Применение метода корреляции цифровых изображений для построения диаграмм деформирования в истинных координатах

Приведены особенности определения диаграмм деформирования в координатах «истинное напряжение – истинная деформация» на образцах круглого сечения из алюминиевого сплава системы Al–Cu–Mg–Zn. Выполнено сравнение расчетных и экспериментальных методов определения истинных напряжений и деформаций. Расчетные методы, основанные на применении условия постоянства объема, могут не отражать действительных закономерностей деформирования на этапе локализации деформации в материале исследуемого образца, в то время как использование систем корреляции цифровых изображений (КЦИ) позволяет проводить измерения как геометрических размеров деформируемого образца, так и полей деформаций на его поверхности, в том числе непосредственно в шейке образца. Показано, что ошибка измерения диаметра образца по полю координат в момент разрушения составила 0,02 мм. С целью повышения точности измерения предложено увеличение частоты съемки пропорционально возрастанию скорости деформирования, а также проведение измерения координат поверхности с двух сторон образца. Также возможно дополнять полученные с помощью оптических систем КЦИ кривые деформирования результатами измерения истинного разрушающего напряжения и истинной разрушающей деформацией, определенными расчетным способом по разрушенному образцу. Представленные способы исследования пластического течения материала непосредственным измерением полей перемещений и деформаций позволяют устанавливать действительные закономерности между истинными напряжениями и деформациями на участке неравномерного пластического деформирования, чего достичь аналитическим пересчетом условной диаграммы невозможно. Полученные коэффициенты упрочения и кривые деформирования могут быть использованы при моделировании и проектировании конструкций и деталей машин.

1. Орешко Е.И., Ерасов В.С., Гриневич Д.В., Шершак П.В. Обзор критериев прочности материалов. Труды ВИАМ. 2019;(9(81)):108—126.

2. Яковлев Н.О., Гриневич Д.В., Мазалов П.Б. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния при сжатии сетчатой конструкции, синтезированной методом селективного лазерного сплавления. Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки. 2018;(6(81)):113—127.

3. Каблов Е.Н., Подживотов Н.Ю., Луценко А.Н. О необходимости создания единого информационно-аналитического центра авиационных материалов РФ. Проблемы машиностроения и автоматизации. 2019;(3):28—34.

4. Гриневич А.В., Славин А.В., Яковлев Н.О., Монахов А.Д., Гулина И.В. К вопросу откольного разрушения высокопрочной стали при квазистатическом растяжении. Деформация и разрушение материалов. 2021;(8): 2—7.

5. Каблов Е.Н. Становление отечественного космического материаловедения. Вестник РФФИ. 2017;(3):97—105.

6. Dowling N. Mechanical behavior of materials: Engineering methods for deformation, fracture and fatigue. 4 ed. Essex: Pearson, 2013. 977 p.

7. Орешко Е.И., Ерасов В.С., Крылов В.Д. Построение трехмерных диаграмм деформирования для анализа механического поведения материала, испытанного при различных скоростях нагружения. Авиационные материалы и технологии. 2018;(2(51)):59—66.

8. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974. 311 с.

9. Petrík A., Ároch R. Usage of true stress-strain curve for FE simulation and the influencing parameters. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;566:012025. http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/566/1/012025

10. Terhorst M., Ozhoga-Maslovskaja O., Trauth D., Mattfeld P., Klocke F. Finite element-based modeling of strain hardening in metal forming. Steel Research International. 2016;87(10):1323—1332. https://doi.org/10.1002/srin.201500375

11. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986. 561 c.

12. Osintsev A.V., Plotnikov A.S., Morozov E.M., Lubkova E.Yu. On the location of a neck formation during the tension of cylindrical specimens. Letters on Materials. 2017;7(3):260—265. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2017-3-260-265

13. Junfu Chen, Zhiping Guan, Pinkui Ma, Zhigang Li, Xiangrui Meng. The improvement of stress correction in post-necking tension of cylindrical specimen. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2019;54(3): 209—222. http://dx.doi.org/10.1177/0309324719852875

14. Монахов А.Д., Яковлев Н.О., Автаев В.В., Котова Е.А. Разрушающие методы определения остаточных напряжений (обзор). Труды ВИАМ. 2021;(9(103)): 95—104.

15. Huang L., Korhonen R.K., Turunen M.J., Finnilä M.A.J.Experimental mechanical strain measurement of tissues. Peer J. 2019;7:e6545. https://doi.org/10.7717%2Fpeerj.6545

16. Sutton M.A., Orteu J.-J., Schreier H.W. Image correlation for shape, motion and deformation measurements. Columbia, SC, USA: University of South Carolina, 2009. 322 p.

17. Yang L., Smith L. Measure strain distribution using digital image correlation (DIC) for tensile tests. Final Report. Auto/Steel Partnership. 2010. 26 p.

18. Junrui L., Guobiao Y., Thorsten S. A method of the direct measurement of the true stress—strain curve over a large strain range using multi-camera digital image correlation. Optics and Lasers in Engineering. 2018;(107):194—201. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2018.03.029

19. Щетинина Н.Д., Рудченко А.С., Селиванов А.А. Применение методов математического моделирования при разработке режимов деформации алюминий-литиевых сплавов (обзор). Труды ВИАМ. 2019;(8(90)):20—34.

20. Poole W.J., Embury J.D., Lloyd D.J. Work hardening in aluminium alloys. In: Fundamentals of aluminium metallurgy. Ed. Roger Lumley. Woodhead Publishing Limited, 2011. P. 307—344. https://doi.org/10.1533/9780857090256.2.307

21. Den Uijl N.J., Carless L.J. Advanced metal-forming technologies for automotive applications. In: Advanced materials in Automotive Engineering. Ed. Jason Rowe. Woodhead Publishing Limited, 2012. P. 28—56. https://doi.org/10.1533/9780857095466.28

22. Faridmehr I., Osman M.H., Adnan A.B., Nejad A.F., Hodjati R., Azimi M. Correlation between engineering stress-strain and true stress-strain curve. American Journal of Civil Engineering and Architecture. 2014;2(1):53—59. http://dx.doi.org/10.12691/ajcea-2-1-6