Material test on strain fracture and crack opening displacement based on digital image correlation method

• Autorzy: Bian J. , Ge Z.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ace-2015-0079

Warianty tytułu

PL

Badania materiału pod kątem złamania z oderwania i przemieszczenia otworu szczeliny w oparciu o metodę cyfrowej korelacji obrazów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

As a machining technology, welding can cause serious accidents by overloading or operation mistakes. Through analyzing the causes of various welding accidents, we found that the major cause for damage imposed after welding parts are loaded is the fracture of materials. Therefore, studying the influence of welding residual stress on the fracture property of materials is of great significance. This paper applied the digital image correlation technique to study the fracture property of welding parts under the influence of welding residual stress. In addition, standard parts and welding parts were selected to carry out a contrast experiment. Room temperature tensile tests were performed on both standard parts and test pieces after residual stress measurement. Using displacement field and strain field data obtained through VIC-2D software, the stress intensity factor around the crack tip of each specimen under the conditions of small load was calculated and corresponding analysis was carried out.

PL

Spawanie, jako technologia procesu obróbki skrawaniem i produkcji, łączy materiały poprzez podgrzewanie materiałów zanim wysoka temperatura je stopi, a następnie chłodzi. Jego zaletą jest szeroki zakres zastosowań, łatwość obsługi, niskie koszty, itd. Jest ono stosowane w różnych dziedzinach, takich jak budowa statków, samolotów i innych dużych urządzeń produkcyjnych, produkcji miniaturowej elektroniki i różnego rodzaju płytek drukowanych, itp., co uczyniło nasze życie ogromnie wygodnym. Jednak spawanie może spowodować wiele wad, jeżeli zaistnieje jakikolwiek niewłaściwy proces technologiczny, który może obniżyć intensywność spawania części oraz wpłynąć na ich działanie. Ponadto przeciążenie lub błędy w działaniu podczas użytkowania mogą spowodować poważne wypadki. Poprzez analizę przyczyn różnych wypadków przy spawaniu, stwierdziliśmy, że głównym powodem inaktywacji uszkodzeń po spawaniu obciążanej części było złamanie materiałów. Mikroskopijne pęknięcie wewnątrz materiałów to początek powstawania obu wad w obszarze spawanego materiału oraz zmęczenia materiału spowodowanego przez zmienne obciążenie. W wyniku połączenia działania spawalniczych naprężeń własnych i zastosowanego obciążenia, pęknięcie stale się powiększa zanim nie stanie się mikroskopijnym pęknięciem. Następnie wciąż się rozszerza i w końcu prowadzi do złamania materiałów. Występowanie naprężeń własnych w spawanych elementach poważnie wpłynie na wydajność operacyjną konstrukcji. W związku z tym badanie wpływu spawalniczych naprężeń własnych na właściwości złamania materiałów ma ogromne znaczenie.

Słowa kluczowe

EN

digital image correlation method; crack; fracture; displacement; welding

PL

metoda cyfrowej korelacji obrazów; rysa; spękanie; przemieszczenie; spawanie

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 62, nr 3
• Strony: 3--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Bian J.

• Jining Normal University Department of Computer Science, Wulanchabu City, Inner Mongolia, China

autor

Ge Z.

• Jining Normal University Network Certer, China

Bibliografia

• 1. V. Samardzic, E. S. Geskin, G. A. Atanov, et al. Investigation of the Material Welding Using the High-Speed Liquid Impact. Journal of Materials Engineering & Performance, 17(3):369-375, 2008.
• 2. D. Deng, H. Murakawa. Numerical simulation of temperature field and residual stress in multi-pass welds in stainless steel pipe and comparison with experimental measurements. Computational Materials Science, 37(3):269-277, 2006.
• 3. L. Chen, G. R. Liu, K. Zeng, et al. A novel variable power singular element in G space with strain smoothing for bi-material fracture analyses. Engineering Analysis with Boundary Elements, 35(12):1303-1317, 2011.
• 4. Z. Zhuang, P. E. O'Donoghue. Determination of material fracture toughness by a computational/experimental approach for rapid crack propagation in PE pipe. International Journal of Fracture, 101(3):251-268, 2000.
• 5. H. L. Gao, W. Jiang, H. Liu, et al. The Measurement of the Fatigue Crack-tip Displacement and Strain Fields under High Frequency Resonant Loading Applying DIC Method. Applied Mechanics & Materials, 710:83-90, 2014.
• 6. X. Qian, S. Zhang, S. Swaddiwudhipong, et al. Temperature dependence of material length scale for strain gradient plasticity and its effect on near-tip opening displacement. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 37(2):157–170, 2014.
• 7. R. Ghorbani, F. Matta, M. A. Sutton. Full-Field Deformation Measurement and Crack Mapping on Confined Masonry Walls Using Digital Image Correlation. Experimental Mechanics, 55(1):227-243, 2014.
• 8. Chu et al. Applications of digital-image-correlation techniques to experimental mechanics. Experimental Mechanics, Volume 25, Issue 3, Pages 232-244, September 1985.
• 9. N. Arivazhagan, Singh S., Prakash S., et al. Investigation on AISI 304 austenitic stainless steel to AISI 4140 low alloy steel dissimilar joints by gas tungsten arc, electron beam and friction welding. Materials & Design, 32(5):3036-3050, 2011.
• 10. L. M M T, O. Sanz, M. A. Centeno, et al. AISI 304 austenitic stainless steel monoliths: Modification of the oxidation layer and catalytic coatings after deposition and its catalytic implications. Chemical Engineering Journal, 162(3):1082–1090, 2010.
• 11. K. Narita, M. Niinomi, M. Nakai, et al. Development of thermo-mechanical processing for fabricating highly durable β mathContainer Loading Mathjax -type Ti–Nb–Ta–Zr rod for use in spinal fixation devices. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 9:207-216, 2012.
• 12. S. Derrouich, K. Izumida, K. Shiiya. A combination of monocular CCD camera and inertial-sensor for range estimation// IECON 02 [Industrial Electronics Society, IEEE 2002 28th Annual Conference of the]. IEEE, 2191-2196 vol.3, 2002.
• 13. H. M. Oluseyi, J. H. Bercovitz, A. Karcher, et al. LBNL four-side buttable CCD package development//Sensors and Camera Systems for Scientific, Industrial, and Digital Photography Applications V. Sensors and Camera Systems for Scientific, Industrial, and Digital Photography Applications V, 87-98, 2004.
• 14. G. D. Smith, K. E. Newton, L. Altherr. Hydrofluoric acid pre-treatment of matte artists’ paints for binding medium analysis by Fourier transform infrared microspectroscopy. Vibrational Spectroscopy, 81:46-52, 2015.
• 15. B. H. Amundsen, H. V. Thomas, E. Thor, et al. Noninvasive myocardial strain measurement by speckle tracking echocardiography: Validation against sonomicrometry and tagged magnetic resonance imaging. Journal of the American College of Cardiology, 47(4):789-93, 2006.
• 16. K. Camera, K. H. So, R. W. Brodersen. An integrated debugging environment for reprogrammble hardware systems. Proceedings of the 6th International Symposium on Automated and Analysis-Driven Debugging, AADEBUG 2005, 111-116, 2005.
• 17. K. Itatani, T. Okada, T. Uejima, et al. Intraventricular Flow Velocity Vector Visualization Based on the Continuity Equation and Measurements of Vorticity and Wall Shear Stress. Japanese Journal of Applied Physics, 52(7S):1044-1055, 2013.
• 18. S. Charleston-Villalobos, R. González-Camarena, G. Chi-Lem, et al. Crackle sounds analysis by empirical mode decomposition. Nonlinear and nonstationary signal analysis for distinction of crackles in lung sounds. IEEE Engineering in Medicine & Biology Magazine the Quarterly Magazine of the Engineering in Medicine & Biology Society, 26(1):40-7, 2007.
• 19. L. Chen, Z. L. Tian, M. C. Gao, et al. Researches on Rules of the Longitudinal Residual Stress Distribution in Straightening Deformation Zone of Heavy Rail with Multi-Rollers. Physical & Numerical Simulation of Materials Processing, 575-578:231-236, 2008.
• 20. T. Yonezawa, T. Maeguchi, T. Goto, et al. Quantitative Residual Strain Analyses on Strain Hardened Nickel Based Alloy// 15th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems-Water Reactors. John Wiley & Sons, Inc., 1759-1771, 2012.
• 21. M. F. Lee, G. S. Chen, J. C. Wang. Using Affective Computing to Detect Emotions with Color// Frontier and Innovation in Future Computing and Communications. Springer Netherlands, 337-345, 2014.
• 22. McNeill et al. Estimation of stress intensity factor by digital image correlation. Engineering Fracture Mechanics, Volume 28, Issue 1, Pages 101-112, 1987.
• 23. M. Miyara, Y. Yoshioka, A. Kitoh, et al. Functional delineation and differentiation dynamics of human CD4+T cells expressing the FoxP3 transcription factor. Immunity, 30(6):899–911, 2009.
• 24. J. O. Rinne, D. J. Brooks, M. N. Rossor, et al. 11C-PiB PET assessment of change in fibrillar amyloid-beta load in patients with Alzheimer's disease treated with bapineuzumab: a phase 2, double-blind, placebo-controlled, ascending-dose study. Lancet Neurology, 9(4):363–372, 2010.
• 25. B. Frode. Vikebø, Åse Husebø, Aril Slotte, et al. Effect of hatching date, vertical distribution, and interannual variation in physical forcing on northward displacement and temperature conditions of Norwegian spring-spawning herring larvae. Ices Journal of Marine Science / Journal Du Conseil, 67(2):1948-1956, 2010.
• 26. M. Ureshi, T. Matsuura, I. Kanno. Stimulus frequency dependence of the linear relationship between local cerebral blood flow and field potential evoked by activation of rat somatosensory cortex. Neuroscience Research, 48(48):147-53, 2004.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.