Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phương pháp đo không tiếp xúc mới về biến dạng trong thử nghiệm kéo của màng mỏng thông qua kỹ thuật tương quan hình ảnh số
Tóm tắt
Kỹ thuật tương quan hình ảnh số đã được ứng dụng rộng rãi và hiệu quả trong việc đo lường các thuộc tính vật liệu. Bài báo này trình bày một phương pháp mới mang tên Phương pháp Tiến-Lùi, bằng cách kết hợp phương pháp giảm dần nhanh nhất và phương pháp Levenberg-Marquardt. Với phương pháp này, không còn cần thiết phải cung cấp ước lượng ban đầu về biến dạng. Hơn nữa, kết quả có thể luôn hội tụ đến điểm tối ưu tuyệt đối. Hơn nữa, bất kể biến dạng là lớn hay nhỏ, phương pháp này luôn có thể được áp dụng trực tiếp. Do đó, phương pháp này phù hợp hơn và có nhiều ưu điểm lớn so với các phương pháp thông thường khác. Phương pháp được đề xuất đã được thử nghiệm trên hai dạng biến dạng đơn giản khác nhau, bao gồm dịch chuyển cơ thể rắn và kéo giãn đồng nhất, bằng cách so sánh giá trị thực nghiệm với giá trị lý thuyết. Hình ảnh để xác minh đã được tạo ra thông qua mô phỏng số. Sau đó, các sai số đã được phân tích và cho thấy rằng sai số về dịch chuyển vào khoảng vài pixel và sai số về gradient dịch chuyển thường bị giới hạn trong 3%. Cuối cùng, đường cong ứng suất-biến dạng của BeCu được vẽ dựa trên dữ liệu đầu ra của phương pháp đề xuất. Từ những đường cong ứng suất-biến dạng này, các thuộc tính kéo của BeCu bao gồm mô đun đàn hồi, sức bền chảy 0,2%, sức bền kéo tối đa và biến dạng gãy đã được xác định.
Từ khóa
#kỹ thuật tương quan hình ảnh số #phương pháp đo không tiếp xúc #thử nghiệm kéo #màng mỏng #thuộc tính vật liệuTài liệu tham khảo
Nix, W. D., “Mechanical Properties of Thin Films,” Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 20, No. 11, pp. 2217–2245, 1989.
Kim, J.-B, and Jhang, K.-Y., “Non-Contact Measurement of Elastic Modulus by Using Laser Ultrasound,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 16, No. 5, pp. 905–909, 2015.
Small, M. K. and Nix, W., “Analysis of the Accuracy of the Bulge Test in Determining the Mechanical Properties of Thin Films,” Journal of Materials Research, Vol. 7, No. 6, pp. 1553–1563, 1992.
Park, J.-H., Bae, H.-Y., and Kim, Y.-J., “Determination of Tensile Properties and Residual Stresses of Ni-Co Thin Films,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 11, No. 5, pp. 771–778, 2010.
Shin, M.-S., Park, J.-H., and Kim, J., “Study on Effect of Mean Stress on Fatigue Life Prediction of Thin Film Structure,” Journal of Mechanical Science & Technology, Vol. 30, No. 4, 2016.
Choi, Y.-S, and Lee, J.-W., “Influence of Explosive Weight and Steel Thickness on Behavior of Steel Plates,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 16, No. 3, pp. 471–477, 2015.
Li, W., Xie, H., Yin, Z., and Xiong, Y., “A New Algorithm for Non-Rigid Shape Matching with Anisotropic-Scaling Transformation Parameters,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 16, No. 5, pp. 895–903, 2015.
Peters, W. and Ranson, W., “Digital Imaging Techniques in Experimental Stress Analysis,” Optical Engineering, Vol. 21, No. 3, Paper No. 213427, 1982.
Sutton, M. A., Wolters, W. J., Peters, W. H., Ranson, W. F., and McNeill, S. R., “Determination of Displacements Using an Improved Digital Correlation Method,” Image and vision Computing, Vol. 1, No. 3, pp. 133–139, 1983.
Schreier, H., Orteu, J.-J., and Sutton, M. A., “Image Correlation for Shape, Motion and Deformation Measurements,” Springer, 2009.
Peters, W. H., Ranson, W. F., Sutton, M. A., Chu, T. C., and Anderson, J., “Application of Digital Correlation Methods to Rigid Body Mechanics,” Optical Engineering, Vol. 22, No. 6, pp. 738–742, 1983.
Chu, T. C., Rason, W. F., Sutton, M. A., and Peters, W. H., “Applications of Digital-Image-Correlation Techniques to Experimental Mechanics,” Experimental Mechanics, Vol. 25, No. 3, pp. 232–244, 1985.
Bruck, H. A., McNeill, S. R., Sutton, M. A., and Peters, W. H., “Digital Image Correlation Using Newton-Raphson Method of Partial Differential Correction,” Experimental Mechanics, Vol. 29, No. 3, pp. 261–267, 1989.
Sutton, M., Turner, J., Bruck, H., and Chae, T., “Full-Field Representation of Discretely Sampled Surface Deformation for Displacement and Strain Analysis,” Experimental Mechanics, Vol. 31, No. 2, pp. 168–177, 1991.
Chen, F., Kang, D.-J., and Park, J.-H., “New Measurement Method of Poisson’s Ratio of PVA Hydrogels Using an Optical Flow Analysis for a Digital Imaging System,” Measurement Science and Technology, Vol. 24, No. 5, Paper No. 055602, 2013.
Duong, T. H., and Kim, H.-C., “Deformation Analysis of Rectangular Channel Structures in Micro Pattern Machining,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 16, No. 4, pp. 619–627, 2015.
Kang, D.-J., Chen, F., and Park, J.-H., “New Measurement Method of Poisson’s Ratio of Thin Films by Applying Digital Image Correlation Technique,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 15, No. 5, pp. 883–888, 2014.
Chen, Z., Zhang, X., and Fatikow, S., “3D Robust Digital Image Correlation for Vibration Measurement,” Applied Optics, Vol. 55, No. 7, pp. 1641–1648, 2016.
Kim, D.-K, Khalil, H., Nam, J.-S., and Park, K.-H., “Image-Based Tracking System for Rotating Object Vibration Measurement using Laser Scanning Vibrometer.” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 16, No. 8, pp. 1717–1721, 2015.
Kwon, B.-K., Won, J.-S., and Kang, D.-J., “Fast Defect Detection for Various Types of Surfaces Using Random Forest with VOV Features.” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 16, No. 5, pp. 965–970, 2015.
Lee, J.-S., Sheen, B.-J., and Cho, Y.-H., “Quantitative Tomographic Visualization for Irregular Shape Defects by Guided Wave Long Range Inspection.” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 16, No. 9, pp. 1949–1954, 2015.
Kamguem, R., Tahan, S. A., and Songmene, V., “Evaluation of Machined Part Surface Roughness Using Image Texture Gradient Factor,” Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 14, No. 2, pp. 183–190, 2013.
Sim, G.-D., Park, J.-H., Uchic, M. D., Shade, P.A., Lee, S.-B., and Vlassak, J. J., “An Apparatus for Performing Microtensile Tests at Elevated Temperatures Inside a Scanning Electron Microscope,” Acta Materialia, Vol. 61, No. 19, pp. 7500–7510, 2013.
Roweis, S., “Levenberg-Marquardt Optimization,” https://www.cs.nyu.edu/~roweis/notes/lm.pdf (Accessed 16 OCT 2017)
Nocedal, J. and Wright, S. J., “Numerical Optimization 2nd,” Springer, 2006.
Boyd, S. and Vandenberghe, L., “Convex Optimization,” Cambridge University Press, 2004.
Pan, B., Qian, K., Xie, H., and Asundi, A., “Two-Dimensional Digital Image Correlation for In-Plane Displacement and Strain Measurement: A Review,” Measurement Science and Technology, Vol. 20, No. 6, Paper No. 062001, 2009.
Vendroux, G. and Knauss, W., “Submicron Deformation Field Measurements: Part 2. Improved Digital Image Correlation,” Experimental Mechanics, Vol. 38, No. 2, pp. 86–92, 1998.
Szeliski, R., “Computer Vision: Algorithms and Applications,” Springer Science & Business Media, 2010.
Pan, B., Asundi, A., Xie, H., and Gao, J., “Digital Image Correlation Using Iterative Least Squares and Pointwise Least Squares for Displacement Field and Strain Field Measurements,” Optics and Lasers in Engineering, Vol. 47, No. 7, pp. 865–874, 2009.
Tarigopula, V., Hopperstad, O. S., Langseth, M., Clausen, A. H., Hild, F., et al., “A Study of Large Plastic Deformations in Dual Phase Steel Using Digital Image Correlation and Fe Analysis,” Experimental Mechanics, Vol. 48, No. 2, pp. 181–196, 2008.
Park, J.-H. and Shin, M.-S., “Reliability Design and Assessment of a Micro-Probe Using the Results of a tensile Test of A Beryllium-Copper Alloy Thin Film,” Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 21, No. 9, Paper No. 095023, 2011.
Park, J.-H., Myung, M.S., and Kim, Y.-J., “Tensile and High Cycle Fatigue Test of Al-3% Ti Thin Films,” Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 147, No. 2, pp. 561–569, 2008.
Ha, J.-E., Park, J.-H., and Kang, D.-J., “New Strain Measurement Method at Axial Tensile Test of Thin Films Through Direct Imaging,” Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 41, No. 17, Paper No. 175406, 2008.