل محرك المسمار التقليدية ومضاعفات هيدروليكية وارتفاع معدل مضاعفات-هيدروليكية، واختبار تأثير وهوبكنسون بار نظم 1-كانت أشرطة “هوبكنسون انقسام” مرفق مشترك لدينامية توصيف المواد للماضي 50 سنة2. كما بذلت جهود لتعديل أشرطة هوبكنسون لاختبار أسعار سلالة المتوسطة والدنيا. بيد أن هذه المرافق عادة أكثر ملاءمة للأوصاف معدل ارتفاع الضغط للمواد (أي، عادة ما تكون أكبر من 200/s). هناك فجوة في الأدبيات المتعلقة بتوصيف معدل الإجهاد من خصائص المواد في معدلات الضغط الوسيطة في المجموعة من 10−200/s (أي بين سلالة كواسيستاتيك وارتفاع معدل النتائج التي تم الحصول عليها من انقسام هوبكنسون أشرطة3)، الذي من المقرر أن محدودية الوصول إلى مرافق والافتقار إلى إجراءات موثوقة لإجهاد متوسط معدل اختبار المواد.
ينطبق إطار تحميل أجهزة هيدروليكية عالية السرعة تحميل العينة سرعة ثابتة ومحددة مسبقاً. هذه تحميل فائدة الإطارات من محول ركود، الذي، في اختبارات الشد، يسمح crosshead للوصول إلى السرعة المطلوبة قبل بدء التحميل. محول سماح يسمح للرأس بالسفر مسافة معينة (مثلاً 0.1 m) للوصول إلى سرعة الهدف وثم يبدأ تطبيق الحمولة للعينة. إطارات تحميل أجهزة هيدروليكية عالية السرعة عادة إجراء اختبارات تحت وضع مكافحة التشرد والحفاظ على سرعة المحرك ثابتة لإنتاج معدلات إجهاد الهندسي المستمر3.
تقنيات قياس استطالة العينة تصنف عادة كجهة اتصال أو تقنيات noncontact4. وتشمل تقنيات الاتصال استخدام أدوات مثل كليب على اكستينسوميتيرس، بينما تستخدم الليزر اكستينسوميتيرس لقياسات noncontact. نظراً لاتصال اكستينسوميتيرس المعرضة لتأثيرات القصور الذاتي، فليست مناسبة للاختبارات الحيوية؛ اكستينسوميتيرس noncontact لا تعاني من هذه المشكلة.
ارتباط الصورة الرقمية (DIC) هو أسلوب قياس إجهاد بصري، وعدم الاتصال، وحقل كامل، ونهج بديل لسلالة قياس لقياس الضغط/تحميل والتغلب على بعض التحديات (مثلاً، ظاهرة الرنين) المرتبطة مع 5من توصيف المواد الحيوية. المقاومة الانفعال يمكن أن تعاني من القيود مثل منطقة محدودة للقياس، ومجموعة محدودة من الإطالة، وأساليب التركيب محدودة، بينما DIC دائماً قادرة على توفير قياس إجهاد كامل الحقل من سطح العينة أثناء التجربة.
الإجراء الذي قدم وصف استخدام إطار تحميل أجهزة هيدروليكية عالية السرعة جنبا إلى جنب مع مدينة دبي للإنترنت، ويمكن استخدامها كوثيقة تكميلية ل مبادئ توجيهية موحدة وضعت مؤخرا6 لتوضيح تفاصيل الإجراء التجريبي. يمكن أن يتبع الفرع المتعلق بالإطار تحميل أجهزة هيدروليكية لمجموعة متنوعة من الأجهزة الاختبار (مثلاً، والشد، والضغط، والقص) وحتى مع تحميل كواسيستاتيك الشائعة الإطارات وكذلك، وبالتالي، يغطي مجموعة واسعة من مرافق. وعلاوة على ذلك، يجوز تطبيق المقطع DIC بشكل منفصل لأي نوع من الاختبارات الميكانيكية أو الحرارية، مع إدخال تعديلات طفيفة عليها.
Protocol
Representative Results
Discussion
البيانات الأولية التي تم الحصول عليها من التجربة يتأثر بموقع الهندسة والانفعال العينة في العينة. تحميل البيانات في الضغط المنخفض معدل الاختبارات الديناميكية اكتسبها غسالة كهربائية بيزو إدراجها في الإطار حمولة معدل أعلى من سلالة (بروس et al. 3 اقترح > 10/s، بينما بالنسبة وانغ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب نعترف بمساعدة كبيرة من كليشتش أحرق وميشيل ديلانوي، موسكلوو تايلر، كيربي فريزر، جوشوا Ilse وأليكس نافتيل. هو أيضا عن تقديره للدعم المالي بكندا مجلس البحوث الوطني (NRC) من خلال برنامج تكنولوجيا المواد الأمنية (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).
