Name: crack monitoring in resonance fatigue testing of welded specimens using digital image correlation
Uploaded: 2019-09-29T15:00:00
Duration: 5 s
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도이치 포르충제마인샤프트(DFG, 독일 연구재단) EH 485/4-1의 자금 지원.

1. 견본 준비
주의: 용접 또는 가공 장비의 사용은 잠재적으로 위험할 수 있습니다. 작품은 자격을 갖춘 인력에 의해 제조 업체에서 제공하는 지침에 따라 실행되어야한다.
<ol><li>원하는 용접 형상(예: 엉덩이 용접, 세로 경직기, 필렛 용접)으로 시편을 준비합니다. 전체 시편 폭을 측정해야 하는 경우, 시편 크기는 고용된 카메라 시스템에 의해 촬영된 영역에 의해 제한될 수 있습니다. 여기에 제시된 시험에서, 서로 다른 두께의 두 플레이트 사이에 다층 K-엉덩이 용접을 포함하는 시편이사용되었다(도 1). 시편은 금속 활성 가스 용접을 사용하여 구조 용 강철 S355로 만들어졌습니다. 표본 준비에 대한 자세한 내용은 프리드리히와 엘러스21에서찾을 수 있습니다.</li>
	<li>필요한 경우 연삭하여 경쟁 균열 위치를 완화합니다. 플레이트의 반대쪽 또는 보강기의 다른 쪽 끝에 있는 용접 발가락일 수 있습니다. 여기서, 표면은 균열을 피하기 위해 부드럽고 날카로운 노치가 없을 때까지 접지되어야한다.</li>
	<li>세정 천과 클리너를 사용하여 용접 주변 의 시편 표면을 청소하십시오. 황동 와이어 브러시를 사용하여 용접 표면과 용접 발가락에서 모든 느슨한 재료를 조심스럽게 제거하십시오. 표면은 기름과 기름이 없어야합니다.</li>
	<li>흑백 스프레이 페인트의 번갈아 응용 프로그램을 사용하여 DIC에 대한 반점 패턴을 적용합니다. 스프레이를 표면에 직접 가리키지 말고 스프레이 미스트가 시편에 정착시키십시오. 연속 레이어가 필요하지 않습니다. 반점 크기는 0.1 mm의 크기로 가능한 한 미세해야 합니다(그림 2참조). 참고: 반사를 줄이기 위해 매트 페인트가 바람직합니다.</li>
</ol>2. 테스트 설정
주의: 기계식 또는 서보 유압 테스트 장비의 사용은 잠재적으로 위험할 수 있습니다. 신중하게 작동하고 제조업체에서 제공한 지침을 따르십시오.
<ol><li>DIC 카메라를 배치하여 테스트 기계에 배치된 시편에 대한 관심 영역을 캡처합니다. 정확한 설정은 고용 된 장비에 따라 달라집니다. 여기에 제시된 시험에서, 카메라는 시험기에서 수평으로 배열된 표본 위에 도달하는 비계에 장착되었다(그림3).</li>
	<li>측정된 영역이 초점에 있는지 확인하기 위해 카메라 목표의 초점을 세심하게 조정합니다. 고용 된 카메라에서 이것은 렌즈와 카메라센서 사이의 거리를 변경하기 위해 목표를 안팎으로 나사로 조여 서 수행됩니다.</li>
	<li>조명의 위치를 조정하여 조명을 최대화했습니다(여기서는 4개의 16와트 LED 조명이 사용되었으며, 이는 측정 영역의 균일한 조명을 허용하지만 다른 구성도 가능합니다). 금속 표면의 반사를 줄이려면 조명과 목표에 적절하게 설치된 편광 필터를 사용하는 것이 좋습니다.</li>
	<li>적절한 노출 시간을 선택합니다. 테스트 빈도에 따라 달라지며 한 번의 부하 주기 의 지속 시간(~1/35)의 작은 분수여야 합니다. 여기에 제시된 시험에서, 노출 시간은 34 Hz의 시험 주파수에 대한 0.8 ms였다.</li>
	<li>DIC 시스템을 보정합니다. 절차는 고용된 시스템에 따라 달라지며 특정 사용자 설명서에 설명되어야 합니다.</li>
	<li>선택한 노출 시간으로 사진을 찍습니다. apposite DIC 소프트웨어를 사용하여 균주를 계산합니다. 이미지 품질이 균주를 계산하기에 충분하고, 결과의 분산이 과도하지 않은지(언로드된 상태의 균주는 0에 가까워야 함) 결과가 전체 관심 영역을 포괄하는지 확인합니다. 이미지가 너무 어두울 경우 조명을 조정합니다. 초점이 집중깊이를 줄이더라도 목표에 대한 조리개를 열어야 할 수도 있습니다. 더 밝은 반점 패턴도 도움이 될 수 있습니다.</li>
	<li>테스트 기계의 힘 신호 출력을 연결하여 카메라를 트리거합니다. 특정 로드 사이클 간격으로 트리거를 설정할 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한 상용 DIC 시스템이 사용되었습니다. 이를 위해 하중 사이클은 특정 값을 교차하는 상승 하중 신호에 의해 계산됩니다. 지정된 로드 사이클 수에 도달하면 카메라가 트리거되고 계산이 다시 시작됩니다. 예시적인 트리거리스트는 보조 파일로 제공됩니다.</li>
	<li>테스트 실행을 수행하여 트리거 신호와 카메라 노출 사이의 지연을 확인합니다. 지연을 보정하기 위해 부하 신호의 피크 전에 트리거를 설정합니다. 트리거리스트를 사용하는 경우(단계 2.7 참조) 파라미터 값을 전압에서 필요한 부하 신호로 조정합니다. 표시된 테스트에서 카메라는 각각 최대 힘의 91%와 96%로 트리거되었습니다. 이러한 값은 예제로만 제공되며 항상 적합한 것은 아닙니다. 참고: 로드 피크에서 이미지를 정확하게 촬영할 필요는 없습니다. 그럼에도 불구하고 균열이 눈에 띄게되어야합니다.</li>
	<li>트리거를 로드 주기 간격으로 설정하여 예상 테스트 기간 동안의 총 이미지 수가 100-200(예:106개의 로드 사이클이 있는 테스트의 경우 10,000사이클마다)에 있도록 합니다. 트리거리스트(단계 2.7 참조)에서 루프 값을 원하는 로드 사이클 수로 조정합니다.</li>
</ol>3. 피로 테스트
주의: 기계식 또는 서보 유압 테스트 장비의 사용은 잠재적으로 위험할 수 있습니다. 신중하게 작동하고 제조업체에서 제공한 지침을 따르십시오.
<ol><li>시편을 시험기에 설치합니다.</li>
	<li>필요한 경우 로드하기 전에 DIC 이미지를 찍습니다. 균열 감지에는 필요하지 않지만 DIC를 사용하여 하중 중인 표면 변형률을 측정할 수 있습니다.</li>
	<li>첫 번째 로드 주기를 정적으로 적용합니다. 최대 부하에서 중지하고 DIC에 대한 몇 가지 이미지를 가져 가라. 하나의 이미지로충분해야 하지만 DIC 결과의 품질이 항상 최적이 아닐 수 있으므로 분석을 위해 선택할 수 있는 이미지가 몇 개 더 있어야 합니다. 이러한 이미지의 경우 노출 시간이 길어지면 적절하게 사용할 수 있습니다. 참고: 이 정적 로드 주기는 생략할 수 있지만 정적으로 획득한 이미지는 동적 테스트 중에 획득한 이미지보다 더 나은 품질일 수 있으므로 DIC 결과가 향상됩니다.</li>
	<li>부하 범위를 설정하고 순환 테스트를 시작합니다. 선택적으로 상위 하중이 유지되지만 하중 범위가 줄어지는 간격을 포함하여 해변 마크를 얻습니다. 여기에 표시된 예제에서는 40,000회 정규 주기마다 15,000사이클에 부하 범위의 절반이 적용되었습니다. 비치 마크는 제시 된 절차에 필요하지 않지만 검출 된 균열 길이를 검증 할 수있는 가능성을 제공합니다.</li>
	<li>정적 및 동적 부하를 지정하고 시편이 실패할 때까지 테스트를 실행합니다. 제시된 시험에서 0 kN의 정적 하중과 22.5 kN의 동적 진폭이 적용되었다. 각각 50 kN 정적 및 50 kN 동적 하중을 응력 완화 시편에 사용했습니다.</li>
</ol>4. 후처리
<ol><li>DIC를 평가하고 apposite 소프트웨어를 사용하여 시편의 축 축(로딩) 방향에서 변형률을 계산합니다. 균주의 자동 연산을 포함하는 상용 소프트웨어(재료 표참조)가 사용되었다. 균주의 계산에 대한 정보는 그레디악과 힐드22에서 찾을 수 있으며 현재 상업 및 오픈 소스 DIC 소프트웨어의 개요는 Belloni등에서 제공됩니다. 3.3단계에서 획득한 첫 번째 정적 로드 주기의 이미지를 참조 이미지로 사용합니다. 여기서, 19 x 19 픽셀(~0.32 x 0.32 mm)의 면 크기와 15 x 15 픽셀의 면 거리가 DIC 평가에 적용되었습니다.</li>
	<li>계산된 변형률의 플롯을 만들고 플롯의 범례를 상대적으로 높은 값(0.5%~1.0%)으로 설정합니다. 을 사용하여 가능한 노이즈를 억제합니다. 적용된 소프트웨어에 따라 변위 및 균주가 계산된 후 결과 섹션에서 이러한 플롯을 사용할 수 있습니다(4.1).</li>
	<li>테스트 기간 동안 획득한 이미지 시퀀스를 실행합니다. 형성 균열은 상승 된 균주의 관점에서 볼 수 있게될 것이다. 균주가 1%를 초과하면 거시적 균열이 발생할 수 있습니다.</li>
	<li>다른 테스트 결과를 비교하려면 균열이 지정된 길이에 도달하는 시기를 결정하는 것이 흥미로길 수 있습니다. ~ 2mm의 균열 길이는 기술적 또는 거시적 균열로 간주되었다.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Belloni, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+image+correlation+from+commercial+to+FOS+software:+a+mature+technique+for+full-field+displacement+measurements.">Digital image correlation from commercial to FOS software: a mature technique for full-field displacement measurements.</a> The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. XLII-2, 91-95 (2018).</li><li>Shrama, K., Clarke, A., Pullin, R., Evans, S. 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저자는 공개 할 것이 없다.

제시된 절차는 DIC를 사용하여 시험을 중단하지 않고 공진 테스트 기계에서 테스트한 용접 된 시편에서 피로 균열을 감지하고 모니터링하는 것으로 구성됩니다. 응용 프로그램의 주요 과제는 공진 테스트 기계의 높은 부하 주파수입니다. DIC 테스트를 위한 이미지 수집을 위해서는 상대적으로 짧은 노출 시간과 높은 조명이 필요합니다. 따라서 조명을 최대화해야 합니다. 반면에 금속 표면의 반사는 카메라에 들어오는 빛의 양을 줄이는 편광 필터의 사용을 요구할 수 있습니다. 빛을 더 잘 사용할 수 있도록 목표의 조리개가 확대될 수 있습니다. 이렇게 하면 초점 깊이가 줄어듭니다. 따라서 시편 표면의 거리에 초점을 정확하게 설정하고 시편의 평면 이동이 초점 범위를 초과해서는 안됩니다. 카메라와 조명을 설치하려면 특별한 주의가 필요합니다.
그럼에도 불구하고 DIC에 의해 계산된 균주는 매우 정확하지 않을 수있습니다(그림 6). 계산된 균주는 높은 노이즈를 나타낼 수 있습니다. DIC에 사용되는 일부 패싯에서는 반점 패턴이 인식되지 않을 수 있으며 균주가 계산되지 않습니다. 그러나 제안 된 절차는 DIC 결과의 품질과 관련하여 견고한 것으로 입증되었습니다. 결과가 용접의 균주를 정확하게 결정하기에 충분하지 않더라도 균열을 감지할 수 있어야 합니다.
여기에 제시 된 엉덩이 용접은 다른 용접 형상에 비해 상대적으로 부드러운 용접 발가락을 가지고있다. 균열은 날카로운 노치와 따라서 높은 응력 농도와 용접 발가락을 따라 결함에서 시작 될 가능성이 높습니다. 안타깝게도 계산에 사용되는 면이 인식되지 않을 수 있으므로 이러한 정확한 위치에서 DIC에 의한 균주를 평가하는 것이 불가능할 수 있습니다. 예를 들어, 그림 5는 시편의 왼쪽에 균열이 들어서고, +25 mm 수평/-5mm 수직에서 패싯이 누락된 것을 나타낸다. 그러나 실시예에 도시된 바와 같이, 일부 패싯이 평가되지 않더라도 균열이 시작되고 증가하기 시작하는 시기를 결정하는 것은 여전히 가능하다. 가파른 각도와 날카로운 노치 (예 : 세로 경직기, 필렛 용접)를 가진 용접의 경우 용접 표면에 각도를 높이기 위해 카메라를 ~15 ° 기울이는 것이 도움이 될 수 있습니다. 제안 된 절차는 세로 경직제에도 적용되었습니다. 용접 발가락에서 비교적 날카로운 노치에도 불구하고 균열 개시를 안정적으로 검출할 수 있었습니다.
거시적 균열은 1 % 이상의 균주에 도달하면 가정됩니다. Kovárík 등20에의한 연구에서, DIC는 열 분무 코팅, 노치가없는 표본에 균열을 검출하기 위해 적용되었다. 크랙 검출에 대한 임계값은 결과에 크게 영향을 미치지 않고 0.5% 및 1% 범위로 설정될 수 있다고 명시되었다. 이러한 값은 해변 마크와의 비교에 의해 확인됩니다(그림4 및 그림 5). 값이 낮을수록 균열 감지가 일찍 시작되지만 불확실성에 취약하고 비교 가능한 결과가 적을 수 있습니다. 값이 높을수록 나중에 균열 이유도 발생하지만 결과는 더 비슷하고 재현 가능할 것입니다.
첫 번째 로드 주기를 정적으로 적용(3.3단계)하면 많은 테스트를 수행할 때 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. 용접 토(노치)에서 플라스틱 변형이 발생하지 않으면 스트레인 계산을 위한 기준으로 사용되는 언로드 조건(3.2단계)도 생략될 수 있습니다. 그렇지 않으면 동적 테스트 시작 시 획득한 이미지 중 하나를 이미지 품질이 적절한 경우 사용할 수 있습니다(그림 6참조).
소수의 표본만 테스트하는 경우 설치 시간을 과소평가해서는 안 됩니다. 카메라를 정확하게 설치하고 설정하고 교정을 수행하여 DIC 평가에 적합한 이미지를 얻으려면 약간의 시간과 반복 루프가 필요할 수 있습니다.
반면, 시편 준비는 빠르고 저렴합니다. 표본은 얼룩패터를 적용하기 위해 색상으로 세척하고 분무할 필요가 있습니다. 이것은 적은 비용으로 제공되며 제안 된 DIC 기반 절차가 실용적입니다, 특히 많은 수의 표본을 테스트 할 경우.
특히 하룻밤 사이에 실행되는 대규모 표본 또는 테스트의 경우 카메라가 자동으로 트리거되고 테스트를 중단할 필요가 없다는 이점이 있습니다.
DIC 절차의 제한은 광학 적 방법으로 표면 균열에 제한된다는 것입니다. 또한 시편이 테스트 기계에 장착된 동안 카메라가 모니터링할 영역을 표시해야 합니다.
제시된 절차는 주로 기술적 균열의 시작을 검출하기 위해 사용되었다. 그러나 입증된 바와 같이, 또한 균열 성장의 평가(예를 들어, 균열 전파 속도를 결정하는 것)를 허용한다. 결과는 표면에 표시되는 길이가 됩니다. 그러나 균열 전면 곡률은 감지할 수 없습니다.
이 절차는 비교적 복잡한 표면 토폴로지의 적용 가능성을 입증했습니다. 기하학적 노치가 없기 때문에 DIC 측정을 용이하게 해야 하므로 용접되지 않은 시편에도 적용되어야 합니다. 유사한 절차는 Kovárík 외.20 에 노치가 없는 견본에 적용되었습니다.
또한 서보 유압 테스트 기계의 피로 테스트에도 이 절차를 적용할 수 있습니다. 여기서, 시험 빈도는 공진 시험기보다 낮을 것이다. 따라서 카메라의 노출 시간이 길어질 수 있으므로 카메라 설정이 용이할 수 있습니다.
결론적으로, 제시 된 절차는 피로 테스트에서 균열의 개발을 연구하는 간단한 방법을 제공합니다. 이를 통해 기술적 균열을 감지하고 균열 전파를 모니터링할 수 있습니다(예: 피로 테스트에서 균열 전파 속도를 결정). 결과의 예시적 특성은 해석과 평가를 용이하게합니다. 이 기술은 테스트를 중단하지 않고 높은 하중 주파수를 가진 공진 테스트 기계에 적용 할 수 있습니다. 측정은 완전히 자동화되어 있으므로 지속적인 감독이 필요하지 않습니다. 그것은 관심있는 지역에서 상대적으로 복잡한 형상을 제시 용접 시편에 적용 할 수 있습니다. 소규모 시편에서는 시편의 전체 폭을 커버할 수 있습니다. 또한, 절차는 기존의 방법에 대한 실용적인 대안만들기, 간단한 설정 및 기본 사후 처리에 의해 특징입니다.

용접은 특히 피로 손상이 발생하기 쉽습니다. 피로 특성은 일반적으로 효율적으로 테스트할 수 있는 소규모 시편에서 결정됩니다. 테스트 중에 순환 하중이 적용됩니다. 결국 균열이 시작되고 거시적 크기로 증가합니다. 균열은 그 때 증가하고 견본을 통해 전파됩니다. 시험은 일반적으로 표본이 완전히 실패할 때까지 실행됩니다. 테스트 결과는 적용된 하중에 대한 실패까지의 부하 주기 수입니다. 이 최종 실패는 일반적으로 명백합니다. 다른 한편으로는, 균열 개시를 결정하는 것이 더 복잡하다. 그러나 시편 두께에 균일하지 않거나 균열 개시에 특히 영향을 미치는 매개 변수(예: 잔류 응력 또는 용접 후 처리)에 대한 조사에 관심이 있을 수 있습니다.
피로 테스트 중 균열을 감지하기 위한 다양한 방법이 있습니다. 가장 간단한 것은 육안으로 검사, 염료 침투 테스트 또는 스트레인 게이지 의 적용입니다. 더 정교한 방법은 열모학, 초음파, 또는 에디 전류 시험을 포함합니다. 균열 전파는 apposite 스트레인 게이지, 음향 방출 또는 잠재적 인 낙하 방법을 사용하여 결정 될 수있다.
제안된 절차는 디지털 이미지 상관 관계(DIC)를 사용하여 시편에 표면 균주를 시각화합니다. 그것은 피로 테스트 중 거시적 균열의 형성을 감지 할 수 있습니다. 또한 테스트 기간 동안 균열 전파를 모니터링할 수 있습니다. DIC의 경우, 불규칙한 패턴이 시편 표면에 적용되고 카메라에 의해 모니터링됩니다. 하중 하의 패턴의 왜곡에서 표면 변형이 계산됩니다. 상승된 균주가 정의된 임계값(> 1%)을 초과할 때 균열이 나타납니다. 따라서 볼 수 있습니다.
DIC는 컴퓨팅 기술의 발전과 함께 산업 및 연구 애플리케이션에서 점점 더 인기를 끌고 있습니다. 여러 상용 측정 소프트웨어 시스템뿐만 아니라 오픈 소스 소프트웨어를 사용할 수 있습니다1. 제안 된 절차는 기계 및 토목 공학의 연구 시설의 증가에서 이미 사용할 수있는 기술의 또 다른 사용을 제공합니다.
육안 검사 또는 염료 침투 테스트와 비교하여 제안된 절차는 작업자의 경험과 용접 발가락의 로컬 지오메트리에 따라 달라지는 주관적인 지각을 기반으로 하지 않습니다. 높은 배율이 있더라도, 특히 정확한 위치가 사전에 알려지지 않은 경우, 초기 단계(즉, 균열 개시)에서 균열을 감지하는 것이 어려울 수 있습니다. 또한 DIC를 사용하면 결과가 저장되므로 재현 가능하고 비교할 수 있는 반면 육안 검사는 순간적으로만 가능합니다.
전체 필드 측정을 사용하여 절차는 시편의 전체 폭 또는 용접 길이를 모니터링 할 수 있습니다. 스트레인 게이지를 사용하면 측정이 국한되어 있으므로 시편 너비에 여러 게이지를 적용해야 합니다. 스트레인 게이지 신호의 변화는 크랙을 기준으로 한 거리와 위치에 따라 달라집니다. 결과는 균열이 두 게이지 사이에 시작하거나 하나 앞에 우연히 시작 여부에 따라 달라집니다.
DIC의 또 다른 장점은 시각적이며 균열의 설명 이미지를 제공한다는 것입니다. 균열 증가를 위해 균열 감지 또는 음향 방출을 위한 스트레인 게이지를 사용하여 균열 길이 자체는 모니터링되지 않지만 측정된 스트레인 또는 음향 신호의 변화에 의해 각각 결정됩니다. 예를 들어, Shrama등에서 2 DIC는 음향 방출 신호의 이해와 해석을 허용했다. 다른 영향을 미치는 요인이나 간섭 신호는 측정된 신호에 영향을 미침되어 불확실성을 초래하고 결과를 신중하게 해석해야 합니다.
피로 테스트의 균열을 모니터링하기 위한 DIC의 다양한 응용 이 보고되었습니다. 많은 경우에 DIC는 균열 팁3,4,5에서 변형 필드를 평가하고 응력 강도 인자6,7,8을 결정하거나 현미경의 피로 손상을 감지하는 데 사용됩니다. 규모9,10. 이러한 경우, 현미경 이미지는 몇 밀리미터의 범위에서 관심 영역을 조사하는 데 사용됩니다. 테스트된 시편은 밀리미터 범위의 치수를 가진 가공된 기재로 구성됩니다. 더 큰 측정 영역은 Tavares 등11에 의해 스트레스 강도 요인을 결정하기 위해, Shrama et al.2에 의해 음향 방출 신호를 연구하고, 하슈미네자드외 12에 의해 아스팔트 콘크리트의 균열을 조사하도록 기록되었습니다. Poncelet등. 13은 특정 수의 부하 사이클에 대한 상대 변형 증분에 기초하여 균열 개시를 검출하기 위해 DIC를 적용하였다. 시험은 가공된 표면을 가진 견본에 수행되었습니다. 용접된14,15 또는 납땜 된 시편(16)은 피로 시험 동안 균주의 발달을 기록하기 위해 DIC를 사용하여 연구되었다. 시편은 측면에서 관찰되어 시편의 가장자리에서 깊이 방향으로 균열이 개발되는 것을 보여 주어 졌습니다.
앞서 언급한 모든 실험은 몇 헤르츠(&15 Hz)의 부하 주파수를 가진 서보 유압 테스트 기계에서 수행되었습니다. 일반적으로 DIC에 대한 이미지를 기록하기 위해 테스트가 중단되었습니다. Vanlanduit 등17은 실행 중인 테스트 중에 이미지를 가져와 다양한 테스트 및 이미지 기록 주파수를 보정하기 위해 알고리즘을 적용했습니다. Lorenzino 등18 공진 테스트 기계에 테스트를 수행하고 현미경 카메라로 DIC 이미지를 캡처했습니다. Kovárík 등.19,20 중단없이 100 Hz의 주파수와 공진 테스트 기계에 테스트를 수행, 여기에 제시 된 것과 매우 유사한 절차를 사용하여. 시험은 굽힘 하중 하에서 평평한 코팅 된 표본에서 수행되었습니다. 단일 카메라와 트리거플래시를 사용하여 ~20 x 15 mm 의 영역의 이미지를 캡처했습니다.
이 백서에 제시된 절차는 노치를 제시하는 용접 된 표본에 적용되어 응력 농도가 됩니다. 두 대의 카메라가 있는 3D DIC 시스템이 사용되어 시편의 평면 변위를 고려할 수 있습니다. 조명이 일정한 동안 카메라가 트리거됩니다. 균열 감지는 55 x 40 mm 영역에서 측정된 스트레인 필드를 기반으로 합니다.
이 절차는 피로 테스트에서 균열을 감지하는 강력하고 유사한 방법을 제공합니다. 또한, 크랙 전파의 기록을 제공한다. 그것은 높은 하중 주파수와 공진 테스트 기계에 적용 할 수 있습니다. 측정을 위해 테스트를 중단할 필요가 없으며 테스트 중에 작업자가 있을 필요가 없습니다. 따라서 이 절차는 많은 수의 테스트에 효율적으로 적용하여 균열 개시 및 전파에 대한 정보를 검색할 수 있습니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>ARAMIS 5M</td>
			<td>gom</td>
			<td></td>
			<td>DIC system including two 5 megapixel cameras and control unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ARAMIS</td>
			<td>gom</td>
			<td>v6.3.1-2</td>
			<td>DIC software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calibration object</td>
			<td>gom</td>
			<td>CP 20</td>
			<td>MV 30 x 24 mm2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera objectives, 50 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Titanar 2.8 / 50</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydraulic Wedge Grip</td>
			<td>MTS</td>
			<td>647.25A02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydraulic Grip Supply</td>
			<td>MTS</td>
			<td>685.10</td>
			<td>10,000 Psi</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED lights</td>
			<td>Diana LEDscale</td>
			<td>KSP0495-0001A</td>
			<td>4 x 16 W LED lights</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polarization filters</td>
			<td>Schneider-Kreuznach</td>
			<td></td>
			<td>52,0 AUF (2 x for cameras)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polarization filters</td>
			<td>Schneider-Kreuznach</td>
			<td></td>
			<td>67,0 AUF (4 x for lights)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resonance testing machine</td>
			<td>Schenck</td>
			<td></td>
			<td>200 kN resonance testing machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resonance testing machine control unit</td>
			<td>Rumul</td>
			<td>v 2.5.3</td>
			<td>Resonance testing machine control unit and software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spray paint</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Black and white spray paint, matt</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

crack monitoring in resonance fatigue testing of welded specimens using digital image correlation

공진 테스트 기계의 피로 테스트 중에 용접된 시편에 대한 균열을 감지하기 위해 디지털 이미지 상관 관계(DIC)를 사용하는 절차가 제공됩니다. 초기 단계에서 거시적 균열을 식별하고 피로 테스트 중 균열 전파를 모니터링하는 실용적이고 재현 가능한 절차로 사용됩니다. DIC를 사용하여 용접시 변형 필드 측정으로 구성됩니다. 이미지는 고정 된 부하 주기 간격으로 촬영됩니다. 균열은 계산된 변형률 필드에서 상승된 변형률로 표시됩니다. 이렇게 하면 소규모 시편의 전체 폭을 모니터링하여 균열이 시작되는 위치와 시기를 감지할 수 있습니다. 이어서, 크랙 길이의 발달을 모니터링할 수 있다. 결과 이미지가 저장되므로 결과를 검증할 수 있고 비교할 수 있습니다. 절차는 표면에 개시 균열로 제한되며 실험실 조건하에서 피로 테스트를 위한 것입니다. 균열을 시각화함으로써 제시 된 절차는 시편의 파열까지 형성에서 거시 균열을 직접 관찰 할 수 있습니다.

균열을 검출하고 균열 전파를 모니터링하기 위해 시편의 로딩 방향으로 변형균주를 플롯하였다. 균열은 상승 된 균주 (> 1 %)의 관점에서 볼 수되었다.
두 가지 피로 테스트에서 얻은 결과가 제시됩니다. 테스트는 서로 다른 하중 및 부하 비에서 수행되었습니다. 결과는 두 테스트 간의 직접 비교를 위한 것이 아니라 이러한 테스트의 일반적인 결과를 나타내고 제시된 절차의 기능을 보여 줍니다.
용접 된 조건에서 시편에 균열의 개발은 그림 4에도시되어 있습니다. 시편에는 냉각 중 용접 수축으로 인한 잔류 응력이 포함되어 있습니다. 이들은 X선 회절 및 홀 드릴링에 의해 측정되었고 용접시뮬레이션(21)에의해 계산되었다. 시편 중간에 인장 잔류 응력으로 인해 균열이 중심선에서 시작됩니다. 첫째, 변형은 형성 균열의 위치에서 증가하기 시작했다. 2 mm의 길이에 걸쳐 균주가 1 %를 초과 할 때 기술적 균열이 가정되었다 (N = 755,000). 균열은 다음 양쪽에 대칭으로 전파. 검출된 크랙 길이는 시험 중에 생성된 비치 마크와 비교하여 양호한 합의를 보였다. DIC 결과의 비디오는 해변 마크의 형성 중에 균열 전파가 느려지는 방법을 보여줍니다.
응력 완화 시편에 대한 균열의 발달은 그림 5에나와있습니다. 균열 개시는 잔류 응력의 영향을 받지 않았습니다. 용접을 따라 서로 다른 위치에 형성된 여러 균열. 574,000사이클 후에 2mm의 균열이 감지되었습니다. 그런 다음 하나의 균열이 성장하고 결국 통일. 검출된 균열 길이는 다시 해변 마크와 비교되었다.
해변 마크의 생성은 DIC 기술을 사용하여 검출 된 균열 길이를 검증 할 수있는 좋은 가능성을 제공합니다. 더욱이, 균열의 깊이와 시편 표면에서 측정된 길이의 상관관계를 지정할 수 있는 가능성을 제공한다. 균열의 초기 단계에서, 표면에 가까운, 명확하게 볼 수있는 해변 마크를 얻기 위해 어려울 수 있습니다. 여기서, 결과는 DIC 접근법의 이점을 보여주었다.
도 4 및 도 5에 제시된 바와 같이 절차의 결과는 용접에서 균열의 발달을 보여주는 일련의 이미지(또는 비디오)이다. 이러한 이미지에서, 기원과 균열의 수를 결정할 수있다. 또한 균열이 특정 길이에 도달한 시기를 확인하는 데 사용할 수 있습니다. 길이 2mm의 균열은 거시적 또는 기술적인 것으로 간주되었다. 이 균열 길이는 이미지에서 안정적으로 검색될 수 있으며 이 연구에서는 일련의 테스트 결과를 비교하는 데 사용되었습니다. 또한 엔지니어링 관점에서 볼 때 이 균열 길이는 사용 가능한 검사 기술을 사용하여 서비스에서 감지할 수 있습니다. 생성된 이미지로부터 크랙 길이를 측정하고 이를 부하 사이클수와 상관시킴으로써, 크랙 성장 곡선을 플롯하거나 균열 성장 속도를 결정할 수도 있다. 이들은 균열 전파의 골절 기계적 계산에 관심이있을 수 있습니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60390/60390fig1.jpg"> 그림 1: 피로 테스트에 사용되는 다층 K-엉덩이 용접 시편. 밀리미터 의 치수. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60390/60390fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60390/60390fig2.jpg"> 그림 2: 용접 시 디지털 이미지 상관 관계에 대한 반점 패턴입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60390/60390fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60390/60390fig3.jpg"> 그림 3: 표본 위에 설치된 스캐폴드 구조에 의해 지지되는 DIC 카메라 및 조명으로 테스트 설정합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60390/60390fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60390/60390fig4.jpg"> 그림 4: 용접 된 조건에서 시편에 대한 해변 마크와의 균열 및 비교의 발달을 보여주는 하중 방향 (수직)의 백분율 변형. N = 부하 주기 수입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60390/60390fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60390/60390fig5.jpg"> 그림 5: 하중 방향(수직)의 백분율 변형으로 응력 완화 시편에 대한 균열 및 해변 마크와의 비교를 보여줍니다. N = 부하 주기 수입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60390/60390fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60390/60390fig6.jpg"> 그림 6: 첫 번째 정적 하중 사이클(N = 1)의 최대 하중및 다양한 부하 사이클에서 피로 테스트의 시작 부분에서 하중 방향의 백분율 변형률입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60390/60390fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
추가 파일 1: 트리거 목록입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60390/triggerlist.txt" target="_blank">이 파일을 보려면 여기를 클릭하십시오 (다운로드 오른쪽 버튼을 클릭하십시오).</a>

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Crack Monitoring in Resonance Fatigue Testing of Welded Specimens Using Digital Image Correlation

디지털 이미지 상관 관계는 공진 테스트 기계의 피로 테스트에 사용되어 거시적 균열을 감지하고 용접 된 표본의 균열 전파를 모니터링합니다. 시편 표면의 균열은 증가 된 균주로 볼 수 있게됩니다.

디지털 이미지 상관 관계를 사용하여 용접된 시편의 공진 피로 테스트에서 균열 모니터링

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It ...

용접 된 세부 사항의 피로 특성은 일반적으로 효율적으로 테스트 할 수있는 작은 규모의 표본에서 결정됩니다. 테스트는 순환 부하를 적용하는 것으로 구성됩니다. 결국 현미경 균열이 시작됩니다.균열은 다음 성장하고 표본을 통해 전파됩니다. 시험은 표본이 사라질 때까지 실행됩니다. 테스트 결과는 파이프 부하 수준에 대한 실패까지 부하 주기의 수입니다.실패의이 발견은 일반적으로 매우 분명하지만, 균열 개시를 어떻게 결정할 수 있습니까? 디지털 이미지 상관 관계를 사용하는 실험적인 접근 방식은 다음과 같은 것으로 표시됩니다. 다음 테스트에 사용된 시편에는 10mm와 25mm 플레이트 사이의 다층이 포함되어 있습니다.표본은 355에서 구조 강철로 만들어집니다. 피로 하중 균열은 10mm 플레이트의 용접 구멍에서 형성될 것으로 예상됩니다. 디지털 이미지 상관관계의 경우 시편 표면에 반점 패턴이 적용됩니다.용접 및 주변 지역이 먼지 나 오일의 청소 된 후, 패턴은 스프레이 페인트를 사용하여 적용됩니다. 반점은 흰색과 검은 색 페인트의 층을 번갈아 가며 얻을 수 있습니다. 노즐은 시편으로부터 어느 정도 떨어져 있어 스프레이가 페인트의 가까운 층이 아닌 미세한 반점을 형성합니다.반점은 0.1mm의 크기에서 가능한 한 잘해야합니다. 테스트는 200킬로 뉴턴 공진 테스트 기계에서 실행됩니다. 이 설정에서 디지털 이미지 상관 관계에 대한 카메라는 표본 위에 배치됩니다.카메라 렌즈의 초점과 조리개를 올바르게 설정하는 것이 중요합니다. 짧은 노출 시간을 허용하려면 충분한 조명을 제공해야 합니다. 4개의 LED 조명이 시편 가까이에 위치했다.반사를 줄이기 위해 조명과 카메라에 편광 필터가 적용되었습니다. 테스트는 34Hz의 로딩 주파수에서 실행되며 각 로드 주기에 대해 약 29밀리초의 기간이 발생합니다. 카메라의 노출 시간은 이 부하 기간의 충분히 작은 부분이어야 합니다.사용된 설정의 경우 0.8 밀리초의 노출 시간이 적합하다는 것이 입증되었습니다. 카메라는 테스트 기계의 힘 신호에 의해 트리거됩니다. 트리거 신호와 실제 이미지 수집 사이의 지연을 보정하려면 로드 신호의 피크 전에 트리거를 다소 설정해야 할 수 있습니다.첫 번째 로드 주기가 정적으로 적용됩니다. 최대 하중에서 용접의 이미지가 촬영됩니다. 그런 다음 순환 적재에 대한 실제 피로 테스트가 시작됩니다.이미지는 테스트를 중단하지 않고 테스트 기계의 힘 신호에 의해 트리거된 로드 주기의 미리 정의된 간격으로 촬영됩니다. 테스트 기간 동안 약 100~200개의 이미지를 얻으려면 간격을 선택해야 합니다. 과도한 데이터 수집을 피하면서 필요한 정확도로 균열 개시를 결정하기에 충분해야 합니다.해변 마크의 생성은 선택 사항입니다. 디지털 이미지 상관 관계에 의해 감지된 균열 길이를 확인하기 위해 여기에 적용됩니다. 기간은 부하 범위가 줄어들고 피로 테스트 기간 동안 주기적으로 도입됩니다.이러한 간격 동안 감소 된 균열 전파는 테스트를 완료 한 후 균열 표면에 반분적 마크의 관점에서 볼 수 있게된다. 테스트 후 디지털 이미지 상관 관계는 시편의 적재 방향으로 균주를 계산하도록 평가됩니다. 정확한 절차는 적용된 소프트웨어에 따라 달라집니다.첫 번째 정적 로드 주기에서 이미지를 계산하는 것은 참조로 사용되며, 연속된 이미지에 대해 계산된 모든 균주는 상대적입니다. 제어 플롯의 범위는 가능한 소음및 증거 균열 형성을 억제하기 위해 적응된다. 그런 다음 테스트 기간 동안 획득한 이미지를 실행합니다.결국 용접 구멍의 변형이 증가하기 시작하여 또 다른 균열이 형성되고 있음을 나타냅니다. 기술적 또는 현미경 균열 개시, 추정 된 제약 조건 초과 하는 동안 1% 2 mm의 길이의. 용접 된 상태에서이 시편에는 시편 중간에 인장 잔류 응력과 가장자리에 압축 이있는 응력이 포함되어 있습니다.따라서 균열은 시편의 중심선 에 가깝게 시작될 것으로 예상된다. 이 시점에서 현미경 균열이 형성되었습니다. 관찰된 균열 길이의 유효성을 검사하기 위해 테스트 중에 생성된 해변 마크와 결과를 비교합니다.균열 성장은 해변 마크의 형성 하는 동안 눈에 띄게 둔화. 이 표본은 용접 후 스트레스가 완화되었습니다. 따라서 균열 개시는 잔류 응력의 영향을 받지 않습니다.용접을 따라 다른 위치에 여러 균열이 형성되었습니다. 그들은 해변 자국에 의해 표시로 성장하고 결국 통일. 디지털 이미지 상관 관계를 사용하여 제시된 프로시저는 피로 테스트 중에 기술적 균열 개시 및 모니터링 및 균열 전파를 가능하게 합니다.실행 중인 테스트를 중단하지 않고 부하 주파수가 높은 공진 테스트 컴퓨터에 적용됩니다. 용접 된 시편에 채택되어 시편의 전체 폭을 커버하여 용접 구멍에서 시공하는 균열을 감지 할 수 있습니다.

Research

JoVE Journal

Engineering

Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

소프트 재료 역학의 연구에서 디지털 프로젝터와 응용 프로그램을 사용하여 마이크로 3D 인쇄

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

연구

공학

Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

단일 랩 전단 시험을 통해 용접 조인트의 기계적 특성에 대한 열가소성 복합 쿠폰의 초음파 용접

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

레이저 조사 형 광열 열 분석을 이용한 구조 가열에 의한 지층 결함 국산화

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

에 대한 소설 방법<em&gt; 현장에서</em&gt; 나노 크기 시편의 전자 기계적 특성 분석

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

Resonance Fluorescence of an InGaAs Quantum Dot in a Planar Cavity Using Orthogonal Excitation and Detection

직교 여기 및 탐지를 사용 하 여 평면 캐비티에 InGaAs 양자 점의 공명 형광

The ability to perform simultaneous resonant excitation and fluorescence detection is important for quantum optical measurements of quantum dots (QDs). ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

Full-field Strain Measurements for Microstructurally Small Fatigue Crack Propagation Using Digital Image Correlation Method

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the ...

Intermediate Strain Rate Material Characterization with Digital Image Correlation

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common ...

Micromechanical Tension Testing of Additively Manufactured 17-4 PH Stainless Steel Specimens

This study presents a methodology for the rapid fabrication and micro-tensile testing of additively manufactured (AM) 17-4PH stainless steels by combining ...

In vitro Assessment of Aortic Regurgitation Using Four-Dimensional Flow Magnetic Resonance Imaging

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시험관내 사차원 유동 자기 공명 영상을 이용한 대동맥 역류 평가

Aortic regurgitation (AR) refers to backward blood flow from the aorta into the left ventricle (LV) during ventricular diastole. The regurgitant jet ...