Aplikace vhodných optických metod pro stanovení pole přetvoření v elasto-plastické oblasti

Zbyněk Paška

Doctoral thesis

Application of appropriate optical methods for strain field determination in elasto-plastic domain

Abstract:

V disertační práci jsou popsány základní poznatky z oblasti mechaniky kontinua a teorie plasticity, které jsou následně využity při řešení klíčové problematiky práce – ověření metodiky akcelerovaných creepových a únavových zkoušek z pohledu získání více informací o napěťově deformačním chování zkoumaného materiálu s využitím vhodné optické metody. Creepové zkoušky jsou provedeny na pájkových slitinách SAC305 a SACX0807. Zkoušky nízkocyklové únavy byly provedeny na hliníkové slitině AlSi10Mg, na vzorcích vyrobených aditivní technologií. Vyšetřování deformací na vzorcích u obou typů zkoušek probíhalo s využitím digitální korelace obrazu, zkráceně DIC. V prvních kapitolách práce jsou popsány principy základních optických metod běžně využívaných v praxi, tedy fotoelasticimetrie, metody digitální korelace obrazu a laserová speckle interferometrie. Je vytvořen elektronicky řízený polariskop pro efektivnější měření metodou fotoelasticimetrie. Creepové zkoušky jsou doplněny numerickým modelováním, metodou konečných prvků, s uvážením viskoplastického modelu na bázi teorie Perzyny, Chaboche a Nortona. Na vzorcích pájky SAC305 s tvarovou zkušební částí byla ověřena metodika akcelerovaných creepových zkoušek pro stanovení parametrů Nortonova vztahu. U deformačně řízených nízkocyklových zkoušek bylo prokázáno, že lze u cyklicky stabilních materiálů získat cyklickou deformační křivku z DIC měření přetvoření na zakřiveném povrchu vzorku. Metodika byla aplikována pro namáhání tahem tlakem, krutem a jejich kombinaci s kruhovou deformační cestou.

Abstract:

The dissertation describes the basic knowledge from the field of continuum mechanics and theory of plasticity, which are subsequently used for solving the key problem of the thesis - verification of the methodology of accelerated creep and fatigue tests in terms of obtaining more information about the stress-strain behaviour of the material under incorporation of suitable optical method. Creep tests are performed on solder alloys SAC305 and SACX0807. The low cycle fatigue tests were performed on specimens produced by additive manufacturing from AlSi10Mg aluminium alloy. The investigation of deformation on the specimens for both types of tests was carried out using digital image correlation, abbreviated as DIC. In the first chapters of the thesis, the principles of the basic optical methods commonly used in practice, photoelasticity, digital image correlation and laser speckle interferometry, are described. An electronically controlled polariscope is developed for more efficient measurements by photoelasticity. Creep tests are complemented by numerical modelling, by finite element method, considering a viscoplastic model based on the theory of Perzyna, Chaboche and Norton. The accelerated creep methodology by using DIC was validated on hourglass-shaped specimens to determine the parameters of the Norton creep model. For strain-controlled low cycle tests, it was shown that a cyclic stress strain curve can be obtained, for cyclically stable materials, from DIC measurements of the strain on the curved surface of the specimen. The methodology was applied on three different loading strain paths: Tension compression, torsional, and circular strain path.

Keywords

DIC, fotoelasticimetrie, akcelerované mechanické zkoušky, SAC305, SACX0807, AlSi10Mg

Keywords

DIC, photoelasticity, accelerated mechanical testing, SAC305, SACX0807, AlSi10Mg

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 2. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 27. 6. 2023
• Supervisor: Radim Halama
• Reader: Róbert Huňady, Vladimír Chmelko, Petr Mohyla

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Aplikovaná mechanika