A comparison of elasto-plastic parameters of S355 steel obtained in tensile tests using an extensometer, a strain gauge and an ARAMIS 3D DIC system

• Autorzy: Chybiński Marcin , Dębiński Janusz , Glema Adam , Grzymisławska Justyna , Jezierski Dariusz , Polus Łukasz , Szymkuć Wojciech

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.143034

Warianty tytułu

PL

Porównanie parametrów sprężysto-plastycznych stali S355 w próbie rozciągania metodami pomiarowymi z użyciem ekstensometru, tensometru i systemu cyfrowej korelacji obrazu ARAMIS 3D

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a comparison of three strain measurement methods. The mechanical parameters of S355 grade steel (yield strength, tensile strength, modulus of elasticity) were determined in tensile tests. Strains were measured using high resolution measuring instruments: an extensometer, a strain gauge and an ARAMIS 3D DIC system. In this paper, these three instruments have been used simultaneously in tensile tests for the first time. The results indicate that the values of the Young’s modulus obtained using different techniques were similar when each instrument measured strain on the same side of the sample. Small differences were connected with different gauge lengths and their locations. The values of the Young’s modulus determined on the opposite sides of the samples were more varied even when the same method was used (strain gauge measurements). For this reason, it is recommended to use double-sided averaging instruments when the Young’s modulus is determined. The strain-curves obtained from the strain gauge measurements were incomplete and they came to an end at the end of the yield plateau due to the fact that they were damaged when the values of strain were relatively high. The extensometer was used up to the point where the strain reached 0.3% and then the strain was measured based on the distance between the machine clamps. The stress-strain curves obtained from the DIC system were complete because the system was able to monitor the sample until the very end of the tests.

PL

W artykule przedstawiono porównanie trzech metod pomiarowych odkształceń. Autorzy wyznaczyli parametry mechaniczne stali S355 (granicę plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie, moduł elastyczności) w próbie rozciągania. Odkształcenie zostało wyznaczone przy użyciu przyrządów pomiarowych o wysokiej rozdzielczości: ekstensometru, tensometru oraz systemu cyfrowej korelacji obrazu ARAMIS 3D. Po raz pierwszy w próbie rozciągania wykorzystano wszystkie urządzenia pomiarowe jednocześnie. Wartości modułu Younga wyznaczone za pomocą różnych metod były zbliżone, gdy urządzenie mierzyły odkształcenie po tej samej stronie próbki. Niewielkie różnice wynikały z różnych długości pomiarowych oraz z faktu, że przyrządy nie mierzyły odkształcenia dokładnie na tej samej bazie pomiarowej. Wartości moduły Younga wyznaczone dla przeciwnych stron próbki różniły się bardziej nawet, gdy zastosowano tą samą metodę pomiarową (pomiar odkształceń za pomocą tensometrów). W związku z tym w celu wyznaczenia prawidłowej wartości modułu elastyczności zaleca się stosowanie dwóch urządzeń rozmieszonych na przeciwnych stronach próbki oraz obliczanie modułu sprężystości na podstawie średniej wartości odkształcenia. Krzywe naprężenie-odkształcenie otrzymane z pomiarów tensometrycznych były niekompletne i kończyły się zaraz po półce plastycznej, ponieważ tensometry ulegały uszkodzeniu przy większych wartościach odkształceń. Ekstensometr był wykorzystywany do momentu, w którym odkształcenia osiągnęły wartość 0,3%. Od tej wartości odkształcenia były wyznaczane na podstawie odległości między szczękami maszyny. Krzywe naprężenie-odkształcenie otrzymane na podstawie cyfrowej korelacji obrazu były kompletne, ponieważ system mógł obserwować próbkę przez całe badanie. Z tego względu, metoda cyfrowej korelacji obrazu jest skutecznym narzędziem, które może być wykorzystane do wyznaczania parametrów mechanicznych stali.

Słowa kluczowe

EN

ARAMIS; elasto-plastic parameter; steel; elasticity modulus; tensile test; digital image correlation

PL

ARAMIS; parametr sprężysto-plastyczny; stal; moduł elastyczności; próba rozciągania; korelacja obrazu cyfrowa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 4
• Strony: 199--217
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Chybiński Marcin

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2539-7764

autor

Dębiński Janusz

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1339-8698

autor

Glema Adam

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7397-0137

autor

Grzymisławska Justyna

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8129-3997

autor

Jezierski Dariusz

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7326-3678

autor

Polus Łukasz

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1005-9239

autor

Szymkuć Wojciech

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8058-9825

Bibliografia

• [1] J. Dębiński, J. Grzymisławska, Ćwiczenia laboratoryjne z wytrzymałości materiałów. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 2016.
• [2] M. Chybiński, Ł. Polus, M. Ratajczak, P.W. Sielicki, “The evaluation of the fracture surface in the AW-6060 T6 aluminium alloy under a wide range of loads”, Metals, 2019, vol. 9, no. 3, art. ID 9030324; DOI: 10.3390/met9030324.
• [3] M. Malendowski, A. Glema, W. Szymkuc, “Performance based coupled CFD-FEM analysis of 3-bay high industrial hall under natural fire”, in: Application of Structural Fire Engineering, F. Wald, et al., Eds. Czech Technical University in Prague, 2017; DOI: 10.14311/asfe.2015.014.
• [4] M. Chybiński, Ł. Polus, “Bending resistance of metal-concrete composite beams in a natural fire”, Civil and Environmental Engineering Reports, 2018, vol. 28, no. 4, pp. 149-162; DOI: 10.2478/ceer-2018-0058.
• [5] M. Chybiński, Z. Kurzawa, Ł. Polus, “Problems with buildings lacking basic design documentation”, Procedia Engineering, 2017, vol. 195, pp. 24-31.
• [6] M. Szumigała, M. Chybiński, Ł. Polus, “Określanie parametrów wytrzymałościowych stali w istniejących konstrukcjach”, Materiały Budowlane, 2016, no. 11, pp. 78-79.
• [7] P. Szewczyk, P. Kudyba, “Effectiveness of selected strain and displacement measurement techniques in Civil Engineering”, Buildings, 2022, vol. 12, no. 2, art. ID 172; DOI: 10.3390/buildings12020172.
• [8] T. Gajewski, T. Garbowski, “Calibration of concrete parameters based on digital image correlation and inverse analysis”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2014, vol. 14, no. 1, pp. 170-180; DOI: 10.1016/j.acme.2013.05.012.
• [9] Ł. Krawczyk, M. Gołdyn, T. Urban, “Digital image correlation systems in the experimental investigations: capabilities and limitations”, Archives of Civil Engineering, 2019, vol. 65, no. 1, pp. 171-180; DOI: 10.2478/ace-2019-0012.
• [10] M. Chuda-Kowalska, “Effect of foam’s heterogeneity on the behaviour of sandwich panels”, Civil and Environmental Engineering Reports, 2019, vol. 29, no. 4, pp. 97-111; DOI: 10.2478/ceer-2019-0047.
• [11] N. McCormick, J. Lord, “Digital Image Correlation”, Materials Today, 2010, vol. 13, no. 12, pp. 52-54; DOI: 10.1016/S1369-7021(10)70235-2.
• [12] J. Górszczyk, K. Malicki, T. Zych, “Application of Digital Image Correlation (DIC) method for road material testing”, Materials, 2019, vol. 12, no. 15, art. ID 2349; DOI: 10.3390/ma12152349.
• [13] B. Goszczyńska, W. Trąmpczyński, J. Tworzewska, “Analysis of crack width development in reinforced concrete beams”, Materials, 2021, vol. 14, no. 11, art. ID 3043; DOI: 10.3390/ma14113043.
• [14] K. Urbańska, “Zastosowanie systemu Aramis do pomiarów odkształceń konstrukcji murowych”, Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Zielonogórskiego, Inżynieria Środowiska, 2017, no. 46, pp. 48-59.
• [15] Ł. Krawczyk, M. Gołdyn, T. Urban, “O niedokładnościach systemów cyfrowej korelacji obrazu”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, 2017, vol. 34, no. 64, pp. 259-270; DOI: 10.7862/rb.2017.120.
• [16] K. Walotek, J. Bzówska, A. Ciołczyk, “Influence of addition of shredded rubber waste on deformability of binder-bound anthropogenic material mixtures”, Archives of Civil Engineering, 2021, vol. 67, no. 4, pp. 207-223; DOI: 10.24425/ace.2021.138495.
• [17] M.M. Bakalarz, P.G. Kossakowski, P. Tworzewski, “Strengthening of bent LVL beams with near-surface mounted (NSM) FRP reinforcement”, Materials, 2020, vol. 13, no. 10, art. ID 2350; DOI: 10.3390/ma13102350.
• [18] P. Smarzewski, M. Szwaj, A. Szewczak, “Analizy stanów deformacji zginanych płyt z betonu i fibrobetonu wysokowartościowego”, Budownictwo i Architektura, 2012, vol. 10, pp. 37-52.
• [19] I. Szewczak, P. Rozylo, M. Snela, K. Rzeszut, “Impact of adhesive layer thickness on the behavior of reinforcing thin-walled sigma-type steel beams with CFRP tapes”, Materials, 2022, vol. 15, no. 3, art. ID 1250; DOI: 10.3390/ma15031250.
• [20] A. Denisiewicz, M. Kuczma, “Two-Scale Modelling of Reactive Powder Concrete. Part III: Experimental Tests and Validation”, Engineering Transactions, 2015, vol. 63, no. 1, pp. 55-76.
• [21] P. Rozylo, K. Falkowicz, “Stability and failure analysis of compressed thin-walled composite structures with central cut-out, using three advanced independent damage models”, Composite Structures, 2021, vol. 273, art. ID 114298; DOI: 10.1016/j.compstruct.2021.114298.
• [22] R. Studziński, K. Ciesielczyk, “Connection stiffness between thin-walled beam and sandwich panel”, Journal of Sandwich Structures & Materials, 2019, vol. 21, no. 6, pp. 2042-2056; DOI: 10.1177/1099636217750539.
• [23] M. Malesa, D. Szczepanek, M. Kujawińska, A. Świercz, P. Kołakowski, “Monitoring of civil engineering structures using Digital Image Correlation technique”, EPJ Web of Conferences, 2010, no. 6, art. ID 31014; DOI: 10.1051/epjconf/20100631014.
• [24] Z.L. Kowalewski, L. Dietrich, M. Kopeć, T. Szymczak, P. Grzywna, “Nowoczesne systemy optyczne w badaniach mechanicznych - budowa, działanie, zastosowania”, presented at XXII Seminarium Nieniszczące Badania Materiałów, Zakopane, 16-18 marca 2016.
• [25] M. Kneć, “Technika cyfrowej korelacji obrazów w analizie deformacji połączeń elementów konstrukcji stosowanych w lotnictwie”, Ph.D. Dissertation, Rzeszów University of Technology, Poland, 2015.
• [26] M.R.L. Gower, R.M. Shaw, “Towards a Planar Cruciform Specimen for Biaxial Characterisation of Polymer Matrix Composites”, Applied Mechanics and Materials, 2010, vol. 24-25, pp. 115-120; DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.24-25.115.
• [27] PN-EN ISO 6892-1 Metallic materials - Tensile testing - Part 1: Method of test at room temperature. Polish Committee for Standardization and European Committee for Standardization, Warsaw-Brussels, Poland-Belgium, 2020.
• [28] EN 10025-2 Hot rolled products of structural steels - Part 2: Technical delivery conditions for non-alloy structural steels. European Committee for Standardization, Brussels, Belgium, 2019.
• [29] Inspection certificate 3.1, Hot rolled steel plates in grade S355J2+N acc. to quality EN 10025-2, Vítkovice Steel, 2020.
• [30] ABV - SEP 1390. 1996.
• [31] PN-EN ISO 2560:2021 Welding consumables. Covered electrodes for manual metal arc welding of non-alloy and fine grain steels - Classification. Polish Committee for Standardization and European Committee for Standardization, Warsaw-Brussels, Poland-Belgium, 2021.
• [32] PN-EN 10160:2001, Ultrasonic testing of steel flat product of thickness equal or greater than 6 mm (reflection method). Polish Committee for Standardization and European Committee for Standardization, Warsaw-Brussels, Poland-Belgium, 2001.
• [33] P. Smarzewski, “Processes of cracking and crushing in hybrid fibre reinforced high-performance concrete slabs”, Processes, 2019, vol. 7, no. 1, art. ID 49; DOI: 10.3390/pr7010049.
• [34] J. Wojciechowski, M.D. Gajewski, C.W. Ajdukiewicz, “Procedura wyznaczania parametrów sprężysto-plastyczności ze wzmocnieniem izotropowym na podstawie badań doświadczalnych przy zastosowaniu systemu optyczno-pomiarowego ARAMIS”, in: Deformacje i wytrzymałość materiałów i elementów konstrukcji, S. Jemioło, A. Szwed, Eds. Warszawa: Wydział Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej, 2013, pp. 93-98.
• [35] T. Garbowski, A. Knitter-Piatkowska, A. Marek, “New edge crush test configuration enhanced with full-field strain measurements”, Materials, 2021, vol. 14, no. 19, art. ID 5768; DOI: 10.3390/ma14195768.