Este estudo usou o sistema de medição de tensão de campo completo tridimensional DSE (Digital Dispersion Correlation Method) em combinação com a máquina de teste de materiais de alta precisão Keller Measurement Control para realizar uma análise quantitativa precisa da evolução da deformação de campo completo do material sob carga de compressão. Através da coleta sincronizada de dados de distribuição de tensão tridimensional em todo o campo durante o processo de carga, o sistema revela as leis de evolução de todo o processo do material, desde a deformação elástica até a submissão plástica até a destruição, fornecendo um meio quantitativo de alta resolução e sem contato para a avaliação das propriedades mecânicas do material e o estudo do mecanismo de falha.

Integração de sistemas e métodos de teste

1. Composição do sistema de ensaio:

Equipamento de carregamento: Máquinas de teste de controle da Kyle que fornecem uma carga de compressão axial precisa e estável e registram dados de carga-deslocamento em tempo real.

Sistema de medição: Sistema de medição de tensão de campo completo 3D DSE, incluindo câmeras biópticas de alta resolução, fontes de luz de projeção de manchas dispersas específicas e software de processamento de imagem. A superfície do ensaio é pré-preparada para padrões aleatórios de dispersão de alto contraste.

Controle de sincronização: sincroniza a máquina de teste com o sistema DSE através de sinais de acionamento para garantir que os dados mecânicos correspondam ao quadro de imagem de tensão.

2. Processo de teste:

Instale a peça preparada no dispositivo de compressão da máquina de teste de controle da Kell.

O sistema DSE calibra as peças de ensaio com duas câmeras para estabelecer uma relação de mapeamento de coordenadas tridimensional.

Configure o programa de carregamento da máquina de teste, como o controle de deslocamento ou o controle de força, e inicie a coleta de imagem contínua do sistema DSE.

Inicie o teste de compressão e o sistema sincroniza o registro de imagens de sequência de carga, deslocamento e superfície do ensaio.

Após o teste, a sequência de imagens foi processada pelo software DSE para calcular o deslocamento tridimensional e o campo de tensão em todo o campo.

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Análise quantitativa precisa da evolução da deformação

Visualização de toda a deformação:

Campo de deslocamento: obtenha o vetor de deslocamento de todos os pontos da superfície da peça no espaço tridimensional para visualizar visualmente a deformação geral, a flexão local e outros fenômenos durante o processo de compressão.

Campo de tensão: o cálculo inclui um mapa de nuvem de distribuição de campo completo, incluindo tensões de compressão vertical (εyy), tensões de expansão horizontal (εxx, εzz) e tensões de corte (εxy, etc.), para apresentar claramente as áreas de localização da tensão.

Quantificação das principais fases de deformação:

Fase elástica: o campo de tensão é distribuído uniformemente, a tensão macro e os dados de deslocamento da máquina de teste são altamente compatíveis, o módulo de elasticidade do material pode ser calculado com precisão.

Renúncia e fluxo plástico: quando os campos de tensão se concentram parcialmente (por exemplo, na área de "corte" ou "tambor"), o sistema DSE captura com precisão a posição do ponto inicial de redução e a evolução da zona plástica.

Fase de destruição: rastreie em tempo real a origem da rachadura, o caminho de expansão e a concentração da tensão circundante, para quantificar e analisar o mecanismo de destruição.

Comparação e verificação de dados:

Verifique a precisão comparando as tensões locais medidas pelo sistema DSE com os dados do extensômetro ou da variável da máquina de teste.

Utilize dados de campo inteiro para analisar o efeito de desigualdades geométricas ou defeitos de materiais na localização de deformações.

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Vantagens técnicas

Alta resolução espacial: superar as limitações da medição pontual tradicional (deformação), obter informações de deformação de pontos de dados em megapixels e capturar a concentração de deformação local sem falhas.

Medição tridimensional real: pode medir simultaneamente o deslocamento dentro e fora do plano para ensaios de compressão que podem ocorrer flexões ou inclinações.

Medição sem contato: evite a interferência do sensor de contato com os ensaios (especialmente ensaios flexíveis ou pequenos) e aplicável a ambientes de alta temperatura e baixa temperatura.

Registro de evolução dinâmica: registro completo de todo o processo de deformação, suportando a análise retrospectiva do estado de tensão em qualquer momento.

Integração perfeita com as máquinas de teste de controle de medição da Keller: garante a sincronização rigorosa dos dados mecânicos com os dados de medição óptica, fornecendo análises multidimensionais de correlação carga-tensão-tempo.

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IV. Valor aplicável

Inversão de parâmetros de estrutura do material: fornece uma entrada de alta precisão para o reconhecimento de parâmetros de material com base em dados de campo completo.

Estudo do mecanismo de falha: localização precisa da origem do dano e análise quantitativa do processo de evolução do dano.

Validação do modelo de simulação: fornece dados detalhados de deformação de campo inteiro para simulações numéricas como a análise de elementos finitos (FEA) para validação e correção do modelo.

Otimização de processos e estruturas: avaliar as fraquezas de desempenho de materiais ou estruturas sob cargas de compressão para orientar a otimização do projeto.

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conclusão

A combinação do sistema de medição de tensão de campo completo 3D da DSE com a máquina de teste de controle de medida da Keller criou uma plataforma de análise de deformação de compressão de materiais precisa e eficiente. Essa tecnologia não só fornece informações ricas sobre campos de tensão que superam os métodos tradicionais, mas também revela de forma dinâmica e quantitativa a evolução completa do material, da deformação à destruição, fornecendo instrumentos de teste poderosos para aplicações de ciência de materiais, pesquisa mecânica e engenharia.