ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КОРРЕЛЯЦИИ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛОКАЛИЗОВАННОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА ПРИМЕРЕ ДВОЙНИКОВАНИЯ МАГНИЯ И ПОЛОС СДВИГА В МЕТАЛЛИЧЕСКОМ СТЕКЛЕ

  • Михаил Николаевич Селезнев Тольяттинский государственный университет http://orcid.org/0000-0003-3158-9930
  • Евгений Викторович Васильев Тольяттинский государственный университет
  • Алексей Юрьевич Виноградов Тольяттинский государственный университет
Ключевые слова: цифровая корреляция изображений, КЦИ, деформационное поле, локализованная пластическая деформация, механические испытания, металлические стекла, полосы сдвига, магний, двойникование

Аннотация

Метод корреляции цифровых изображений (КЦИ) широко используется во всем мире при решении самых разнообразных задач, таких как контроль и мониторинг вибрации мостов, ветряных генераторов, схода снежных лавин, отслеживание перемещений объектов в системах безопасности и краш-тестах, измерение локальных деформаций и их распределения в объектах различного масштабного уровня – от микро- до макро-. Данная работа посвящена решению последней указанной задачи, а именно измерению деформационных полей, образованных в результате локализованной деформации, методом КЦИ. В качестве объектов исследования были выбраны явления, активно обсуждаемые научным сообществом в настоящее время: образование полос сдвига в металлических стеклах и двойникование в магнии. Проведены механические испытания образцов с видеорегистрацией деформируемой поверхности. Отработаны методики подготовки поверхности образцов, получения и обработки данных методом КЦИ. Измерены поля деформации на поверхности образцов металлического стекла и магния. Показано, что экспериментально измеренное поле смещения вокруг вершины полосы сдвига с большой точностью совпадает с теоретически рассчитанным полем дислокации в изотропном материале. Обнаружено, что деформационное поле магниевого образца несимметрично изменяет морфологию при смене знака нагрузки. Установлено, что локальная деформация при двойниковании магния доходит до 20 %. Использование субпиксельного алгоритма позволило достичь разрешения, превышающего на два порядка разрешение оптической системы, применяемой в работе. Сделан вывод о высокой эффективности метода КЦИ при исследовании микродеформации материалов, в т. ч. единичных актов деформации на примере полосы сдвига и двойника.

Биографии авторов

Михаил Николаевич Селезнев, Тольяттинский государственный университет
младший научный сотрудник Научно-исследовательского института прогрессивных технологий
Евгений Викторович Васильев, Тольяттинский государственный университет
младший научный сотрудник Научно-исследовательского института прогрессивных технологий
Алексей Юрьевич Виноградов, Тольяттинский государственный университет
кандидат физико-математических наук, заместитель директора Научно-исследовательского института прогрессивных технологий, профессор кафедры инженерного проектирования и материалов

Литература

1. Martin S., Ullrich C., Rafaja D. Deformation of Austenitic CrMnNi TRIP/TWIP Steels: Nature and Role of the ε-martensite // International Conference on Martensitic Transformations, ICOMAT-2014. Freiberg, Germany: Elsevier Ltd., 2015. Vol. 2. P. S643–S646.
2. Axinte E. Metallic glasses from “alchemy” to pure science: Present and future of design, processing and applications of glassy metals // Materials and Design. 2012. Vol. 35. P. 518–556.
3. Kawamura Y., Hayashi K., Inoue A., Masumoto T. Rapidly solidified powder metallurgy Mg97Zn1Y2 alloys with excellent tensile yield strength above 600 MPa // Materials Transactions. 2001. Vol. 42. № 7. P. 1172–1176.
4. Niezrecki C., Avitabile P., Waren C., Pingle P., Helfrick M. A review of digital image correlation applied to structural dynamics // AIP Conference Proceedings. 2010. Vol. 1253. P. 219–232.
5. Chu T.C., Ranson W.F., Sutton M.A. Applications of digital-image-correlation techniques to experimental mechanics // Experimental Mechanics. 1985. Vol. 25. № 3. P. 232–244.
6. Tong W. An Evaluation of Digital Image Correlation Criteria for Strain Mapping Applications // Strain. 2005. Vol. 41. № 4. P. 167–175.
7. Yilmaz A. The Portevin – Le Chatelier effect: a review of experimental findings // Science and Technology of Advanced Materials. 2011. Vol. 12. № 6. P. 1–16.
8. Tung S., Sui C. Application of digital-image-correlation techniques in analysing cracked cylindrical pipes // Sadhana – Academy Proceedings in Engineering Sciences. 2010. Vol. 35. № 5. P. 557–567.
9. Sousa A.M.R., Xavier J., Morais J.J.L., Filipe V.M.J., Vaz M. Processing discontinuous displacement fields by a spatio-temporal derivative technique // Optics and Lasers in Engineering. 2011. Vol. 49. № 12. P. 1402–1412.
10. Binkowski I., Schlottbom S., Leuthold J., Ostendorp S., Divinski S.V., Wilde G. Sub-micron strain analysis of local stick-slip motion of individual shear bands in a bulk metallic glass // Applied Physics Letters. 2015. Vol. 107. № 22. P. 221902.
11. Hufnagel T.C., Schuh C.A., Falk M.L. Deformation of metallic glasses: Recent developments in theory, simulations, and experiments // Acta Materialia. 2016. Vol. 109. P. 375–393.
12. Efstathiou C., Sehitoglu H. Strain hardening and heterogeneous deformation during twinning in Hadfield steel // Acta Materialia. 2010. Vol. 58. № 5. P. 1479–1488.
13. Begum S., Chen D.L., Xu S., Luo A.A. Low cycle fatigue properties of an extruded AZ31 magnesium alloy // International Journal Fatigue. 2009. Vol. 31. № 4. P. 726–735.
14. Bettles C., Barnett M. Advances in wrought magnesium alloys: Fundamentals of processing, properties and applications. Philadelphia: Woodhead Publishing Ltd., 2012. 463 p.
15. Vinogradov A., Danyuk A., Khonik V.A. Localized and homogeneous plastic flow in bulk glassy Pd40Cu30Ni10P20: An acoustic emission study // Journal of Applied Physics. 2013. Vol. 113. № 15. P. 153503.
16. Селезнев М.Н., Виноградов А.Ю. Исследование кинетики формирования полос сдвига в металлическом стекле с помощью скоростной видеосъемки // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2013. № 3. С. 256–260.
17. Pekarskaya E., Kim C.P., Johnson W.L. In situ transmission electron microscopy studies of shear bands in a bulk metallic glass based composite // Journal of Materials Research. 2011. Vol. 16. № 9. P. 2513–2518.
18. Виноградов А.Ю., Костин В.И., Мерсон Д.Л., Селезнев М.Н. Универсальный испытательный стенд: пат. РФ № 155260. Заявка № 2015111379/28; 30.03.2015.
19. Seleznev M., Vinogradov A. Note: High-speed optical imaging powered by acoustic emission triggering // Review of Scientific Instruments. 2014. Vol. 85. № 7. P. 76103.
20. Volterra V. On the equilibrium of multiply-connected elastic bodies // Ann. Ec. Norm. 1907. Vol. 24. № 3. P. 401–517.
21. Vinogradov A., Seleznev M., Yasnikov I. Dislocation characteristics of shear bands in metallic glasses // Scripta Materialia. 2017. Vol. 130. P. 138–142.
22. Li J.C.M. Dislocations in amorphous metals // Metallurgical Transactions A. 1985. Vol. 16. № 12. P. 2227–2230.
Опубликован
2016-12-26
Выпуск
Раздел
Технические науки

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>