Промежуточные штамм стоимость материала характеристика с цифрового изображения корреляции

Резюме

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.

Аннотация

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.

Введение

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.

протокол

1. Подготовка образца

1. Подготовка собаки кость форме растяжение образцы согласно ISO стандарт⁶ заранее.
   Примечание: Аналогичные образцы являются также используется⁴.
2. Установите Тензометры, на вкладке Секции (обязательные для измерения нагрузки) и на участке датчика (опция для измерения деформации) при растяжении образца.
   1. Выберите правильное модель Тензометрический датчик на основе размера, максимальное расширение, тестирование температуры, электрическое сопротивление, и т.д.⁴.
   2. Очистите поверхность образца изопропанолом удаления любых загрязнений и установить Тензометрический датчик на нужное место. Установить вкладки Секции Тензометрический датчик на равным или больше, чем ширина вкладки Секции от захвата секции и секции датчика для обеспечения единообразного стресс потока номинальной стоимости (т.е. не концентрации напряжений), в противном случае численный анализ требуется предсказать значения напряжения на месте Тензометрический датчик.
   3. Подсоедините провода Тензометрический мост Уитстона поле. Используйте вкладку Подключение провода если требуется смонтировать соединения внешних проводов.
   4. Проверьте тензодатчики, чтение с простой загрузки и граничных условий. Применить известные нагрузку для образца (например, повесить известной массы от образца) и проверьте индикацию напряжения.
3. Подготовка образца для ДВС следующим образом:
   1. Подготовка поверхности образца с функциями высокой контрастности. Например краска белый образца и подавление спекл с мелких черных точек. Путем проб и ошибок соответствует шаблону спекл размера датчика изображения камеры, таким образом, что каждый спекл состоит из примерно 3 пикселей или больше.
      Примечание: Избегайте выполнения ДВС на стороне, что Тензометры устанавливаются для предотвращения нежелательных особенностей поверхности.
   2. Оставьте раскраску сохнуть перед испытанием. Тестирование образца, предпочтительно, в тот же день она была написана.
      Примечание: В зависимости от типа и состава краски, это может занять несколько часов. Не оставляйте крапинами образцов для длительного периода времени (например, несколько дней) до тестирования, поскольку это приведет к краски становятся хрупкими и отслаиванию во время теста.

2. Запуск процедуры

1. Включите питание консоли управления, с помощью кнопки на ИБП (источники бесперебойного питания). Убедитесь, что запорный клапан от насоса к раме высокий уровень является открытым, а затем включите компьютер.
2. От начала рабочего контроллера приложения, выбрав Высокая скорость расчета Displacement.cfg конфигурации, затем нажмите кнопку Сброс очистить блокировки 1 (под Станции управления).
   Примечание: Две другие показатели (программы 1 и 1 ворота) будет красным, потому что высокого давления Гидравлические пока еще не применяется.
3. Проверьте Под исключительным контролем так кадр может управляться только из программного обеспечения (и не от телефона).
4. Теперь запустите гидравлического насоса (HPU) и откройте службы коллектора (HSM 1), один на один (всего 3). Для каждого случае дождитесь низкий индикатор перестает мигать перед нажатием высокий показатель. Если насос был покинуть долгое время, подождите 30 s перед выбором высокого дать время насос подачи для поставлять нефть насос высокого давления.
5. Опять же с рабочего стола, запустите тест дизайн программного обеспечения. Из инструментов убедитесь, что HPU и HSM 1, ON (зеленый). От верхнего меню Файл > Новый > тест из шаблона выберите Пользовательские шаблоны, а затем выберите тест напряженности.

3. установки тензодатчиков

1. Перейдите к элемент управления frame крейцкопфа нагрузки (рядом с мобильного телефона) и включите переключатель в положение Низкая ставка (значок черепаха).
2. Внутри камеры тест Подсоедините провода strain gauge(s) образца к поле тензодатчики, используя код цвета (красный, белый и черный). Если существует только одно Тензометр, используйте серии SG-1.
   Примечание: Красный свинец является отдельный терминал (возбуждения + или -) и белый и черный смысл и сигнала приводит.
3. В приложении контроллера и Вспомогательные материалы идти сорт 1 (или 2), чтобы выбрать максимальный диапазон штаммов (т.е. 2%, 5% или 10%). Например если выбрана 5%, программное обеспечение карты это от 50000 µε до 10 Вольт выход и нельзя измерить штаммов за 5%.
4. Запустите Кондиционер утилиты для настройки датчиков деформации и сбалансировать моста Уитстона согласно следующие шаги:
   1. Вычислите с помощью формулы для моста Уитстона выходного напряжения:
      
      Здесь V_O является выходное напряжение, V_E является напряжение возбуждения, GF является фактором, колеи, ε₁ составляет 50 000 (5%), тогда как ε₂, ε₃и ε₄ ноль (завершение мост).
5. Рассчитайте прибыль, используя следующее уравнение:
   
6. В программное обеспечение утилита кондиционера есть варианты 1, 8, 64 и 512 для получения предусилитель, а пост amp Gain значение ограничено 9. 9976. Вычислите пост amp Gain на основе различных вариантов 1, 8, 64 и 512 для получения предусилитель, используя следующее уравнение:
   
7. Выберите низкий получить предусилитель, который выдает сообщение amp Gain, что ниже, чем 9.9976 и вводить эти значения в программное обеспечение утилита кондиционера.
8. Запуск программного обеспечения высокой скорость данных приобретение конфигурации. Под напряжением каналов (канал 3 и 4), введите полномасштабный спектр Тензодатчики (например, 50,000).
   Примечание: Канал 1 и 2 предназначены для перемещения и силы, соответственно.
9. Смещение тензодатчиков к нулю согласно следующие шаги:
   1. Сначала в программном обеспечении, удалите все значения смещения для штамма каналов (принести значения смещения к нулю).
      Примечание: Этот процесс должно быть сделано, когда испытуемый образец отдыхает (например, в таблице) и не находится под нагрузкой.
   2. Затем настройте параметр мост баланса довести Напряжение индикации почти до нуля. Это грубая настройка шаг.
   3. Затем отрегулируйте параметр Нулевой обратной связи , довести значение напряжения в штамм manager программное обеспечение полностью с нуля. Этот шаг является тонкая настройка.
   4. Чтобы гарантировать, что входные параметры являются правильными, нажмите на Шунта включить вариант.
      Примечание: Значение напряжения в контроллер прикладного программного обеспечения следует читать 1640 µε (либо с + или - знак). Не забудьте выключить шунта для удаления резистор шунта из моста Уитстона. Значение напряжения будет вернуться к нулю.
10. Если есть два тензодатчиков образца, в полезности программного обеспечения кондиционера, нажмите на штамм 2 и повторите все шаги установки тензодатчика.

4. Монтаж испытательного образца

1. В управляющее приложение активировать Руководство управления и ввести должность руководителя полное расширение-125 мм.
2. Затем нажмите выключить флажок Включить руководство команды и снимите флажок Исключительным контролем .
3. Используйте монтажный крепеж для выравнивания купон внутри ручки. Эластичный шнур может использоваться для хранения слабину адаптер в задвинутом положении, оставляя места для установки купон. Сначала затяните купон в нижней сцепление.
4. На трубке нажмите значок ключа на верхнем правом углу, чтобы активировать телефон. Убедитесь, что снят флажок поле Исключительного контроля на программное обеспечение. Убедитесь, что верхний захват сыпучих для предотвращения нежелательных приложений загрузки образца.
   1. Эластичный шнур и нажмите значок колесо под барабанные на контроллере, чтобы активировать его. Медленно вращайте колесо принести голову, пока нижней руки вяло адаптер почти полностью убирается и крейцкопфа почти на-125 мм.
      Примечание: положение головы можно читать на мобильном телефоне.
5. На трубке нажмите значок ключа еще раз, чтобы деактивировать телефона. Возвращение к компьютеру и на контроллер приложение проверяет поле Исключительного контроля и использовать Руководство управления довести головку точно-125 мм. Верхняя ручка рыхлая, поэтому нет нагрузки применяется к купон.
6. Теперь затяните верхней ручки с помощью гаечного ключа и ключа, поворачивая слабину адаптер. Не допускать скручивания купон при затягивании сцепление.
7. Проверьте спираль шайбы между слабину адаптер и промежуточных крейцкопфа и убедитесь, что они жесткие и есть нет осевой зазор вдоль поезд нагрузки.
8. Опять же с помощью окна управления крейцкопфа возвращают кадр высокий уровень (Иконка Кролик) и убедитесь, что корпус двери плотно закрыты.
9. Обратно на компьютер чтобы очистить блокировки нажмите Сброс (на правой стороне контроллера приложения).
   Примечание: Блокировками включают в себя «Interlock 1» (цепь блокировки проходит через все фреймы и гидравлического насоса), «программа 1» (компьютерное программное обеспечение, под контролем, например, высокая/низкая скорость), «Gate 1» (корпус и переключатель скорости передачи), и «C-стоп 1» (контролируемые стоп) .
10. Когда нет намерения для перемещения головы вручную, снимите флажок Включить руководство команды в меню Руководство команды , чтобы избежать случайно ввести число в программное обеспечение и перемещение головы.

5. Подготовка установки DIC

1. Подключите к компьютеру с помощью кабеля ЛВС Gigabit высокоскоростной камеры.
2. Подключите поле цифрового ввода/вывода к высокоскоростной камеры и MTC кадра контроллер.
3. Подключите компьютер к контроллеру кадр МТС через поле DAQ. Силы и перемещения сигналы передаются от МТС контроллера к компьютеру через этот флажок.
4. Подключение высокоскоростной камеры поле DAQ для триггера и сигнал синхронизации.
5. Установите камеру на базе нагрузка кадра, чтобы избежать относительное движение между камерой и образцов во время испытания, как кадр качает из-за воздействия.
6. Расположите камеру внимательно, чтобы убедиться, что его датчик изображения параллельно образца. Для уменьшения возможности искажения перспективы от вне плоскости движения используйте телецентрическим объективом (например, опто Инжиниринг 23-64with поле зрения 64 × 48 мм и рабочее расстояние 182 мм).
7. Во время установки камеры рассмотреть окончательный деформации образца и убедитесь, что поле зрения камеры охватывает образца на протяжении всего испытания.
8. Чтобы настроить соединения программного обеспечения на компьютере, выберите сеть и центр обмена из Панели управленияWindows. Затем щелкните подключение по локальной сети.
9. Выберите в окне Подключение по локальной сети свойства Протокол Интернета версии 4 (TCP/IPv6) и задайте IP-адрес.
10. Открытое программное обеспечение просмотра высокоскоростной обработки изображений и нажмите обнаружить, а затем сохраните настройки.
11. Нажмите на кнопку Камеры параметр и выберите вкладку ввода-вывода, чтобы задать внешние сигналы.
12. Чтобы задать частоту кадров и разрешение кадра, нажмите на кнопку переменная . Установить частоту камеры и скорость приобретения поле приобретение (DAQ) данных на тот же номер, как система сбора высокоскоростной передачи данных в рамках нагрузки сделать шаг анализа данных проще
13. Открытым высокая скорость DAQ в высокоскоростной обработки изображений просмотра и выберите необходимые каналы и образцы каждого кадра.
14. После установки камеры захватить несколько статических изображений и рассчитать штамм поля, используя обычные изображения корреляции.
    Примечание: Максимальное напряжение и перемещения, измеренная от этого шума этаже отмечены и качественного измерения качества изображения.

6. Запуск теста

1. В тест дизайн программного обеспечения, в верхнем меню следуйте Файл > Новый > тест > тест из шаблона. Затем в разделе Пользовательские шаблоны откройте Тест напряженности.
2. Выберите Новый тестовый запуск и введите допустимое имя файла (обычно имя купона без пробелов). Измените поля, при необходимости; затем нажмите кнопку ОК.
   1. Если включены тензодатчиков, не забудьте ввести Число каналов 4.
   2. Отправной точкой является обычно-125 мм. Это важно, потому что если это не правильный руководитель будет двигаться к этому значению, до начала теста возможно повреждение купон.
   3. Значения по умолчанию для Высокая скорость приобретения и Размер буфера являются 50 000 и 20 000 человек, соответственно. В зависимости от продолжительности теста и требуемое время резолюции (интервал времени между точками данных) Если необходимо измените эти цифры.
      Примечание: Параметры по умолчанию привести сохранение данных в течение всего 0,4 s.
   4. Для Рамп ставки выберите номинал желаемого головы скорость (например, 8000 мм/сек), затем нажмите кнопку ОК.
3. Появится ряд подсказок, напомнив чтобы проверить основные аппаратные раз, после чего будет начата тест, нажав на иконку запуска .
4. На консоли управления переключитесь в Режим выбрать Высокий уровень. Это активирует большой клапан для высокий уровень загрузки приложения. По умолчанию установлен клапан 1 (свет горит).
5. На экране компьютера показана последовательность шагов. Следуйте инструкциям.
6. На консоли управления угнетают и удерживайте переключатель Arm/заряда аккумулятора . Теперь система готова.
7. Огонь Пресс для выполнения теста.
8. Переключитесь в Режим выберите стандартный и нажмите вернуться, чтобы начать (зеленая кнопка) на консоли, чтобы вернуть голову обратно от торца (125 мм).
9. Перейдите к элементу управления крейцкопфа и вернуться к низким (черепаха значок).
10. Откройте корпус и вывезти образца. Найти файлы данных, хранящихся на компьютере
    C:\Datafiles\High скорость передачи данных (для высокая скорость передачи данных) и на C:\Datafiles\Low скорость передачи данных (для низкого уровня данных).

7. завершение процедуры

1. На контроллер прикладного программного обеспечения Включите HSM 1 Low (желтый) и затем Off (красный). Это будет закрыть коллектора и выключить насос.
2. В тест дизайн программного обеспечения, сохранить тестовый запуск, если требуется, следуя из верхнего меню Файл > Сохранить как и затем выберите тест. Закройте тест дизайн программного обеспечения.
3. Закройте приложение контроллера. Сохраните параметры перед закрытием программного обеспечения, при необходимости. Завершите работу компьютера.
4. Закройте клапан с гидроприводом (большой рычаг) и выключите питание консоли управления, снова с помощью кнопки питания на ИБП.

8. анализ данных

1. Экспорт необработанных данных из компьютера кадр нагрузки в постобработки программного обеспечения по выбору.
2. Расчет фактической нагрузки от индикацию Тензометрический датчик монтируется на секции датчика и сравнить его с raw загрузки данных с высокой скорости DAQ. Если звон в высокой скорости данных DAQ серьезна, используйте расчетной нагрузки от Тензометрический датчик в следующий шаги⁴.
3. Рассчитайте стресс в секции датчика, σ,_колеи, основанный на расчетной нагрузки, Pи сечением образец в разделе датчика, _{x - раздел}:
   
4. Получить нагрузку на разделе датчика от одного из следующих методов:
   1. Среднее напряжение в разделе датчика:
      1. Рассчитайте вкладка Секции удлинение, зная нагрузки, длина секции вкладки, образец в упругости и площадь поперечного сечения.
         Примечание: Если модуль упругости является функцией скорости деформации, итерационной процедуры (детали описаны в Справочник⁷) не требуется.
      2. Вычтите вкладка Секции Удлинение от всего образца удлинение (т.е. рамка головы водоизмещение) для получения колеи секции удлинение.
      3. Вычислите среднее напряжение в разделе колеи, основанный на удлинение раздел датчика и начальную длину.
   2. Местные штамм от DIC:
      1. Определить расположение на участке датчика, где не образца (т.е. надвое) и ограничить поле деформации локальной в близости секции провал.
      2. Измерьте и запишите нагрузку в локальной области с помощью DIC постобработки программного обеспечения выбора.
5. Нарисуйте кривую напряжение деформация, полученные на предыдущих шагах.

Результаты

Продолжительность динамического испытания обычно сопоставима с время, необходимое для волн стресс для поездки туда и обратно по всей длине поезда нагрузки (т.е. ручки, образец и загрузки) системы¹. Динамический тест является допустимым, если количество и а...

Обсуждение

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...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
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