新拓三维DIC-3D应变测试技术在船舶材料及零部件的应用

商业 来源: 2020/12/28 4:57:46 阅读:63

航行于海洋的船舶,船体零部件长期处于高温、高压和高湿的海洋环境,会受到海水的流动、冲击力、湿度以及腐蚀性介质的影响。当金属材料在特定的腐蚀环境下,持续存在拉应力的作用时,将会发生应力腐蚀,导致严重的腐蚀开裂

金属零部件在服役过程中因拉应力的存在,易发生毫无征兆、脆性的开裂,因此易导致灾难性事故的发生。玻璃纤维(玻璃钢)和特殊木质材料因化学稳定性好,具有耐腐蚀性等优良特性,具有高强度、高模量和低延伸率的特点,已广泛应用于船舶与海洋工程材料中。

用户需求

国内某知名大学的船舶与海洋结构科研实验室,拟采用玻璃纤维材料拉伸试验、木质材料的三点弯曲实验,以测试材料在模拟工况下应力应变情况。通过对船舶关键部位的零部件材料进行应力大小测量和应力性质判定可以很好地预防应力变形开裂的发生,为船舶系统的安全可靠运行提供数据支持。

检测难点

1船舶系统的材料应力失效多发生在设备交付使用后,因此要求材料及零部件的应力测试是尽量无接触、无损的。

2、接触式式测量,易打滑,不容易固定。对于特殊材料无法测量,小试样无法测量,大试样需要多贴应变片。

3、接触式测量,应变测量范围通常应变片小于5%,引伸计小于50%,难以胜任大变形、断裂、各异向特征的测量任务。

三维光学测量方案

新拓三维XTDIC三维光学应变测量分析系统,基于计算机软件处理采集到图像,从而得到物体表面或者内部位移场与应变场的变化情况,是一种非接触的、无损的应变测量方法,在复杂载荷、大变形、断裂、材料各异向性的应变测试方面具有很大的优势。

XTDIC系统作为一种光学测量方法,与其他传统的应力测试方法相比,具有较多的优点。

1进行测试时与被测件无接触,因而可以在众多的复杂环境下应用;

2、这是一种完全的无损测试,不会对材料和零部件造成任何的损伤和破坏

3在船舶系统与海工领域,可以实现众多工况下的应力测试与评价,是最有应用前景的应力测试方法。

测量流程

首选拉伸试验机力值输入到新拓三维XTDIC系统软件,只需通过一根网线(USB)连接,即可从试验机的PC机硬盘中给读取文本中的力值数据;且XTDIC系统软件支持有限元分析功能,以便于对试验拉伸试验过程进行模拟验证,为进一步研究分析材料的力学性能提供数据支撑。

一、玻璃材料拉伸测试

本次试验选取了船舶制造用玻璃纤维试件作为试验对象,借助拉伸试验机对试件进行静力拉伸试验,从而获取试件的各项力学性能指标。

 

试验过程

1、根据测量幅面,调节相机的间距和测量距离;

2、调节相机镜头的焦距和光圈,保证图像的清晰度和亮度;

3、标定完成后将试件夹到试验机上,计算一组静态工程,确保精度,然后开始实验。

4、试件拉伸过程中同步进行数据采集。

 

试验数据分析

(1)在拉伸过程中,随着载荷的不断增加,试件上截/中间位移随着拉伸力不断加大。

2)在软件中绘制两点间的应力应变曲线,找到弹性阶段的状态,在软件中直接计算出弹性模量和泊松比。

 

 

结果分析

利用新拓三维XTDIC系统,实时采集获取玻璃纤维材料表面的三维形貌特征和应变信息,进而计算出物体表面每一点上的应变张量,以便于进行材料力学性能的研究,结合拉伸试验机来确定材料的力学特性,如拉伸延展性、屈服强度、抗拉强度等,并给出应力-应变曲线,为玻璃材料在船舶与海洋工程的应用分析提供数据支持。

二、木材三维弯曲测试

将船舶制造木质材料放在试验机上,调整跨距,在试样上加载进行弯曲试验,直到达到规定的弯曲程度或发生断裂。

1.安装夹具,放置试件:根据试样情况选择弯曲夹具,安装到试验机上,设置好跨距,开启试验机。

2.新拓三维XTDIC系统同步进行图像采集,实时采集木质材料在三点弯曲过程中的位移变化。

 

试验数据分析

从试验的结果看,木质材料表现出较为明显的抗拉强度和脆性特性,加载一开始出现明显的线性,随着载荷增加,材料中间位置出现较大位移,当载荷达到峰值时,木质材料完全破坏出现断裂。

 

 

试验数据分析

利用材料试验机对木质材料进行了三点弯曲性能试验,结合新拓三维XTDIC数字图像相关法测得三点弯曲下木质材料的抗弯强度和弹性模量,得到了试样表面的应变分布云图和不同位置处的应变分布,对弯曲和断裂机理进行了分析,有助于科研实验室掌握材料变形和破坏的物理机制。



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