Dezvoltarea unei abordări holistice pentru măsurarea forței și a deformării în încercările de tracțiune de mare viteză

Rezultate și discuții

Pentru a determina proprietățile materialelor în cadrul testelor de mare viteză în general, pot fi utilizate diferite tehnici de măsurare a deformării, cum ar fi tensiometre, extensometre optice, sisteme laser sau camere de mare viteză [6]. Prin analiza DIC suplimentară a imaginilor de mare viteză, devine posibilă vizualizarea distribuției deformațiilor pe întreaga epruvetă. Același lucru este valabil și pentru măsurătorile forței, care pot fi efectuate fie prin intermediul celulelor de sarcină integrate în sistem, fie prin tehnici fără inerție.

a. Măsurarea forței

Pentru a evalua calitatea măsurării forței cu o celulă de sarcină, se face o comparație cu forțele calculate prin analiza DIC și camera HPV-X2. O măsurătoare precisă devine disponibilă atunci când se proiectează o secțiune dinamo-metru pentru specimen. Prin urmare, pentru aceste investigații este utilizat un specimen ușor asimetric (Figura 5). Această geometrie permite o măsurare a deformării în secțiunea de măsurare și o măsurare a forței în secțiunea dinamometrului cu analiză DIC în același timp.

În mod normal, secțiunea dinamometrului este o zonă în care nu are loc nicio deformare plastică. Transferat pentru FRP, se înțelege o secțiune în care este permisă determinarea modulului Young. Deoarece determinarea modulului lui Young este permisă în limitele de la 0,05 la 0,25% [8], se implementează un modul variabil în funcție de deformarea totală, care este adecvat pentru comportamentul viscoelastic al materialului GFR-EP. Astfel, forța, care apare efectiv pe eșantion, poate fi determinată prin σ = Eꞏε (Legea lui Hooke)  F = EꞏεꞏA. Cu toate acestea, modulul lui Young trebuie să fie determinat pe o bază dinamică, deoarece proprietățile cvasi-statice ale materialului nu pot fi transferate la încercări de mare viteză. Prin urmare, singura posibilitate de a determina un modul Young corect este un calcul în scurta perioadă de timp dintre impactul la dispozitivul de abordare și undele de tensiune elastică care se deplasează până ajung la celula de sarcină din partea inferioară a sistemului de testare. În plus, este important să se facă o medie a deformării măsurate în secțiunea dinamometrului pe aceeași lățime a epruvetei, la care se referă secțiunea transversală A.

Figura 5 arată compararea forțelor de încercare măsurate cu ajutorul celulei de sarcină față de DIC, atunci când se utilizează un dispozitiv de abordare conic și o viteză de încercare de 8 m/s. Modulul variabil menționat mai sus este legat de evoluția deformației medii (caseta albastră) de la 0 la 0,8% pe parcursul întregului test.

Se poate observa că cele două curbe nu diferă foarte mult, ceea ce conduce la presupunerea că și utilizarea celulei de sarcină fără nicio tehnică de măsurare suplimentară este eficientă. Cu forțe de încercare mai mari, există abateri cauzate de forțele oscilante și de undele de tensiune reflectate în trenul de sarcină. La începutul testului, undele de tensiune sunt induse în trenul de sarcină, ceea ce duce la oscilații ale semnalului de forță, așa cum se observă între 25 și 75 μs. Pe parcursul testului, aceste unde de solicitare se deplasează prin trenul de sarcină și celula de sarcină, unde sunt reflectate. În funcție de defazare și amplitudine, undele se pot anula reciproc sau se pot amplifica, ceea ce, la rândul său, duce la deviații fluctuante ale semnalului de forță, așa cum se observă între 75 și 125 μs. Acest lucru arată că măsurarea forței prin analiza DIC este adesea esențială pentru a obține rezultate fiabile. Astfel, propagarea și interferențele nu pot fi prezise și, prin urmare, utilizarea unui factor de corecție nu este eficientă. Cu toate acestea, semnalul de forță este mai puțin influențat de undele de stres decât era de așteptat, astfel încât este posibil să se determine proprietățile corecte ale materialului cu ajutorul celulei de sarcină integrate. Prima explicație pentru acest comportament ar putea fi utilizarea gabaritului de abordare conică, deoarece acesta nu conține un inel de cauciuc. Prin urmare, nu sunt de așteptat influențe asupra proprietăților materialului, în special la începutul testului. Cu toate acestea, pe măsură ce testul avansează, influențele undelor de tensiune devin mai mari, deoarece acestea sunt reflectate la celula de sarcină.

b. Măsurarea deplasării și a deformării

Cu configurația de testare prezentată, există mai multe tehnici disponibile pentru măsurarea deformării: Cursa pistonului, GDS și DIC. În timp ce cursa pistonului măsoară mișcarea reală a pistonului în partea superioară a trenului de sarcină, GDS măsoară doar deplasarea dintre mânere. Pe de altă parte, cu analiza DIC, deplasările și deformațiile pot fi înregistrate direct pe epruvetă.

Astfel, numai cu ajutorul analizei DIC este posibilă determinarea tulpinilor reale. Sunt de așteptat diferențe între aceste metode, care ar putea fi cauzate de următoarele influențe:

• Componente cu rigidități diferite implicate în trenul de încărcare
• Deformarea elastică a componentelor din trenul de încărcare
• Efecte de amortizare prin compresie și proprietăți de absorbție a forței ale cauciucului
• Măsurarea distanței până la

După cum se poate vedea în Figura 6, efectele menționate mai sus ar putea duce la abateri semnificative în curbele de deformare rezultate. După cum era de așteptat, senzorul cursei pistonului este destul de liniar și diferă mult de celelalte curbe, deoarece majoritatea componentelor și deformarea acestora sunt incluse în această măsurătoare. În plus, impactul și coliziunile multiple cu jigul de abordare au putut fi înregistrate prin cursa pistonului. Abaterile dintre GDS și DIC sunt mici la tensiuni scăzute, dar cresc pe măsură ce timpul de testare avansează. Dar, după cum se poate observa în secțiunea mărită, pantele tangentelor aplicate în limitele date sunt egale, astfel încât GDS funcționează bine în cazul tensiunilor mici, unde intră în calcul efecte precum încovoierea epruvetei, probleme de fixare sau joc.

Pentru a vizualiza distribuția deformațiilor la nivelul epruvetei, Figura 7 arată deformarea totală la diferite momente de testare. Este evident că geometria probei funcționează bine, deoarece distribuția deformațiilor în secțiunea de măsurare este omogenă. Cu toate acestea, poate fi observată o distribuție neomogenă a deformațiilor în secțiunea dinamometrului, care se datorează orientării bidirecționale a fibrelor. Deoarece epruveta este alcătuită din fibre continue, sarcina în straturile de 0° din mijlocul epruvetei este transferată de la secțiunea de măsurare la secțiunea dinamometrică

în timp ce fibrele exterioare sunt supuse unei forțe mai mici. Din aceste constatări se poate concluziona că orice măsurătoare locală a deformării, cum ar fi tensiometrele, nu va funcționa corect pentru măsurarea forței în secțiunea dinamometrului, deoarece acolo se poate găsi o distribuție neomogenă a deformării.