Diese Studie verwendete das 3D-Vollfeldspannungsmesssystem DSE (Digital Scattering Correlation Method) in Kombination mit der hochpräzisen Materialprüfmaschine von Keller, um eine präzise quantifizierte Analyse der Vollfelddeformationsentwicklung von Materialien unter Kompressionslast zu ermöglichen. Durch die synchrone Erfassung von dreidimensionalen Spannungsverteilungsdaten im gesamten Feld während der Ladung zeigt das System, dass sich der gesamte Prozess des Materials von der elastischen Verformung bis zur plastischen Unterwerfung bis zur Zerstörung verändert, was ein hochauflösendes, kontaktloses quantifizierendes Mittel zur Bewertung der mechanischen Eigenschaften des Materials und zur Untersuchung der Ausfallmechanismen bietet.

Systemintegration und Testmethoden

1. Das Testsystem besteht aus:

Beladungsgeräte: Keil-Testmaschinen liefern eine präzise und stabile axiale Kompressionslast und erfassen Last-Verschiebungsdaten in Echtzeit.

Messsystem: Das 3D-Vollfeldspannungsmesssystem DSE umfasst eine hochauflösende Dual-Eye-Kamera, spezielle Spot-Projection-Lichtquelle und Bildverarbeitungssoftware. Die Probenoberfläche ist im Vorfeld mit einem kontraststarken Zufallsmuster vorbereitet.

Synchronisierungssteuerung: Die Synchronisierung der Testmaschine mit dem DSE-System durch Auslösesignale gewährleistet, dass die mechanischen Daten dem Spannungsbildrahmen entsprechen.

2. Testprozess:

Die fertigen Testteile werden in die Kompressionsvorrichtung der Keller Testmaschine montiert.

Das DSE-System kalibriert die Proben mit zwei Kameras und etabliert eine dreidimensionale Koordinatenkartenbeziehung.

Einrichten Sie den Testmaschinenladeprogramm (z. B. Verschiebungssteuerung oder Kraftsteuerung) und starten Sie die kontinuierliche Bilderfassung des DSE-Systems.

Komprimierungstests beginnen und das System synchronisiert die Aufzeichnung von Bildern von Lasten, Verschiebungen und Testoberflächensequenzen.

Nach Abschluss des Tests werden die Bildsequenzen mit der DSE-Software verarbeitet und die gesamte 3D-Verschiebung und das Spannungsfeld berechnet.

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Präzise quantitative Analyse der Transformationsevolution

1. Visualisierung der gesamten Transformation:

Verschiebungsfeld: Erfahren Sie den Verschiebungsvektor der Punkte der Probenoberfläche im dreidimensionalen Raum, um die gesamte Verzerrung, die lokale Biegung und andere Phänomene während des Kompressionsprozesses intuitiv anzuzeigen.

Beanspruchungsfeld: Die Berechnung umfasst das gesamte Feldverteilungsdiagramm einschließlich der Vertikalkompressionsspannung (εyy), der horizontalen Ausdehnungsspannung (εxx, εzz) und der Schnittspannung (εxy usw.), um die Beanspruchungslokalisierungsbereiche eindeutig darzustellen.

2. Quantifizierung der kritischen Verformungsphase:

Elastizitätsphase: Das Spannungsfeld ist gleichmäßig verteilt, die Makrospannung passt sehr gut mit den Versuchsmaschinenverschiebungsdaten überein, so dass das Elastizitätsmodul des Materials genau berechnet werden kann.

Unterwerfung und plastische Strömung: Bei einer lokalen Konzentration von Spannungsfeldern (z. B. "Schnittband" oder "Trommel"), erfasst das DSE-System genau die Ausgangsposition der Unterwerfung und die Entwicklung der plastischen Zone.

Zerstörungsphase: Verfolgen Sie in Echtzeit die Entstehung von Rissen, den Ausdehnungsweg und die Konzentration der umliegenden Spannungen, um den Zerstörungsmechanismus zu quantifizieren.

Datenvergleich und Verifikation:

Vergleichen Sie die lokalen Spannungen, die durch das DSE-System gemessen werden, mit den Daten des Testmaschinenstreckmessers oder der Spannungsschnitte, um ihre Genauigkeit zu überprüfen.

Analysieren Sie die Auswirkungen von geometrischen Ungleichmäßigkeiten oder Materialfehlern auf die Lokalisierung von Verformungen mit den gesamten Felddaten.

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III. Technische Vorteile

Hohe räumliche Auflösung: Überwinden Sie die Einschränkungen der herkömmlichen Punktmessung (Spannungsveränderung), erfassen Sie Spannungsinformationen von Datenpunkten auf Megapixelebene und erfassen Sie die lokale Spannungskonzentration ohne Verzicht.

Echte dreidimensionale Messung: In- und Out-of-plane-Verschiebungen können gleichzeitig gemessen werden, geeignet für Druckproben, die sich biegen oder neigen können.

Berührungslose Messung: Vermeiden Sie die Störung des Kontaktsensors in den Probenteilen (insbesondere bei flexiblen oder kleinen Probenteilen) und eignen sich für Umgebungen mit hohen Temperaturen und niedrigen Temperaturen.

4. Dynamische Evolutionsaufzeichnung: Vollständige Aufzeichnung des gesamten Verformungsprozesses und Unterstützung für eine retrospektive Analyse des Spannungszustands zu jedem Zeitpunkt.

5. Nahtlose Integration in die Keller Messgeräte: Sicherstellung einer strikten Synchronisierung der mechanischen Daten mit den optischen Messdaten für eine multidimensionale Analyse der Last-Spannung-Zeit-Korrelation.

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IV. Anwendungswert

Umkehrung von Materialparametren: Bereitstellung von hochpräzisen Eingaben zur Erkennung von Materialparametern auf der Grundlage von Gesamtfelddaten.

Untersuchung des Fehlermechanismus: Präzise Identifizierung der Ursprung der Schädigung und quantitative Analyse der Schädigungsentwicklung.

Validierung des Simulationsmodells: Bereitstellung detaillierter ganzfeldiger Deformationsdaten für numerische Simulationen wie die Finite Element Analyse (FEA) zur Validierung und Korrektur des Modells.

Prozess- und Strukturoptimierung: Bewertung der Leistungsschwäche eines Materials oder einer Struktur unter Kompressionsbelastung und Anleitung zur Optimierung des Designs.

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Schlussfolgerungen

Die Kombination des 3D-Vollfeldspannungsmesssystems von DSE mit der Keller-Testmaschine bildet eine präzise und effiziente Plattform für die Analyse von Materialkompressionsverformungen. Diese Technologie liefert nicht nur umfangreiche Beanspruchungsfeldinformationen, die weit über herkömmliche Methoden hinausgehen, sondern enthüllt auch die gesamte Evolution von Materialien von Veränderungen bis zu Zerstörungen dynamischer und quantitativer und bietet leistungsstarke Testinstrumente für Materialwissenschaften, mechanische Forschung und technische Anwendungen.