اندازه‌گیری تنش پسماند در قطعات پلیمری به کمک روش انطباق تصاویر دیجیتالی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، برای بررسی و اندازه‌گیری تنش پسماند و تاثیرات آن بر میزان کرنش­‌ در قطعات پلیمری، از ترکیب روش انطباق تصاویر دیجیتال و روش سوراخکاری استفاده شده است. با اعمال خمش روی قطعات و اعمال جابجایی ثابت، تنش خمشی ایجاد شده و با استفاده از تجهیز ساخته شده، اندازه‌گیری شده است. در این راستا قطعات پلیمری از جنس پلکسی­گلس با ضخامت­های مختلف، تحت خمش سه نقطه­ای با اندازه­های مختلف مورد آزمون قرار گرفته و در نهایت نتایج بدست آمده از روش معرفی شده در این مقاله، با نتایج تحلیل نظری و شبیه­سازی اجزای محدود، مقایسه و صحت­سنجی شده است. مواد پلیمری مورد آزمایش به دلیل ضرایب کشسانی پایین، دارای کرنش آزاد شده­ی بسیار بیشتری نسبت به نمونه­‌های فلزی هستند و بررسی کرنش­‌های آزاد شده در آن­ها نیازمند کرنش­سنج­های با گستره بسیار بالاتری می­باشد. بررسی نتایج نشان می­دهد که ترکیب روش انطباق تصاویر دیجیتالی و سوراخکاری، قابلیت اندازه‌­گیری تنش پسماند با دقت بالا (در حدود اختلاف کمتر از 10%) را دارا می­باشد. روش به کار گرفته شده در این مقاله با برطرف کردن محدودیت‌­های روش مرسوم استفاده از کرنش­سنج، کرنش­ها را در محدوده­ی بسیار گسترده‌‌تری اندازه­گیری می­‌کند و جایگزین مناسبی برای روش کرنش­سنجی سوراخ در اندازه‌گیری تنش پسماند نمونه­‌های پلیمری خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Mathar J. Determination of initial stresses by measuring the deformation around drilled holes. Trans. ASME.;56(4):249-54, 1934.
  • Nelson DV, Makino A, Schmidt T. Residual stress determination using hole drilling and 3D image correlation. Experimental Mechanics ;46(1):31-8, 2006 Feb.
  • Lord JD, Penn D, Whitehead P. The application of digital image correlation for measuring residual stress by incremental hole drilling. InApplied Mechanics and Materials (Vol. 13, pp. 65-73). Trans Tech Publications Ltd, 2008.
  • Chang CW, Chen PH, Lien HS. Evaluation of residual stress in pre-stressed concrete material by digital image processing photoelastic coating and hole drilling method. Measurement.;42(4):552-8, 2009 May 1.
  • ASTM E. 837-13a Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the Hole-Drilling Strain-Gage Method. ASTM International, West Conshohocken. 2013 Oct.
  • Yuksel O, Baran I, Ersoy N, Akkerman R. Investigation of transverse residual stresses in a thick pultruded composite using digital image correlation with hole drilling. Composite structures.;223:110954, 2019 Sep 1.
  • Ghasemi Tamami P, Akbari D, Azadi F. Non-destructive residual stress measurement using digital image correlation method. NDT Technology.;2(3):50-8, 2019 Feb 20.
  • Azadi F, Akbari D, Ghasemi Tamami P. Application of Digital Image Correlation method for measurement of residual stress (A review). NDT Technology.;2(5):70-82, 2020 Feb 20.
  • Zhang DS, Arola DD. Applications of digital image correlation to biological tissues. Journal of Biomedical Optics. 9(4):691-9, 2004 Jul.
  • Moghaddam HK, Maraki MR, Rajaei A. Application of carbon nanotubes (CNT) on the computer science and electrical engineering: A review. International Journal of Reconfigurable and Embedded Systems.9(1):61, 2020 Mar 1.
  • Sutton MA, Ke X, Lessner SM, Goldbach M, Yost M, Zhao F, Schreier HW. Strain field measurements on mouse carotid arteries using microscopic three‐dimensional digital image correlation. Journal of Biomedical Materials Research Part A: An Official Journal of The Society for Biomaterials, The Japanese Society for Biomaterials, and The Australian Society for Biomaterials and the Korean Society for Biomaterials. 84(1):178-90, 2008 Jan.
  • Ghasemi AR, Taheri-Behrooz F, Shokrieh MM. Determination of non-uniform residual stresses in laminated composites using integral hole drilling method: Experimental evaluation. Journal of composite materials.;48(4):415-25, 2014 Feb.
  • Akbari S, Taheri-Behrooz F, Shokrieh MM. Characterization of residual stresses in a thin-walled filament wound carbon/epoxy ring using incremental hole drilling method. Composites Science and Technology.;94:8-15, 2014 Apr 9.
  • Shokrieh MM, Ghasemi K AR. Determination of calibration factors of the hole drilling method for orthotropic composites using an exact solution. Journal of Composite materials; 41(19):2293-311, 2007 Oct.
  • Ghasemi AR, Mehrdad SM. Development of an integral method for determination of non-uniform residual stresses in laminated composites, 347-355, 2008.
  • Ghasemi AR, Shokrieh MM. Residual strains measurement and calculating residual stresses in composite laminates using the integral method. Esteghlal. 28(2):81-93, 2010.
  • Shokrieh MM. Simulation of central hole drilling process for measurement of residual stresses in isotropic, orthotropic, and laminated composite plates. Journal of Composite materials. 41(4):435-52, 2007 Feb.
  • Ghasemi AR, Taheri-Behrooz F, Shokrieh MM. Measuring residual stresses in composite materials using the simulated hole drilling method. InResidual stresses in composite materials (pp. 111-162), Woodhead Publishing, 2021 Jan 1.
  • Sutton MA, Wolters WJ, Peters WH, Ranson WF, McNeill SR. Determination of displacements using an improved digital correlation method. Image and vision computing.;1(3):133-9, 1983 Aug
  • Hild F, Roux S. Digital image correlation. Optical methods for solid mechanics. A full-field approach. 367:183-228, 2012.
  • Haddadi H, Belhabib S. Use of rigid-body motion for the investigation and estimation of the measurement errors related to digital image correlation technique. Optics and Lasers in Engineering. 46(2):185-96, 2008 Feb 1.
  • Lionello G, Cristofolini L. A practical approach to optimizing the preparation of speckle patterns for digital-image correlation. Measurement Science and Technology. 25(10):107001, 2014 Sep 15.
  • Palanca M, Brugo TM, Cristofolini L. Use of digital image correlation to investigate the biomechanics of the vertebra. Journal of Mechanics in Medicine and Biology. 15(02):1540004, 2015 Apr 30.
    • Madenci E, Guven I. The finite element method and applications in engineering using ANSYS®. Springer; 2015 Feb 10.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار