Zastosowanie cyfrowej korelacji obrazu do oceny wpływu wstępnych obciążeń zmęczeniowych na rozkład odkształcenia i zmiany właściwości wytrzymałościowych stali DP500

• Autorzy: Moćko W.

Warianty tytułu

EN

The use of digital correlation of the image to evaluate the impact of initial fatigue loads on the strain distribution and changes in the strength properties of DP500 steel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem analizy była stal DP500 poddana wstępnym obciążeniom zmęczeniowym, a następnie rozciągana przy dużej szybkości odkształcania z wykorzystaniem pręta Hopkinsona. Stal typu DP (dual phase) jest często stosowana w konstrukcji samochodów osobowych z uwagi na dobry stosunek masy do wytrzymałości. Dobre parametry mechaniczne tej stali zapewniają odpowiedni stopień bezpieczeństwa pasażerów pojazdu w trakcie zderzenia. Aby prześledzić jak wstępne obciążenie zmęczeniowe zmienia rozkład odkształceń na powierzchni rozciąganej próbki, zastosowano metodę cyfrowej korelacji obrazu. Analizie poddano zarówno filmy zarejestrowane przy małej szybkości odkształcania (1.0x10-2 s -1 ) za pomocą systemu ARAMIS, jak też obrazy pochodzące z szybkiej kamery uchwycone w trakcie dynamicznej deformacji z użyciem pręta Hopkinsona (6.0x102 s -1 ). Na podstawie analizy mikrostrukturalnej stwierdzono, że wstępne obciążenie zmęczeniowe powoduje generowanie mikrouszkodzeń w badanym materiale. W związku z tym zmianie ulega także makroskopowo obserwowana charakterystyka naprężenieodkształcanie oraz rozkład odkształceń zastępczych Hubera-Misesa wyznaczony lokalnie metodą cyfrowej korelacji obrazu. Obserwowany w czasie badań wpływ wstępnego zmęczenia, to: obniżenie stopnia odkształcenia odpowiadającego wytrzymałości na rozciąganie, zmniejszenie wydłużenia do zerwania, wzrost granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie. Obserwowane efekty nasilają się ze zwiększeniem wartości naprężenia oraz liczby cykli wstępnego zmęczenia. Ponadto, wymienione zjawiska są bardziej intensywne w warunkach dynamicznej deformacji.

EN

The matter of analysis was DP steel exposed to the fatigue loadings and subsequently tested at tensional loadings under high strain rates using Hopkinson bar. The DP (dual phase) type steel, is often used in the construction of passenger cars due to the good weight to strength ratio. Good mechanical properties of this steel ensure an adequate level of safety of the vehicle occupants during a collision. In order to investigate influence of a pre-fatigue on the evolution of strain distribution on the surface of tested specimen a digital image correlation method was applied. The videos recorded at low strain rates (1.0x10-2 s -1 ) using ARAMIS system and images acquired by a fast camera during dynamic deformation performed using Hopkinson bar were analysed. On the basis of microstructural investigation it was found that pre-fatigue induces void coalescence in the tested material. As a consequence macroscopically observed stress-strain curve is modified and locally determined using digital image correlation method equivalent Huber-Mises strain pattern also changes. The effects observed as a consequence of pre-fatigue are as follows: reducing strain corresponding to ultimate tensile strength, lowering elongation, increase of yield stress and rise of ultimate tensile strength. Observed phenomenon magnitudes are more significant with the increase of number of initial fatigue cycles and cyclic stress amplitude. Moreover the effects are stronger at dynamic loading conditions. Application of digital image correlation method for analysing of strain distribution during high strain rate tensile tests of specimens made of pre-fatigued DP500 steel.

Słowa kluczowe

PL

stal; odkształcenie; korelacja cyfrowa; obciążenia zmęczeniowe; rozciąganie

EN

steel; deformation; digital correlation; fatigue loading; stretching

• Wydawca: Wydawnictwo ITS
• Czasopismo: Transport Samochodowy
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 2
• Strony: 89--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Moćko W.

• Instytut Transportu Samochodowego

Bibliografia

• [1] A. Lara, I. Picas, D. Casellas, Effect of the cutting process on the fatigue behaviour of press hardened and high strength dual phase steels, Journal of Materials Processing Technology 213, 2013, 1908- 1919.
• [2] C. Froustey, J.L. Lataillade, Influence of the microstructure of aluminium alloys on their residual impact properties after a fatigue loading program, Mat. Sci. Eng. A-Struct. 500, 2009, 155-163.
• [3] D. Anderson, S. Winkler, A. Bardelcik, M.J. Worswick, Influence of stress triaxiality and strain rate on the failure behavior of a dual-phase DP780 steel, Materials and Design 60, 2014, 198-207.
• [4] E. Hug, M. Martinez, J. Chottin, Temperature and stress state influence on void evolution in a high-strength dual-phase steel, Materials Science & Engineering A 626, 2015, 286- 295.
• [5] G. Socha, Experimental investigations of fatigue cracks nucleation, growth and coalescence in structural steel, Int. J. Fatigue 25, 2003, 139-147.
• [6] G. Socha, Prediction of the fatigue life on the basis of damage progress rate curves, Int. J. Fatigue 26, 2004, 339-47.
• [7] H. Ghadbeigi, C. Pinnaa, S. Celotto, J.R. Yates, Local plastic strain evolution in a high strength dual-phase steel, Materials Science and Engineering A 527, 2010, 5026-5032.
• [8] H. Hosseini-Toudeshky, B. Anbarlooie, J. Kadkhodapour, Micromechanics stress-strain behavior prediction of dual phase steel considering plasticity and grain boundaries debonding, Materials and Design 68, 2015, 167-176.
• [9] J. Kang, Y. Ososkov, J. D. Embury, D. S. Wilkinson, Digital image correlation studies for microscopic strain distribution and damage in dual phase steels, Scripta Materialia 56, 2007, 999-1002.
• [10] J. Qin, R. Chen, X. Wen, Y. Lin, M. Liang, F. Lu, Mechanical behaviour of dual-phase high-strength steel under high strain rate tensile loading, Materials Science & Engineering A 586, 2013, 62-70.
• [11] J.R. Rice, D.M.Tracey, On the ductile enlargement of voids in tiraxial stress fields, J.Mech.Phys.Sol. 17, 1969, 201-217.
• [12] M. Itabashi, H. Koseki, Mechanical Characterization of Pre-Fatigued Free-Cutting Steels under Dynamic Tension, Engineering Transactions 61, 2013, 87-98.
• [13] M. J. Hadianfard, Low cycle fatigue behavior and failure mechanism of a dual-phase steel, Materials Science and Engineering A 499, 2009, 493-499.
• [14] PN-EN ISO 26203-1 „Metale - Próba rozciągania przy dużych prędkościach odkształcania - Część 1: Układ prętów sprężystych”
• [15] R. I. Stephens, A. Fatemi, R. R. Stephens, H. O. Fuchs, Metal fatigue in engineering, 2nd ed. New York (NY): John Wiley & Sons; 2001.
• [16] T. B. Hilditch, I. B. Timokhina, L. T. Robertson, E. V. Pereloma, P. D. Hodgson, Cyclic deformation of advanced high-strength steels: mechanical behavior and microstructural analysis. Metall Mater Trans A Phys Metall Mater Sci 40A(2, 2009, 342-53.
• [17] U. Sánchez-Santana, C. Rubio-González, G. Mesmacque, A. Amrouche, X. Decoopman, Effect of fatigue damage induced by cyclic plasticity on the dynamic tensile behavior of materials, Int. J. Fatigue 30, 2008, 1708-1719.
• [18] W. Moćko, The influence of stress-controlled tensile fatigue loading on stress-strain characteristics of AISI 1045 steel, Mater. Design 58, 2014, 145-153.