Quasi ogni parte meccanica portante viene caricata più di una volta nell'arco di vita di un sistema. In molti settori, i materiali strutturali sono progettati per resistere a condizioni di carico variabili ripetute uni o multiassiali proporzionali o non proporzionali. Spesso, i progetti per questo tipo di strutture metalliche si basano su analisi elastiche (a rendimento limitato) che non riescono a capitalizzare la riserva portante del materiale, portando a inefficienze nel peso strutturale e nella durata. Al contrario, i progetti mirati alla stabilizzazione e un comportamento elastoplastico ciclico sicuro possono prolungare la vita dei componenti e/o aumentare i vantaggi dell'alleggerimento.
L'università di Lehigh apre le progetti a progetto di shakedown
Lo shakedown si ottiene applicando la quantità corretta di stress residui al carico ciclico, che conduce all'arresto dell'accumulo plastico e al ripristino del comportamento puramente elastico. Sebbene sviluppati negli anni Venti, i concetti di shakedown e le regole di progettazione sono poco conosciuti al di fuori dell'industria nucleare e sono gravemente sottoutilizzati in molte comunità di progettazione ingegneristica Uno dei principali ostacoli alla più ampia applicazione dell'analisi dello shakedown è la mancanza di valutazione sperimentale su una serie di condizioni di carico termomeccanico impegnative utilizzando moderne misurazioni a pieno campo. Fornire questa caratterizzazione sperimentale al fine di consentire applicazioni più ampie nella progettazione e nell'ottimizzazione dello shakedown è uno degli obiettivi principali del team della dottoressa Natasha Vermaak alla Lehigh University.
I dati sperimentali consentono al team di Lehigh di calibrare i modelli costitutivi. Combinano le informazioni fornite dagli estensimetri a contatto e dal sistema DIC (correlazione dell'immagine digitale) senza contatto per comprendere e modellare meglio i comportamenti anelastici ciclici.
Sincronizzazione dei dati
Il controller del sistema di test dispone di più ingressi e uscite digitali e analogici che sincronizzano le prove termomeccaniche con il controller DIC per le misurazioni DIC. I dati sperimentali sono memorizzati in entrambi i sistemi; i risultati DIC (campi DIC, componenti, progetti) vengono salvati nel sistema DIC, mentre i dati del sistema di prova vengono salvati lì. Tuttavia, le uscite analogiche del controller del sistema di prova consentono anche di inviare due canali al sistema DIC con compensazione della termografia e di salvarli nei progetti DIC corrispondenti. Ciò consente una migliore sincronizzazione temporale tra i campi DIC e i carichi applicati. Inoltre, rende più facile confrontare le misurazioni a pieno campo con i dati basati su punti.
Analisi e riduzione dati
Una caratteristica importante del software del sistema di test è la capacità di programmare esperimenti che modificano il comportamento in base a misurazioni intermedie. Utilizzando la programmazione condizionale, le misurazioni della risposta del campione determinano criteri diversi e avviano misurazioni aggiuntive o adattano le condizioni di carico. Nel caso delle prove di shakedown, lo scopo è determinare se l'accumulo di plastica si stabilizza o meno durante il carico ciclico. Il software può generare un programma definito dall'utente che verifica automaticamente questa condizione. Quando viene utilizzato per attivare il controller DIC, vengono registrati solo i dati pertinenti e viene eseguita la riduzione dei dati. Il sistema DIC fornisce anche funzionalità complementari per la sincronizzazione e l'acquisizione dei dati.
Soluzioni complementari di misurazione della deformazione
Il laboratorio di test utilizza soluzioni di misurazione della deformazione sia a contatto che senza contatto perché insieme forniscono una caratterizzazione del materiale più completa. DIC fornisce molte più informazioni di un estensimetro, come spostamenti e deformazioni in tutti i punti visibili del campione, e le soluzioni di misurazione senza contatto offrono ulteriore libertà per quanto riguarda le dimensioni del campione, l'impostazione sperimentale e la riutilizzabilità. D'altra parte, gli estensimetri a contatto sono ben noti come tecnologia di misurazione della deformazione robusta e affidabile. Gli estensimetri consentono inoltre velocità di acquisizione dati più elevate rispetto a un sistema DIC, le cui immagini possono richiedere uno spazio di archiviazione dati e un tempo significativi per l'elaborazione.
Il Vermaak Lab beneficia del supporto ingegneristico, applicativo e di integrazione ricevuto dal proprio sistema di prova e dai partner del sistema DIC, rendendo precisi ed efficienti la raccolta dei dati, la sincronizzazione e l'analisi con questi sistemi.
L'università di Lehigh apre le progetti a progetto di shakedown
Lo shakedown si ottiene applicando la quantità corretta di stress residui al carico ciclico, che conduce all'arresto dell'accumulo plastico e al ripristino del comportamento puramente elastico. Sebbene sviluppati negli anni Venti, i concetti di shakedown e le regole di progettazione sono poco conosciuti al di fuori dell'industria nucleare e sono gravemente sottoutilizzati in molte comunità di progettazione ingegneristica Uno dei principali ostacoli alla più ampia applicazione dell'analisi dello shakedown è la mancanza di valutazione sperimentale su una serie di condizioni di carico termomeccanico impegnative utilizzando moderne misurazioni a pieno campo. Fornire questa caratterizzazione sperimentale al fine di consentire applicazioni più ampie nella progettazione e nell'ottimizzazione dello shakedown è uno degli obiettivi principali del team della dottoressa Natasha Vermaak alla Lehigh University.
I dati sperimentali consentono al team di Lehigh di calibrare i modelli costitutivi. Combinano le informazioni fornite dagli estensimetri a contatto e dal sistema DIC (correlazione dell'immagine digitale) senza contatto per comprendere e modellare meglio i comportamenti anelastici ciclici.
Sincronizzazione dei dati
Il controller del sistema di test dispone di più ingressi e uscite digitali e analogici che sincronizzano le prove termomeccaniche con il controller DIC per le misurazioni DIC. I dati sperimentali sono memorizzati in entrambi i sistemi; i risultati DIC (campi DIC, componenti, progetti) vengono salvati nel sistema DIC, mentre i dati del sistema di prova vengono salvati lì. Tuttavia, le uscite analogiche del controller del sistema di prova consentono anche di inviare due canali al sistema DIC con compensazione della termografia e di salvarli nei progetti DIC corrispondenti. Ciò consente una migliore sincronizzazione temporale tra i campi DIC e i carichi applicati. Inoltre, rende più facile confrontare le misurazioni a pieno campo con i dati basati su punti.
Analisi e riduzione dati
Una caratteristica importante del software del sistema di test è la capacità di programmare esperimenti che modificano il comportamento in base a misurazioni intermedie. Utilizzando la programmazione condizionale, le misurazioni della risposta del campione determinano criteri diversi e avviano misurazioni aggiuntive o adattano le condizioni di carico. Nel caso delle prove di shakedown, lo scopo è determinare se l'accumulo di plastica si stabilizza o meno durante il carico ciclico. Il software può generare un programma definito dall'utente che verifica automaticamente questa condizione. Quando viene utilizzato per attivare il controller DIC, vengono registrati solo i dati pertinenti e viene eseguita la riduzione dei dati. Il sistema DIC fornisce anche funzionalità complementari per la sincronizzazione e l'acquisizione dei dati.
Soluzioni complementari di misurazione della deformazione
Il laboratorio di test utilizza soluzioni di misurazione della deformazione sia a contatto che senza contatto perché insieme forniscono una caratterizzazione del materiale più completa. DIC fornisce molte più informazioni di un estensimetro, come spostamenti e deformazioni in tutti i punti visibili del campione, e le soluzioni di misurazione senza contatto offrono ulteriore libertà per quanto riguarda le dimensioni del campione, l'impostazione sperimentale e la riutilizzabilità. D'altra parte, gli estensimetri a contatto sono ben noti come tecnologia di misurazione della deformazione robusta e affidabile. Gli estensimetri consentono inoltre velocità di acquisizione dati più elevate rispetto a un sistema DIC, le cui immagini possono richiedere uno spazio di archiviazione dati e un tempo significativi per l'elaborazione.
Il Vermaak Lab beneficia del supporto ingegneristico, applicativo e di integrazione ricevuto dal proprio sistema di prova e dai partner del sistema DIC, rendendo precisi ed efficienti la raccolta dei dati, la sincronizzazione e l'analisi con questi sistemi.
