Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phát Triển Mới Của Phương Pháp Tương Đồng Thể Tích Số Để Nghiên Cứu Vật Liệu Bị Gãy
Tóm tắt
Nghiên cứu này báo cáo về Phương Pháp Tương Đồng Thể Tích Số (DVC) và những hạn chế của nó trong trường hợp cơ học gãy. Do độ nhạy của nó, việc phát hiện sự mở gãy ở mức độ dưới pixel là cực kỳ khó khăn và do đó nó không cung cấp ước lượng chính xác về các yếu tố cường độ ứng suất. Để giải quyết những hạn chế này, một phương pháp DVC cải tiến đã được đề xuất để khắc phục những vấn đề không chắc chắn tại khu vực gần vết nứt. Phương pháp này (H-DVC) được phát triển bằng cách sử dụng quá trình tối thiểu hóa cổ điển, bao gồm các hàm Heaviside trong đại diện trường động lực học. Các mô phỏng ban đầu đã được thực hiện cho các chế độ mở và trượt bằng cách sử dụng DVC cổ điển và H-DVC đề xuất. Từ những bài kiểm tra này, giới hạn phát hiện vết nứt đã được đánh giá đến một bước nhảy 0,1 voxel. Việc so sánh trực tiếp hiệu suất giữa DVC và H-DVC đã được thực hiện trên một mẫu polymer đã gãy để phát hiện sự không liên tục động lực học và để làm nổi bật đóng góp đáng kể của cách tiếp cận mới này. Hơn nữa, độ dịch chuyển mở gãy cục bộ và Cường độ Ứng suất cục bộ (KI) được tính toán cho điều kiện tải kiểu I (chế độ mở được kích hoạt). Tính toán song song của phương pháp H-DVC đề xuất đã cho phép tiếp cận với các chi tiết có độ phân giải cao, mà thực sự không thể quan sát được bằng phương pháp DVC cổ điển. Điều này cho phép đánh giá tốt hơn sự phân bố của các hiện tượng tập trung trong các thể tích dưới tải.
Từ khóa
#phương pháp tương đồng thể tích số #cơ học gãy #tải kiểu I #độ dịch chuyển mở gãy #cường độ ứng suấtTài liệu tham khảo
Bay BK, Smith TS, Fyhrie DP, Saad M (1999) Digital volume correlation: three-dimensional strain mapping using X-ray tomography. Exp Mech 39:217–226. https://doi.org/10.1007/BF02323555
Smith TS, Bay BK, Rashid MM (2002) Digital volume correlation including rotational degrees of freedom during minimization. Exp Mech 42:272–278. https://doi.org/10.1007/BF0241098
Franck C, Hong S, Maskarinec SA et al (2007) Three-dimensional full-field measurements of large deformations in soft materials using confocal microscopy and digital volume correlation. Exp Mech 47:427–438. https://doi.org/10.1007/s11340-007-9037-9
Germaneau A, Doumalin P, Dupré J-C (2007) Full 3D measurement of strain field by scattered light for analysis of structures. Exp Mech 47:523–532
Roux S, Hild F, Viot P, Bernard D (2008) Three-dimensional image correlation from X-ray computed tomography of solid foam. Compos Part Appl Sci Manuf 39:1253–1265. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2007.11.011
Vitone C, Cotecchia F, Viggiani G, Hall SA (2013) Strain fields and mechanical response of a highly to medium fissured bentonite clay. Int J Numer Anal Meth Geomech 37:1510–1534. https://doi.org/10.1002/nag.2095
Bay BK (2008) Methods and applications of digital volume correlation. J Strain Anal Eng Des 43:745–760. https://doi.org/10.1243/03093247JSA436
Hall SA, Desrues J, Viggiani G, Besuelle P, Ando E (2012) Experimental characterisation of (localised) deformation phenomena in granular geomaterials from sample down to inter-and intra-grain scales. Procedia IUTAM 4:54–65. https://doi.org/10.1016/j.piutam.2012.05.007
Brault R, Germaneau A, Dupré JC et al (2013) In-situ analysis of laminated composite materials by X-ray micro-computed tomography and digital volume correlation. Exp Mech 53:1143. https://doi.org/10.1007/s11340-013-9730-9
Madi K, Tozzi G, Zhang QH et al (2013) Computation of full-field displacements in a scaffold implant using digital volume correlation and finite element analysis. Med Eng Phys 35:1298–1312. https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2013.02.001
Roberts BC, Perilli E, Reynolds KJ (2014) Application of the digital volume correlation technique for the measurement of displacement and strain fields in bone: a literature review. J Biomech 47:923–934. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2014.01.001
Forsberg F, Mooser R, Arnold M et al (2008) 3D micro-scale deformations of wood in bending: synchrotron radiation μCT data analyzed with digital volume correlation. J Struct Biol 164:255–262. https://doi.org/10.1016/j.jsb.2008.08.004
Barranger Y, Doumalin P, Dupre J-C et al (2009) Evaluation of three-dimensional and two-dimensional full displacement fields of a single edge notch fracture mechanics specimen, in light of experimental data using X-ray tomography. Eng Fract Mech 76:2371–2238. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2009.08.001
Réthoré J, Tinnes J-P, Roux S et al (2008) Extended three-dimensional digital image correlation (X3D-DIC). Comptes Rendus Mécanique 336:643–649. https://doi.org/10.1016/j.crme.2008.06.006
Limodin N, Réthoré J, Buffière J-Y et al (2009) Crack closure and stress intensity factor measurements in nodular graphite cast iron using three-dimensional correlation of laboratory X-ray microtomography images. Acta Mater 57:4090–4101. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2009.05.005
Pan B, Qian K, Xie H, Asundi A (2009) Two-dimensional digital image correlation for in-plane displacement and strain measurement: a review. Meas Sci Technol 20:062001. https://doi.org/10.1088/0957-0233/20/6/062001
Reu P (2012) Hidden components of DIC: calibration and shape function - part 1. Exp Tech 36:3–5. https://doi.org/10.1111/j.1747-1567.2012.00821.x
Valle V, Laou L, Léandry I et al (2017) Crack analysis in mudbricks under compression using specific development of stereo-digital image correlation. Exp Mech. https://doi.org/10.1007/s11340-017-0363-2
Valle V, Hedan S, Cosenza P et al (2015) Digital image correlation development for the study of materials including multiple crossing cracks. Exp Mech 55:379–391. https://doi.org/10.1007/s11340-014-9948-1
Wang T, Jiang Z, Kemao Q et al (2016) GPU accelerated digital volume correlation. Exp Mech 56:297–309. https://doi.org/10.1007/s11340-015-0091-4
Sutton MA, McNeill SR, Jang J, Babai M (1988) Effects of subpixel image restoration on digital correlation error estimates. Opt Eng 27(10):271070. https://doi.org/10.1117/12.7976778
Reu P (2012) Hidden components of 3D-DIC: interpolation and matching - part 2. Exp Tech 36:3–4. https://doi.org/10.1111/j.1747-1567.2012.00838.x
Bruck HA, McNeill SR, Sutton MA, Peters WH (1989) Digital image correlation using Newton-Raphson method of partial differential correction. Exp Mech 29:261–267. https://doi.org/10.1007/BF02321405
Pan B, Wang B, Wu D, Lubineau G (2014) An efficient and accurate 3D displacements tracking strategy for digital volume correlation. Opt Lasers Eng 58:126–135. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2014.02.003
Lekien F, Marsden J (2005) Tricubic interpolation in three dimensions. Int J Numer Methods Eng 63:455–471. https://doi.org/10.1002/nme.1296
Germaneau A, Doumalin P, Dupré J-C (2008) Comparison between X-ray micro-computed tomography and optical scanning tomography for full 3D strain measurement by digital volume correlation. NDT E Int 41:407–415. https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2008.04.001
Réthoré J, Hild F, Roux S (2007) Shear-band capturing using a multiscale extended digital image correlation technique. Comput Methods Appl Mech Eng 196:5016–5030. https://doi.org/10.1016/j.cma.2007.06.019
Sutton MA (2008) Digital image correlation for shape and deformation measurements. In: Sharpe WN (ed) Springer handbook of experimental solid mechanics. Springer US, Boston, MA, pp 565–600
Williams ML (1957) On the stress distribution at the base of a stationary crack. J Appl Mech 24:109–114
Ashby MF (2011) Materials selection in mechanical design. Butterworth-Heinemann, Burlington, MA
Friedrich K (1978) Analysis of crack propagation in isotactic polypropylene with different morphology. In: Fischer EW, Müller FH, Bonart R (eds) Physik der Duroplaste und anderer Polymerer. Steinkopff, Darmstadt, pp 103–112