デジタル画像相関を用いた溶接試料の共振疲労試験における亀裂モニタリング

溶接された細部の疲労特性は、一般的に、効率的にテストすることができる小規模な標本で決定されます。テストは、循環荷重の適用で構成されます。最終的に顕微鏡的な亀裂が開始されます。

亀裂は成長し、標本を通して伝播します。試験は標本が消えるまで実行される。テストの結果は、パイプロードレベルの故障までのロードサイクル数です。

この障害の発見は通常非常に明白ですが、亀裂の開始をどのように決定できますか?デジタル画像相関を用いた実験的アプローチを以下に示す。次の試験で使用した試料は、10mmと25mmのプレートの間に多層を含む。

標本は355で構造鋼鉄から成っている。疲労負荷時に10mm板の溶接穴に亀裂が形成されると予想されます。デジタル画像相関については、斑点パターンが試料表面に適用される。

溶接部および周囲の部分に汚れや油を洗浄した後、スプレー塗料を使用してパターンを適用します。斑点は、白と黒の塗料の層を交互に得られます。ノズルは、スプレーが塗料の近い層ではなく、細かい斑点を形成するように、標本からある程度の距離で保持されます。

斑点は、0.1mmの大きさで可能な限り細かくする必要があります。テストは200キロニュートン共鳴試験機で実行されます。この設定では、デジタル画像相関のためのカメラは、標本の上に配置されています。

カメラレンズの焦点と絞りを適切に設定することが重要です。短時間の露光時間を可能にするために、十分な照明を提供する必要があります。4つのLEDライトを標本の近くに配置しました。

反射を減らすために、光やカメラに偏光フィルタを適用しました。テストは 34 Hz の負荷周波数で実行され、その結果、各負荷サイクルに対して約 29 ミリ秒の期間が生じます。カメラの露出時間は、この負荷期間の小さな割合でなければなりません。

使用されるセットアップのために0.8ミリ秒の露出時間は適した証明されている。カメラは試験機からの力信号によって引き起こされる。トリガ信号と実際の画像取得との間の遅延を補正するために、負荷信号のピークの少し前にトリガを設定する必要があるかもしれません。

最初の負荷サイクルは静的に適用されます。最大荷重で溶接のイメージが撮影されます。次に、循環荷重の実際の疲労試験が開始されます。

画像は、テストを中断することなく、テストマシンからの力信号によってトリガされる負荷サイクルの事前定義された間隔で撮影されます。テスト期間中に約100〜200枚の画像を得るために間隔を選択する必要があります。これは、過度のデータ取得を回避しながら、必要な精度で亀裂の開始を決定するのに十分なはずです。

ビーチマークの生成はオプションです。ここでは、デジタル画像相関によって検出されたクラック長を検証するために適用されます。期間は、負荷範囲を縮小し、疲労試験の期間にわたって定期的に導入されます。

これらの間隔の間に減少した亀裂の伝播はテストを完了した後、亀裂表面のセミエリプティカルマークの点で表示されます。試験後、デジタル画像相関は、試料の荷重方向に歪みを計算するために評価される。正確な手順は、適用されたソフトウェアに依存します。

最初の静的負荷サイクルから画像の歪みを計算するには、連続する画像に対して計算されるすべての歪みが相対的となる参照として使用されます。制御プロットの範囲は、可能なノイズと証拠亀裂形成を抑制するように適合されています。その後、テストの期間中に取得した画像を実行します。

最終的に溶接穴の歪みは増加し始め、別の亀裂が形成されていることを示します。技術的または微視的な亀裂開始、仮定された制約は2mmの長さの1%を超えました。溶接状態では、この標本は、標本の中央に引張残留応力、およびエッジに圧縮された応力を含みます。

したがって、亀裂は標本の中心線の近くで開始することが期待される。この時点で、顕微鏡的な亀裂が形成されました。観測された亀裂の長さを検証するために、結果はテスト中に生成されたビーチマークと比較されます。

亀裂の成長は、ビーチマークの形成中に目に見えて減速しています。溶接後、ストレス解消した標本です。したがって、亀裂の開始は残留応力の影響を受けません。

溶接部に沿って異なる位置に形成されたいくつかの亀裂。彼らはビーチマークで示されるように成長し、最終的に統一されました。デジタル画像相関を使用して提示された手順は、技術的な亀裂の開始と疲労試験中の監視と亀裂の伝播を可能にします。

これは、実行テストを中断することなく、高負荷周波数の共鳴試験機に適用されます。溶接された標本に採用され、溶接穴で起こる亀裂を検出するために標本の全幅をカバーすることができます。