Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Dynamic Processes of Substructural Rearrangement under Friction of Carbon Steel

Shevelya Valeriy, Pashechko Mykhaylo, Kalda Galyna, Sokolan Yulia

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2023

|

Vol. 17, no 3

236--248

EN

The effect of heat treatment (tempering temperature after quenching) of medium carbon steels (steel 45 and steel 50) on tribological indicators at sliding friction without lubrication in connection with the change in strength and rheological elastic properties of steel, controlling the dissipative properties of the frictional contact has been studied. Tribotechnical tests were conducted according to two schemes. A high-temperature tribometer was used for “soft” friction according to the “ball-plane” scheme, which allowed varying the temperature of the friction contact. Influence of load-rate modes was studied in more “hard” conditions on the friction machine under the “finger-disk” scheme. Substructural transformations of steel caused by heat treatment were evaluated by changes in amplitude-dependent internal friction on a torsion pendulum-type machine, which also allowed measuring frictional damping (contact internal friction) in the preliminary displacement mode. The interrelation between hardness, elastic modulus and internal friction of steel and wear resistance, wear capacity, friction coefficient and the level of frictional damping has been established. It is shown that the growth of elastic modulus and increase of steel relaxation resistance after the appropriate heat treatment are conjugated with the development of adhesion and setting, which, as topochemical reactions in the solid phase, are the leading forms of contact stress relaxation under the above conditions. Correlation of tribological indicators of external friction with amplitude-dependent and relaxation (temperature-dependent) internal friction taking into account structural state of steel and friction temperature regime is established. Substructural preconditions, dynamic relaxation mechanisms of hardening and load-temperature friction conditions under which martensitic structures exhibit abnormally high wear resistance and significant growth of frictional damping level are considered. The tribological analogue of the Porteuen - Le Chatelier effect, manifesting in the form of frictional self-oscillations in the range of temperatures of dynamic deformation aging is established. A treatment of the nature of the Kael-Ziebel effect, the temperature-rate and load localization of which in friction is associated with the temperature range of dynamic strain aging with Snook-Kester relaxation superimposed, is proposed.

2

Zmiana paradygmatu badań w spektroskopii mechanicznej ciał stałych i powstanie wysokorozdzielczej spektroskopii mechanicznej, HRMS

Magalas Leszek

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2020

|

Vol. 87, nr 4

87--98

PL

Przedstawiono wybrane przykłady zastosowań spektroskopii mechanicznej w inżynierii materiałowej zwracając uwagę na wybrane aspekty historyczne dotyczące powstania i rozwoju tej metody badań. Zwrócono uwagę na zjawisko wolniejszej dyfuzji atomów węgla w skondensowanych atmosferach Cottrella w odkształconych stopach żelaza oraz odkrycie w 2018 roku nowego mechanizmu umocnienia stopów wysokoentropowych oraz badania odwracalnej przemiany martenzytycznej w stopach z pamięcią kształtu. Przedstawiono również wyniki eksperymentalne ilustrujące powstanie na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie wysokorozdzielczej spektroskopii mechanicznej HRMS.

EN

We present a brief review of selected applications of mechanical spectroscopy in Materials Science. Diffusion of carbon atoms in Cottrell atmosphere in deformed iron-based alloys is discussed. We then outline a new strengthening mechanism of high-entropy alloys discovered in 2018 and study of reversible martensitic transformation in shape memory alloys. Low-frequency mechanical loss spectra illustrate the advent of high-resolution mechanical spectroscopy, HRMS, developed at AGH University in Kraków.

3

The influence of the repose angle and porosity of granular plant materials on the angle of internal friction and cohesion

Wójcik A., Frączek J.

Tribologia

|

2017

|

nr 5

117--123

EN

Internal friction in granular plant materials is a very complex phenomenon. This is due to a vast number of factors that determine the behaviour of these materials. This article looks at exploring the impact of porosity, the repose angle, and moisture on the value of the internal friction angle and cohesion. Statistical analysis showed that the influence of the examined factors on the parameters of friction is statistically significant. Nonlinear estimation was performed, which allowed developing functions describing the mentioned relationship, for which the goodness-of-fit (depending on the material type) ranged from 0.813 to 0.915 for the internal friction angle and from 0.748 to 0.963 in the case of cohesion. It has been found that internal friction and cohesion need further research that will take into account additional factors defining the examined material in a more accurate manner.

PL

Tarcie wewnętrzne roślinnych materiałów ziarnistych jest zjawiskiem bardzo złożonym. Wynika to z dużej ilości czynników determinujących zachowanie się tych materiałów. W artykule podjęto próbę określenia wpływu porowatości, kąta usypu oraz wilgotności na wartość kąta tarcia wewnętrznego i kohezję. Analiza statystyczna wykazała istotność wpływu badanych czynników na parametry tarcia. Przeprowadzono estymację nieliniową, która pozwoliła na zaproponowanie funkcji opisujących wspomnianą zależność, dla których uzyskano współczynnik dopasowania (w zależności od rodzaju materiału) od 0.813 do 0.915 dla kąta tarcia wewnętrznego oraz od 0.748 do 0.963 dla kohezji. Stwierdzono, że zarówno w przypadku kąta tarcia wewnętrznego, jak i kohezji należy prowadzić dalsze badania, uwzględniając dodatkowe czynniki, w sposób dokładniejszy charakteryzujące badany materiał.

4

Relationship Between Bake Hardening, Snoek-Köster and Dislocation-Enhanced Snoek Peaks in Coarse Grained Low Carbon Steel

Lin W., Zhao S., Zhang H., Jin X.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 3

1723--1732

EN

In the present work, specimens prepared from coarse grained low carbon steel with different prestrains were baked and then, their bake hardening (BH) property and internal friction were determined. TEM was used to characterize the dislocation structure in BH treated samples. The measurements of internal friction in prestrained samples and baked samples were carried out using a multifunctional internal friction apparatus. The results indicate that, in coarse grained low carbon steel, the bake hardening properties (BH values) were negative, which were increased by increasing the prestrain from 2 to 5%, and then were decreased by increasing the prestrain from 5 to 10%. In the specimen with prestrain 5%, the BH value reached the maximum value and the height of Snoek-Köster peak was observed to be the maximum alike. With increasing the prestrain, both of the BH value and Snoek-Köster peak heights are similarly varied. It is concluded that Snoek-Köster and dislocation-enhanced Snoek peaks, caused by the interactions between interstitial solute carbon atoms and dislocations, can be used in further development of the bake hardening steels.

5

Professor Robert Schaller: Zener Medalist

Mari D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

5--6

EN

The following is the text of an oral presentation delivered at the Zener Medal Award ceremony in Hefei on 23 September 2015.

PL

Poniżej znajduje się tekst ustnej prezentacji wygłoszonej podczas ceremonii wręczenia medali Zenera w Hefei w dniu 23 września 2015 r.

6

Professor Qing-Ping Kong: Zener Medalist

Magalas L. B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

7--8

EN

The following is the text of an oral presentation delivered at the Zener Medal Award ceremony in Hefei on 23 September 2015.

PL

Poniżej znajduje się tekst ustnej prezentacji wygłoszonej podczas ceremonii wręczenia medali Zenera w Hefei w dniu 23 września 2015 r.

7

Measurement of the Indentation Modulus and the Local Internal Friction in Amorphous SiO2 Using Atomic Force Acoustic Microscopy

Zhang B., Wagner H., Büchsenschütz-Göbeler M., Luo Y., Küchemann S., Arnold W., Samwer K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

9--12

EN

For the past two decades, atomic force acoustic microscopy (AFAM), an advanced scanning probe microscopy technique, has played a promising role in materials characterization with a good lateral resolution at micro/nano dimensions. AFAM is based on inducing out-of-plane vibrations in the specimen, which are generated by an ultrasonic transducer. The vibrations are sensed by the AFM cantilever when its tip is in contact with the material under test. From the cantilver’s contactresonance spectra, one determines the real and the imaginary part of the contact stiffness k*, and then from these two quantities the local indentation modulus M' and the local damping factor Qloc-1 can be obtained with a spatial resolution of less than 10 nm. Here, we present measured data of M' and of Qloc-1 for the insulating amorphous material, a-SiO2. The amorphous SiO2 layer was prepared on a crystalline Si wafer by means of thermal oxidation. There is a spatial distribution of the indentation modulus M' and of the internal friction Qloc-1. This is a consequence of the potential energy landscape for amorphous materials.

8

Low-Frequency Mechanical Spectroscopy of Lanthanum Cobaltite Based Mixed Conducting Oxides

Wu X. S., Cao J. F., Chen Z. J., Liu W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 3

1733--1738

EN

The low-frequency mechanical spectra of lanthanum cobaltite based mixed conducting oxides have been measured using a computer-controlled inverted torsion pendulum. The results indicate that the internal friction spectra and shear modulus depend on the Sr doping contents (x). For undoped samples, no internal friction peak is observed. However, for La0.8Sr0.2CoO3-δ, three internal friction peaks (P2, P3 and P4) are observed. In addition to these peaks, two more peaks (P0 and P1) are observed in La0.6Sr0.4CoO3‒δ. The P0 and P1 peaks show characteristics of a phase transition, while the P2, P3 and P4 peaks are of relaxation-type. Our analysis suggests that the P0 peak is due to a phase separation and the P1 peak is related to the ferromagnetic–paramagnetic phase transition. The P2, P3 and P4 peaks are associated with the motion of domain walls. The formation of this kind of domain structure is a consequence of a transformation from the paraelastic cubic phase to the ferroelastic rhombohedral phase. With partial substitution of Fe for Co, only one peak is observed, which is discussed as a result of different microstructure.

9

Internal Friction of Li7La3Zr2O12 Based Lithium Ionic Conductors

Wang X. P., Song L., Hu J., Xia Y. P., Xia Y., Gao Y. X., Zhang L. C., Magalas L. B., Fang Q. F.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

21--24

EN

The diffusion mechanisms of lithium ions in tetragonal phase as well as in Al and Nb stabilized cubic Li7La3Zr2O12 compounds were investigated by low-frequency internal friction technique. In the cubic Li7La3Zr2O12 phase, a remarkable relaxation-type internal friction peak PC with a peak height up to 0.12 was observed in the temperature range from 15°C to 60°C. In the tetragonal phase however, the height of the PT peak dropped to 0.01. The obvious difference of the relaxation strength between the cubic and tetragonal phases is due to the different distribution of lithium ions in lattice, ordered in the tetragonal phase and disordered in the cubic phase. Based on the crystalline structure of the cubic garnet-type Li7La3Zr2O12 compound, it is suggested that the high internal friction peak in the cubic phase may be attributed to two diffusion processes of lithium ions: 96h↔96h and 96h↔24d.

10

Internal Friction and Microstructure of Ti and Ti-Mo Alloys Containing Oxygen

Martins Jr J. R. S., Araújo R. O., Nogueira R. A., Grandini C. R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

25--30

EN

Ti-Mo alloys are promising materials for use as biomaterials, because these alloys have excellent corrosion resistance and a good combination of mechanical properties such as fatigue, low elastic modulus, hardness, and wear resistance. The objective of this paper was to study the effect of heavy interstitial atoms on anelastic properties of Ti-Mo alloys using mechanical spectroscopy. The internal friction and Young’s modulus were measured as a function of temperature using dynamic mechanical analyser. The internal friction spectra were brought about by relaxation processes attributed to shortrange stress induced reorientation of interstitial and substitutional complexes in solid solution. It is suggested that the nature of the relaxing entities can be worked out in further research on Ti-Mo single crystals.

11

Andrew Granato: A Memorial Tribute

Magalas L. B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 1

1--4

EN

The following Is the text in memory of the late Andy Granato, professor in physics and materials science.

PL

Ten tekst poświęcony jest pamięci zmarłego Andy'ego Granato profesora fizyki i materiałoznawstwa.

12

Change of internal friction on aluminium alloy EN AC 51200 depending on temperature

Uhricik M., Dresslerova Z., Soviarova A., Palcek P.

Production Engineering Archives

|

2015

|

Vol. 6, No. 1

17--20

EN

The article is focused on the analysis of changes in the dependence on temperature on the aluminium alloy EN AC 51200 (10,1% Mg, 1,32% Si and 0,43% Mn) by internal friction. Internal friction is a property of the material measured on the ultrasonic resonant apparatus at a frequency of about f = 20470 Hz. The measured temperature range was from 50 °C up to 420 °C. The precise measurement of the internal friction can be monitored on an ongoing process by structural changes and various mechanisms that prevent these changes.

13

The Internal Friction of Single Crystals, Bicrystals and Polycrystals of Pure Magnesium

Jiang W. B., Kong Q. P., Magalas L. B., Fang Q. F.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 1

371--375

EN

The internal friction of magnesium single crystals, bicrystals and polycrystals has been studied between room temperature and 450°C. There is no internal friction peak in the single crystals, but a prominent relaxation peak appears at around 160°C in polycrystals. The activation energy of the peak is 1.0 eV, which is consistent with the grain boundary self-diffusion energy of Mg. Therefore, the peak in polycrystals can be attributed to grain boundary relaxation. For the three studied bicrystals, the grain boundary peak temperatures and activation energies are higher than that of polycrystals, while the peak heights are much lower. The difference between the internal friction peaks in bicrystals and polycrystals is possibly caused by the difference in the concentrations of segregated impurities in grain boundaries.

PL

Badania tarcia wewnętrznego w monokryształach, bikryształach i polikryształach magnezu przeprowadzono w zakresie temperatur między temperaturą pokojową a 450°C. W monokryształach magnezu nie występuje pik tarcia wewnętrznego, ale wyraźny pik relaksacyjny pojawia się przy około 160°C w polikryształach. Energia aktywacji piku wynosi 1,0 eV, co jest zgodne z energią autodyfuzji Mg przez granice ziaren. Z tego względu pik tarcia wewnętrznego występujący w polikryształach można przypisać relaksacji granic ziaren. W przypadku trzech badanych bikryształów temperatury pików pochodzących od granic ziaren i ich energie aktywacji są wyższe niż w przypadku polikryształów, ale wysokości tych pików są znacznie niższe. Różnica między pikami tarcia wewnętrznego w bikryształach i polikryształach jest prawdopodobnie spowodowana przez różnicę stężeń zanieczyszczeń segregujących na granicach ziaren.

14

Mechanical Spectroscopy of Ordered Binary Au-Cu

Tkalcec I., Mari D., Schaller R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

2093--2096

EN

We have studied a binary Au-Cu single crystal by mechanical spectroscopy. Upon very slow cooling from high temperatures, additional relaxation peaks arise at lower frequencies in isothermal spectra after the disappearing of the Zener peak below 665 K due to ordering. A high transient peak is visible at 660 K and it progressively disappears on cooling until 625 K. Another high peak is clearly visible upon following heating until 660 K. Above that temperature it decreases in parallel with the increase of the Zener peak. If the ordered structure is obtained by slowly heating the sample that has been quenched from the disordered state, no low-frequency peak is visible in the isothermal spectra, only a much lower background, which further decreases in parallel with the reappearance of the Zener peak. The low frequency relaxations are possibly due to the movement of antiphase boundaries and twin interfaces in the ordered structures.

PL

Przy użyciu spektroskopii mechanicznej badano monokryształ Au-Cu. Podczas bardzo powolnego chłodzenia z wysokich temperatur, w skutek uporządkowania pojawiają się dodatkowe piki relaksacyjne przy niższych częstotliwościach w widmach izotermicznych po zniknięciu piku Zenera poniżej 665 K. Wysoki pik przejścia widoczny jest w 660 K i stopniowo znika podczas chłodzenia aż do 625 K. Kolejny wysoki pik jest wyraźnie widoczny podczas ogrzewania do 660 K. Powyżej tej temperatury pik ten zmniejsza się ze wzrostem piku Zenera. Jeśli uporządkowaną strukturę uzyskuje się przez powolne ogrzewanie próbki, która wcześniej została schłodzona w stanie nieuporządkowanym, to żaden pik o niskiej częstotliwości nie jest widoczny w widmie izotermicznym, a tylko obserwuje się o wiele niższe tło, które jeszcze bardziej zmniejsza się aż do ponownego pojawienia się piku Zenera. Relaksacje przy niskiej częstotliwości prawdopodobnie są spowodowane ruchem granic antyfazowych i bliźniaczych w strukturach uporządkowanych.

15

Mechanical Spectroscopy of MgB2 Containing SiC

Silva M. R., Silva L. B. S., Rodriques Jr. D., Grandini C. R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

3083--3086

EN

The compound magnesium diboride (MgB2) has been well-known since the 1950s; however, its superconducting properties were unknown. Intrinsic characteristics of MgB2 make this material a promising candidate for technological applications, although the low value of the irreversibility field and the decrease in critical current density with the increase in the magnetic field considerably reduce its utility. The present work aimed to study the effect of carbon-based doping on anelastic properties of MgB2 as measured by mechanical spectroscopy. The samples were prepared by using the powder-intube method. The samples were made with 5, 7.5, and 10 wt.% of silicon carbide (SiC). The results reveal complex mechanical loss spectra caused by the interaction between point defects and surface defects in the crystalline lattice of MgB2.

PL

Dwuborek związek magnezu (MgBV) jest znany od 1950 roku; jednak jego właściwości nadprzewodzące były nieznane. Swoiste cechy MgB2 czynią ten materiał obiecującym kandydatem do zastosowań technicznych, jednak niskie wartości nieodwracalnego pola i zmniejszenie krytycznej gęstości prądu ze wzrostem pola magnetycznego znacznie zmniejszają jego użyteczność. Celem pracy było zbadanie wpływu domieszkowania związkiem węgla na anelastyczne właściwości MgB2 mierzone metodą spektroskopii mechanicznej. Próbki zostały przygotowane za pomocą metody powder-in-tube (PIT). Wytworzono próbki o zawartości 5, 7.5 i 10 % wag. węglika krzemu (SiC). Wyniki pokazują złożone widma strat mechanicznych powodowanych przez wzajemne oddziaływanie pomiędzy defektami punktowymi i defektami powierzchniowymi w sieci krystalicznej MgB2.

16

Mechanical Spectroscopy of Bearing Steel

Lu X., Li W., Lu X., Jin M., Min N., Jin X.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

2085--2091

EN

This study presents mechanical spectroscopy of bearing steel subjected to different heat treatments. A non-thermally activated maximum, P1, was found at 130°C, in quenched martensitic samples, which were austenitized at 1050°C and 860°C, and presented twin martensite microstructures. It is suggested that the mechanism of the P1 maximum, observed on the low-temperature side of Snoek-Köster peak, is related to the change of defect configurations in twinned martensite assisted with high mobility of the solute carbon atoms under an external harmonic stress field applied during mechanical loss measurements.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań spektroskopii mechanicznej stali łożyskowej poddanej różnej obróbce cieplnej. W hartowanych martenzytycznych próbkach, które były austenityzowane w 1050°C i 860°C, i posiadały bliźniaczą mikrostrukturę martenzytu, występuje nietermicznie aktywowane maksimum P1 przy 130°C. Sugeruje się, że mechanizm maksimum P1, które występuje na niskotemperaturowym zboczu piku Snoek-Köstera, związane jest ze zmianą konfiguracji defektów w bliźniaczym martenzycie, przy wysokiej ruchliwości atomów węgla. Maksimum P1 ujawnia się pod wpływem działania harmonicznie zmiennego zewnętrznego pola naprężeń przyłożonego do próbki w trakcie badań metodą spektroskopii mechanicznej.

17

Internal Friction of Phase Transformations Observed Around Room Temperature in Ga-In-Sn Eutectic Alloys

Jin M., Li Q., Ying R., Lu X., Jin X., Ding X.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

2097--2100

EN

The phase transformation phenomena in eutectic Ga-In-Sn alloys around room temperature are studied by thermal analysis, internal friction, and in-situ XRD methods. The results show that in addition to the solidification transformation, a novel the so-called ‘pre-solidification’ phase transition, demonstrating first-order feature, is observed prior to the crystallization during cooling. The internal friction increases when the ‘pre-solidification’ effect occurs. The shear modulus increases until crystallization. An internal friction peak is attributed to the melting process observed during heating. The mechanism of the ‘pre-solidification’ transformation in Ga-In-Sn eutectic alloy is discussed.

PL

Zjawiska przemian fazowych w eutektycznych stopach Ga-In-Sn, około temperatury pokojowej, badane są metodami analizy termicznej, tarcia wewnętrznego i XRD in-situ. Wyniki pokazują, że w dodatku do przemiany krzepnięcia, nowa przemiana tzw. „wstępne krzepnięcie”, o charakterze przemiany pierwszego rzędu, obserwowana jest przed krystalizacją podczas chłodzenia. Tarcie wewnętrzne zwiększa się, gdy występuje „wstępnie krzepnięcie”. Moduł sprężystości poprzecznej zwiększa się aż do krystalizacji. Wewnętrzny pik tarcia przypisany jest do topienia obserwowanego podczas ogrzewania. Omówiono mechanizm przemiany „wstępnego krzepnięcia” w eutektycznym stopie Ga-In-Sn.

18

Internal Friction and Dynamic Modulus in Ultra-High Temperature Ru-Nb Functional Intermetallics

Nó M. L., Dirand L., Denquin A., San Juan J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

3069--3072

EN

In the present work we have studied the high-temperature shape memory alloys based on the Ru-Nb system by using two mechanical spectrometers working in temperature ranges from 200 to 1450ºC and -150 to 900ºC. We have studied internal friction peaks linked to the martensitic transformations in the range from 300 to 1200ºC. In addition, we have evidenced another internal friction peak at lower temperature than the transformations peaks, which apparently exhibits the behaviour of a thermally activated relaxation peak, but in fact is a strongly time-dependent peak. We have carefully studied this peak and discussed its microscopic origin, concluding that it is related to the interaction of some structural defects with martensite interfaces. Finally, we perform a complete analysis of the whole internal friction spectrum, taking into account the possible relationship between the time-dependent peak and the martensitic transformation behaviour.

PL

W niniejszej pracy badano wysokotemperaturowe stopy z pamięcią kształtu z układu Ru-Nb, przy użyciu dwóch spektrometrów mechanicznych pracujących w zakresach temperatur od 200 do 1450ºC i -150 do 900ºC. Zbadano piki tarcia wewnętrznego związane z przemianami martenzytycznymi w zakresie od 300 do 1200ºC. Ponadto, wykazano występowanie innego piku tarcia wewnętrznego przy niższej temperaturze niż pików przemiany, który ma cechy aktywowanego termicznie piku relaksacji, ale w rzeczywistości jest to pik silnie zależny od czasu. Dokładnie zbadano ten pik i omówiono jego pochodzenie w mikro skali, stwierdzając, że jest to związane z oddziaływaniem niektórych wad strukturalnych z granicami martenzytu. Na koniec, wykonano kompletną analizę całego spektrum wewnętrznego tarcia, biorąc pod uwagę możliwość związku między pikiem zależnym od czasu i zachowaniem przemiany martenzytycznej.

19

Development of High-Resolution Mechanical Spectroscopy, HRMS: Status and Perspectives. HRMS Coupled with a Laser Dilatometer

Magalas L. B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

2069--2076

EN

Recent achievements in the development of low-frequency high-resolution mechanical spectroscopy (HRMS) are briefly reported. It is demonstrated that extremely low values of the loss angle, ϕ, (tanϕb = 1×10−5) can be measured as a function of frequency, and the precision in estimation of the dynamic modulus is better than 1×10−5 in arbitrary units. Three conditions must be fulfilled to obtain high resolution in subresonant and resonant mechanical loss measurements: (1) noise in stress and elastic strain signals must be lower than 70 dB, (2) high quality of stress and strain signals must be tested both in the frequency- and time-domains, and (3) the estimation of the mechanical loss and modulus must be verified by at least two different computing methods operating in the frequency- and time-domains. It is concluded that phase measurements in the subresonant domain are no longer determined by precision in estimation of the loss angle. Recent developments in high-resolution resonant mechanical loss measurements stem from the application of advanced nonparametric and parametric computing methods and algorithms to estimate the logarithmic decrement and the elastic modulus from exponentially damped free decaying oscillations embedded in experimental noise. It is emphasized that HRMS takes into account the presence of noise in the stress and strain signals, which has not yet been addressed in the literature. The coupling of a low-frequency mechanical spectrometer with an in-situ laser dilatometer is suggested as a new perspective research area in Materials Science.

PL

W pracy przedstawiono najnowsze osiągnięcia związane z powstaniem i rozwojem niskoczęstotliwościowej wysokorozdzielczej spektroskopii mechanicznej, HRMS. Wykazano, że możliwym jest pomiar skrajnie niskich wartości kąta strat ϕ, (tanϕb = 1×10−5) mierzonych w funkcji częstotliwości, zaś dokładność pomiaru dynamicznego modułu sprężystości jest lepsza niż 1×10−5, w jednostkach względnych. Do uzyskania wysokiej rozdzielczości w zakresie subrezonansowej i rezonansowej spektroskopii mechanicznej koniecznym jest spełnienie trzech warunków: (1) szum w sygnałach naprężeń i odkształceń sprężystych musi być bardzo niski, tzn. poniżej poziomu 70 dB, (2) sygnały naprężeń i odkształceń sprężystych muszą być wysokiej jakości i muszą przejść stosowne testy zarówno w dziedzinie częstotliwości, jak i czasu, (3) obliczone wartości strat mechanicznych i modułu sprężystości muszą być zweryfikowane przez co najmniej dwie różne metody obliczeń prowadzone w dziedzinie częstotliwości i czasu. Jednym z najważniejszych wniosków jest stwierdzenie, że pomiary różnic w fazie pomiędzy sygnałami naprężenia i odkształcenia sprężystego w zakresie subrezonansowym, nie są zdeterminowane, jak dotychczas twierdzono, przez ograniczenia w dokładności obliczeń kąta strat. Najnowsze osiągnięcia uzyskane w rozwoju wysokorozdzielczej rezonansowej spektroskopii mechanicznej wynikają z zastosowania nowych zaawansowanych nieparametrycznych i parametrycznych metod obliczeń i algorytmów do estymacji logarytmicznego dekrementu tłumienia oraz modułu sprężystości z wykładniczo tłumionych swobodnie zanikających oscylacji zawierających szum eksperymentalny. W pracy podkreślono, że wysokorozdzielcza spektroskopia mechaniczna HRMS uwzględnia obecność szumu w sygnałach naprężeń i odkształceń, która dotychczas nie była brana pod uwagę w literaturze światowej. Wykazano również, że połączenie niskoczęstotliwościowego spektrometru mechanicznego z in-situ dylatometrem laserowym w jednym urządzeniu badawczym otwiera nowe możliwości poznawcze w zakresie inżynierii materiałowej.

20

Critical Assessment Of The Issues In The Application Of Hilbert Transform To Compute The Logarithmic Decrement

Majewski M., Magalas L. B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1105--1108

EN

The parametric OMI (Optimization in Multiple Intervals), the Yoshida-Magalas (YM) and a novel Hilbert-twin (H-twin) methods are advocated for computing the logarithmic decrement in the field of internal friction and mechanical spectroscopy of solids. It is shown that dispersion in experimental points results mainly from the selection of the computing methods, the number of oscillations, and noise. It is demonstrated that conventional Hilbert transform method suffers from high dispersion in internal friction values. It is unequivocally demonstrated that the Hilbert-twin method, which yields a ‘true envelope’ for exponentially damped harmonic oscillations is superior to conventional Hilbert transform method. The ‘true envelope’ of free decaying strain signals calculated from the Hilbert-twin method yields excellent estimation of the logarithmic decrement in metals, alloys, and solids.

PL

Do estymacji logarytmicznego dekrementu tłumienia w spektroskopii mechanicznej i w badaniach tarcia wewnętrznego ciał stałych zarekomendowano w pracy następujące metody obliczeniowe: metodę parametryczną OMI (Optimization in Multiple Intervals), metodę Yoshida-Magalas (YM) i nową metodę Hilbert-twin (H-twin). Wykazano, że dyspersja punktów eksperymentalnych logarytmicznego dekrementu tłumienia i tarcia wewnętrznego zdeterminowana jest przede wszystkim wyborem metody obliczeniowej, liczbą oscylacji i obecnością szumu w dyskretnych sygnałach odkształceń sprężystych badanych materiałów. Zastosowanie do obliczeń logarytmicznego dekrementu tłumienia klasycznej transformaty Hilberta powoduje bardzo dużą dyspersję punktów eksperymentalnych. W pracy wykazano, że metoda Hilbert-twin (transformata Hilberta zbliźniakowanego dyskretnego sygnału odkształceń sprężystych) po raz pierwszy umożliwia uzyskanie „prawdziwej obwiedni” wykładniczo tłumionych drgań harmonicznych próbki. Nowa metoda obliczeń „prawdziwej obwiedni” umożliwia bardzo dokładną estymację logarytmicznego dekrementu tłumienia w materiałach metalicznych i w ciałach stałych.