Name: a novel biaxial testing apparatus for the determination of forming limit under hot stamping conditions
Uploaded: 2017-04-04T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 40 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions at JoVE.com

This research was supported by the European Union's Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement No. 604240, project title "An industrial system enabling the use of a patented, lab-proven materials processing technology for Low Cost forming of Lightweight structures for transportation industries (LoCoLite)."

1. הכנת דוגמאות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכונת כלב-עצם שטוח דגימות צלב מן סגסוגת אלומיניום חומר מסחרי 6082 (AA6082) באמצעות מכשיר חיתוך בליזר ושלט מספרי מחשב (CNC) מכונת טחינה (לבדיקות formability בנתיבי זן שונים כולל זן uniaxial, מטוס, והתאמצות biaxial-שוה מדינות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את העובי של כל דגימה צלב ואת כל דגימת כלב-עצם עם קליפר ורניה שלוש פעמים באזור המד המרכזי ולחשב את הערכים הממוצעים. ודא כי העובי של סעיף המד בתוך דגימת צלב הוא 0.7 ± 0.05 מ&quot;מ וכי העובי של דגימת uniaxial הוא 1.5 ± 0.1 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתרסיס צבע המשטח העליון כולו של טיפוס צלב באמצעות תרסיס צבע להבה עמידה, שחור (מותאם לעמוד בטמפרטורות של עד 1093 מעלות צלזיוס). חכה עד מתייבש הצבע ולאחר מכן לרסס נקודות צבע להבה עמידה, לבן ממרחק היד כדי ליצור סטוכסטייםריסוס דפוס להיות מוכר על ידי מערכת DIC (ראה דוגמא באיור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> וולד זוג צמדים במרכז המשטח האחורי (מול אל פני השטח הצבוע) של הדגימה. חבר את הקצה השני של תרמי למערכת בקרת טמפרטורה משוב של מכונת הבדיקה uniaxial כדי לפקח ולשלוט על ההיסטוריה של שינויי טמפרטורה. </li></ol> 2. אסיפה של מנגנון בדיקת Biaxial <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב את כל החלקים של מנגנון בדיקת biaxial, כולל צלחת בסיס, פיר מרכזי, קלט וצלחות rotatable פלט, עגלות, מלחציים, מסילות מדריך, ומוטות חיבור קשיחות (המנגנון התאסף מוצג באיור 2). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות מוט חיבור, כמה הצלחת rotatable קלט ישירות הלסת הזחיחה של התנגדות חימום מכונת בדיקה המתיחה uniaxial, אשר מספקת כוח המתיחה uniaxial. זוג צלחת rotatable קלט אל פיר הכונן המרכזיהזוג הזה פיר כונן המרכזי צלחת rotatable הפלט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא כי הסיבוב של צלחת rotatable קלט סביב ציר הסיבוב מסובב פיר הכונן, ובכך מסתובב צלחת rotatable פלט שאליו הוא מצמיד סביב ציר הסיבוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקצה אחד, זוג אחד מוטות חיבור הנוקשות אחת מנקודות חיבור על צלחת rotatable הפלט. זוג הקצה השני אחד הקרונות. הערה: זה יגרום כרכרות עם מחזיקי דגימה להחליק קדימה ואחורה לאורך מסילות מדריך עם חיכוך נמוך, אשר יכול להפעיל כוח biaxial כדי דגימת הצלב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות ברגי בורג, מהדק כל זרוע של דגימת הצלב כדי כרכרה עם בעל דגימה וצלחת עליונה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת אוחז בתא של המכונה מבחן מתיחה uniaxial, כפי שמוצג באיור 3 (א). צרף ארבעה כבלי ריתוך לכל זוג ידיות אחיזה, אשר עשויים נירוסטה ונחושת, respectively, ובכך לחבר את כבלי ריתוך אספקת החשמל. הערה: אזור מנצח של כבלי ריתוך הוא 50 מ&quot;מ 2 ואת הדירוג הנוכחי 345 א <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את אוחז מהדק של מנגנון בדיקה biaxial לשתי הלסתות של המכונה מבחן מתיחה uniaxial ולהדק אותם בפנים (איור 3 (א)). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת מנגנון בדיקת biaxial בתא של המכונה מבחן מתיחת uniaxial, כפי שמוצג באיור 3 (ב). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בשתי מסגרות להבריג ברגים בחלק העליון ואת הצדדים התחתונים של צלחת הבסיס לתקן את המנגנון בתא של המכונה מבחן מתיחת uniaxial. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את הדגימה לתוך מחזיק הדגימה על גבי מנגנון בדיקת biaxial. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר אחד הטרמינל של כבלי ריתוך לכל אזור הידוק של הדגימה. </li></ol></li></ol> Setup 3. של מערכת חימום מרווה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחוזקה שיתוףnnect בכל אזור הידוק של הדגימה לצלחת העליונה הנירוסטה, אשר משמשת האלקטרודה לחימום התנגדות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הדק את כבלי ריתוך עם מסוף טבעת crimp אל הצלחת העליונה של כל אזור מתהדק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Connect מתרחבים חרירי עם צינורות למערכת להרוות זרימה גבוהה עם אספקת אוויר הנמצאים תחת פיקוח 8000 ק&quot;ג / מ 2 הלחץ לקירור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש ארבעה חרירים לפוצץ באוויר מזרועות הדגימה לאזור המרכזי של הדגימה. הערה: החרירים אינם מכוונים על קטע המד לקירור כדי למנוע חסימת האזור המרכזי מעייני המצלמה. </li></ol> Setup 4. של מערכת DIC <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חברו את המצלמה במהירות גבוהה של המערכת DIC עם עדשת מיקרו למחשב. התאם את שיעורי המסגרת של המצלמה 25 fps, 50 fps, ו 500 fps מהתפריט של שיעורי מסגרת (עבור הבדיקות בשיעורי זן המתיחה של 0.01 / s, 0.1 / s ו- 1 / s, בהתאמה). הגדר את ההחלטות של כל מה שאניהמגים כדי 1280 × 1024 פיקסלים. הערה: שיעורי המסגרת תלויים במספר נקודות נתונים ייאספו; לפחות 200 נקודות נתונים ניתן לאסוף תוך שימוש בהגדרות הנ&quot;ל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש זרקורים נוספים עם כוח של 300 ואט לבדיקות בשיעורי זן גבוהים. כוון את הזרקורים ישירות לתא של המכונה מבחן מתיחה uniaxial. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את עדשת המצלמה, כך שהוא מקביל פני השטח העליונים של הדגימה בתא ולמקד את המצלמה על סעיף המד. </li></ol> 5. תוכנית ניסויית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את התנגדות חימום מכונת בדיקה המתיחה uniaxial ידי לחיצה על כפתור Run המשולש בתוכנה המלאה. הערה: חשמל עובר החומר AA6082 ומחמם אותו לטמפרטורה טיפול בחום פתרון של 535 ° C 14 בקצב חימום של 30 ° C / s. החומר ספוג ב 535 מעלות צלזיוס למשך 1 דקה, אשר מספק את מלוא הרזולוציה של משקעים. Air נושבת מהמערכת להרוות משמש להרוות את החומר בקצב קירור של 100 ° C / s 15 לאחד 3 בטמפרטורות גבוהות המיועדות בטווח של 370-510 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מתח את הדגימה עם מנגנון בדיקת biaxial בקצב מאמץ מתמיד בטווח של 0.01-1 / s ולהקליט את היסטורית העיוות על ידי לחיצה על כפתור ההדק ידני המחובר למצלמה במהירות הגבוהה. הערה: עקירת הקלט ממכונת בדיקות uniaxial אל מנגנון בדיקת biaxial נשלטה על ידי התוכנה המובנית של מכונת בדיקת uniaxial. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את הבדיקות בנתיבים שונים זן המורכב uniaxial, זן מטוס, ומדינות סינון biaxial 3 על ידי התאמת התצורה של מנגנון בדיקת biaxial. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נתק שני מוטות חיבור בניגוד לבדיקות uniaxial. צמד שדוגמא-עצם כלב על מנגנון בדיקת biaxial ולחבר אותו כבלי ריתוך, כמו צעדים 3.1-3.4. חזור על השלבים 5.1-5.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן שתי עגלות מתנגדות צלחת הבסיס עם ברגי בורג להגביל את העיוות על הכיוון המתאים לבדיקה תחת מדינת זן מטוס. צמד שדוגמא צלב על מנגנון בדיקת biaxial ולחבר אותו כבלי ריתוך, כמו צעדים 3.1-3.4. חזור על שלבים 5.1-5.2. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבי 5.3.1-5.3.2 עבור כל תנאי מבחן שלוש פעמים, באמצעות כלב-עצם חדש דגימות צלב. </li></ol> 6. עיבוד נתונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייבא את כל התמונות שתועדו על ידי מצלמת המהירות הגבוהה לתוך תוכנת עיבוד הפוסט אחרי צעדים רגילים של ניתוח הנתונים לפי במדריך התוכנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש תקן ISO 3 כדי לקבוע את הגבולות להרכיב על ידי לחיצה על כפתור מצב FLC בתוכנה. הערה: שיטה זו כבר שולבה בתוכנה לעיבוד תמונת קורלציה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסמן כל תוצאה של גבולות ויוצרים בטמפרטורה שונהים, שיעורי זן, ומתח נתיבים בתוך תרשים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שרטט את עקומות גבול להרכיב בכלל תנאי הבדיקה כדי לקבל FLD של נתך בתנאים בהבלטה חמה. </li></ol>

<ol>
	<li>Karbasian, H., Tekkaya, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+hot+stamping.">A review on hot stamping.</a> J. of Mater. Process. Tech. 210 (15), 2103-2118 (2010).</li><li>Miller, W. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+development+in+aluminium+alloys+for+the+automotive+industry.">Recent development in aluminium alloys for the automotive industry.</a> Mater. Sci. and Eng. 280 (1), 37-49 (2000).</li><li>Shao, Z., Li, N., Lin, J., Dean, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+New+Biaxial+Testing+System+for+Generating+Forming+Limit+Diagrams+for+Sheet+Metals+Under+Hot+Stamping+Conditions.">Development of a New Biaxial Testing System for Generating Forming Limit Diagrams for Sheet Metals Under Hot Stamping Conditions.</a> Exp. Mech. 56 (9), 1-12 (2016).</li><li>Ayres, R. A., Wenner, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+and+strain-rate+hardening+effects+in+punch+stretching+of+5182-0+aluminum+at+elevated+temperatures.">Strain and strain-rate hardening effects in punch stretching of 5182-0 aluminum at elevated temperatures.</a> Metall. Trans. A. 10 (1), 41-46 (1979).</li><li>Shao, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+investigation+of+forming+limit+curves+and+deformation+features+in+warm+forming+of+an+aluminium+alloy.">Experimental investigation of forming limit curves and deformation features in warm forming of an aluminium alloy.</a> P. I. Mech. Eng. B-J. Eng. , (2016).</li><li>Marciniak, Z., Kuczynski, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limit+strains+in+the+processes+of+stretch-forming+sheet+metal.">Limit strains in the processes of stretch-forming sheet metal.</a> Int. J. Mech. Sci. 9 (9), 609-620 (1967).</li><li>Li, D., Ghosh, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biaxial+warm+forming+behavior+of+aluminum+sheet+alloys.">Biaxial warm forming behavior of aluminum sheet alloys.</a> J. of Mater. Process. Tech. 145 (3), 281-293 (2004).</li><li>Palumbo, G., Sorgente, D., Tricarico, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+design+of+a+formability+test+in+warm+conditions+for+an+AZ31+magnesium+alloy+avoiding+friction+and+strain+rate+effects.">The design of a formability test in warm conditions for an AZ31 magnesium alloy avoiding friction and strain rate effects.</a> Int. J. Mach. Tool. Manu. 48 (14), 1535-1545 (2008).</li><li>Raghavan, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+technique+to+generate+in-plane+forming+limit+curves+and+selected+applications.">A simple technique to generate in-plane forming limit curves and selected applications.</a> Metall. Mater. Trans. A. 26 (8), 2075-2084 (1995).</li><li>Ragab, A. R., Baudelet, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forming+limit+curves:+out-of-plane+and+in-plane+stretching.">Forming limit curves: out-of-plane and in-plane stretching.</a> J. Mech. Work. Technol. 6 (4), 267-276 (1982).</li><li>Fan, X. -. b., He, Z. -. b., Zhou, W. -. x., Yuan, S. -. j. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formability+and+strengthening+mechanism+of+solution+treated+Al-Mg-Si+alloy+sheet+under+hot+stamping+conditions.">Formability and strengthening mechanism of solution treated Al-Mg-Si alloy sheet under hot stamping conditions.</a> J. of Mater. Process. Tech. 228, 179-185 (2016).</li><li>Zidane, I., Guines, D., L&#233;otoing, L., Ragneau, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+an+in-plane+biaxial+test+for+forming+limit+curve+(FLC)+characterization+of+metallic+sheets.">Development of an in-plane biaxial test for forming limit curve (FLC) characterization of metallic sheets.</a> Meas. Sci. Technol. 21 (5), 055701 (2010).</li><li>Hannon, A., Tiernan, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+planar+biaxial+tensile+test+systems+for+sheet+metal.">A review of planar biaxial tensile test systems for sheet metal.</a> J. of Mater. Process. Tech. 198 (1-3), 1-13 (2008).</li><li>Garrett, R., Lin, J., Dean, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+investigation+of+the+effects+of+solution+heat+treatment+on+mechanical+properties+for+AA+6xxx+alloys:+experimentation+and+modelling.">An investigation of the effects of solution heat treatment on mechanical properties for AA 6xxx alloys: experimentation and modelling.</a> Int. J. Plasticity. 21 (8), 1640-1657 (2005).</li><li>Milkereit, B., Wanderka, N., Schick, C., Kessler, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+cooling+precipitation+diagrams+of+Al-Mg-Si+alloys.">Continuous cooling precipitation diagrams of Al-Mg-Si alloys.</a> Mater. Sci. Eng. A. 550, 87-96 (2012).</li><li>Crammond, G., Boyd, S. W., Dulieu-Barton, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Speckle+pattern+quality+assessment+for+digital+image+correlation.">Speckle pattern quality assessment for digital image correlation.</a> Opt. Laser. Eng. 51 (12), 1368-1378 (2013).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

שיטות בדיקת formability קונבנציונליות המשמשות לקביעה להרכיב גבולות הן בדרך כלל ישימות רק בטמפרטורת חדר. הטכניקה המוצגת ניתן להשתמש כדי להעריך את formability של מתכות עבור יישומי הטבעת גיליון חמים על ידי החדרת מנגנון בדיקה biaxial חדשנית התנגדות חימום מכונת בדיקות uniaxial. זה לא יכול...

תעשיית הרכב עומדת בפני אתגר גלובלי ענק של הפחתת צריכת הדלק וצמצום זיהום סביבתי מפליטות כלי רכב. ירידה במשקל היא מועילה לשיפור הביצועים של מכוניות ישירות יכולים להפחית את צריכת האנרגיה 1. בשל formability הנמוכה של פח בטמפרטורת חדר, הטבעה חמה ותהליכים מרווים למות קר (המכונה חם ביול) 2 משמשים כדי לשפר את formability של סגסוגות ובכך להשיג רכיבים בצורת קומפלקס ביישומי רכב. תרשים גבול להרכיב (FLD) הוא כלי שימושי כדי להעריך את formability של נתך 3. Out-of-מטוס בדיקות, כגון בדיקת Nakazima 4, 5, ו-מטוס בדיקות, כגון מרצ&#39;יניאק מבחן 6, 7, 8,מחדש שיטות ניסיוניות קונבנציונליות כדי להשיג את הכת של פח בתנאים שונים 9, 10, 11. מכונת בדיקות biaxial-הידראולי סרוו שימש גם לחקור את formability של סגסוגות בטמפרטורת החדר 12, 13. עם זאת, אף אחת מהשיטות הנ&quot;ל חלים על בדיקות formability בתנאים בהבלטה חמה, מאז תהליך הקירור לפני הרכבת נדרשת יחד עם שליטה של ​​שיעורי חימום וקירור. טמפרטורת העיוות וקצב זן קשה להשיג במדויק. לכן, מערכת לבדיקת formability חדשנית מוצעת במחקר זה כדי לקבוע את הגבולות ויוצרים בניסוי של פח בתנאים בהבלטה חם.

<table><tbody><tr><td>Aluminium Alloy&amp;nbsp;</td><td>Smiths Metal</td><td>6082</td><td>Specimens machining</td></tr><tr><td>Laser cutter</td><td>LVD Ltd</td><td>HELIUS 25/13</td><td>Laser cutting specimens</td></tr><tr><td>CNC machine</td><td>HAAS Automation</td><td>TM-2CE</td><td>Machine specimens by milling</td></tr><tr><td>Vernier caliper</td><td>Mitutoyo</td><td>575-481</td><td>Thickness measurement</td></tr><tr><td>Resistance heating uniaxial testing machine</td><td>Dynamic System Inc</td><td>Gleeble 3800</td><td>Thermo-mechanical materials simulator</td></tr><tr><td>High flow quench system</td><td>Dynamic System Inc</td><td>38510</td><td>For air cooling</td></tr><tr><td>Thermocouples</td><td>Dynamic System Inc</td><td>K type</td><td></td></tr><tr><td>Nozzles</td><td>Indexa</td><td></td><td>Nozzle flared 1/4 inch bore</td></tr><tr><td>Welding cables</td><td>LAPP Group</td><td>H01N2-D</td><td></td></tr><tr><td>High-speed camera</td><td>Photron</td><td>UX50</td><td>For DIC testing</td></tr><tr><td>Camera lens</td><td>Nikon</td><td>Micro 200mm</td><td></td></tr><tr><td>Lamp</td><td>Liliput</td><td>150ce</td><td>300 W</td></tr><tr><td>Laptop</td><td>HP</td><td>Campaq 2530p</td><td>For images recording</td></tr><tr><td>Biaxial testing apparatus</td><td>Manufactured independently</td><td></td><td>All parts were designed and machinced by authors for biaxial testing</td></tr><tr><td>Steel&amp;nbsp;</td><td>West Yorkshire Steel</td><td>H13</td><td>Mateials of the biaxial testing apparatus</td></tr><tr><td>Image correlation processing software</td><td>GOM</td><td>ARAMIS</td><td>Non-contact measuring system and data post-pocessing</td></tr></tbody></table>

a novel biaxial testing apparatus for the determination of forming limit under hot stamping conditions

ההטבעה החמה התהליך מרווה למות קר משמשת יותר ויותר להקים קומפלקס רכיבים מבניים בצורה של פח. גישות ניסיוניות קונבנציונליות, כגון מחוץ למטוס וב-מטוס בדיקות, אינן חלים על קביעת גבולות ויוצרים בחימום ותהליכי קירור מהירים מוצגים לפני הרכבת לבדיקות שנערכו בתנאים בהבלטה חמים. רומן-מטוס מערכת בדיקות biaxial תוכננה לשמש לקביעה להרכיב גבולות פח בנתיבי זן שונים, טמפרטורות, שיעורי זן לאחר חימום וקירור תהליכים בתוך התנגדות חימום מכונת בדיקות uniaxial. חלק הליבה של מערכת בדיקות biaxial הוא מנגנון biaxial, אשר מעביר כוח uniaxial שמספק מכונה בדיקות uniaxial לכוח biaxial. סוג אחד של דגימת צלב תוכנן ומאומת על מבחן formability של סגסוגת אלומיניום 6082 באמצעות מערכת בדיקות biaxial המוצעת. Im הדיגיטלימערכת הקורלציה גיל (DIC) עם מצלמה במהירות גבוהה שמשה במדידות זן של דגימה במהלך עיוות. מטרת הצעת מערכת בדיקות biaxial זו היא לאפשר את הגבולות ויוצרים מסגסוגת שייקבעו בטמפרטורות שונות שיעורי זן בתנאים בהבלטה חמים.

מאז הכת היא מאוד זן נתיב תלוי, הליניאריות של נתיב הזן עבור כל תנאי מבחן אומתה על ידי ניתוח תוצאות דסק&quot;ש; שבילי הזן הם יחסים לאורך עיוות עבור כל תנאי מבחן. המגוון של קטין ל-מרכזי יחס הזן הוא כ -0.37 (מצב uniaxial) כדי 0.26 (ליד תנאי biaxial). בעיבוד נתונים עבור תנאי ...

Watch this Scientific Journal Video about A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions at JoVE.com

A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions

פרוטוקול זה מוצע מערכת בדיקות biaxial רומן בשימוש על התנגדות חימום מכונת בדיקה מתיחה uniaxial כדי לקבוע את הדיאגרמה הגבול להרכיב (FLD) של פח בתנאים בהבלטה חם.

מנגנון בדיקה חדשנית Biaxial לקביעת גבול יצירת תחת תנאי חם החתמת

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional ...

a-novel-biaxial-testing-apparatus-for-determination-forming-limit

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Bending

SCIENTISTS IN ACTION

7.5K Views.  Imperial College London.  פרוטוקול זה מוצע מערכת בדיקות biaxial רומן בשימוש על התנגדות חימום מכונת בדיקה מתיחה uniaxial כדי לקבוע את הדיאגרמה הגבול להרכיב (FLD) של פח בתנאים בהבלטה חם. 

Video: A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions

High-pressure, High-temperature Deformation Experiment Using the New Generation Griggs-type Apparatus

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature (&#62; 300 &#176;C). However, because of the low stress resolution of current solid-pressure-medium apparatuses, high-resolution measurements are today restricted to low-pressure deformation experiments in the gas-pressure-medium apparatus. A new generation of solid-medium piston-cylinder (&#34;Griggs-type&#34;) apparatus is here described. Able to perform high-pressure deformation experiments up to 5 GPa and designed to adapt an internal load cell, such a new apparatus offers the potential to establish a technological basis for high-pressure rheology. This paper provides video-based detailed documentation of the procedure (using the &#34;conventional&#34; solid-salt assembly) to perform high-pressure, high-temperature experiments with the newly designed Griggs-type apparatus. A representative result of a Carrara marble sample deformed at 700 &#176;C, 1.5 GPa and 10-5 s-1 with the new press is also given. The related stress-time curve illustrates all steps of a Griggs-type experiment, from increasing pressure and temperature to sample quenching when deformation is stopped. Together with future developments, the critical steps and limitations of the Griggs apparatus are then discussed.

Rock deformation needs to be quantified at high pressure. A description of the procedure to perform deformation experiments in a newly designed solid-medium Griggs-type apparatus is here given. This provides technological basis for future rheological studies at pressures up to 5 GPa.

הניסוי דפורמציה בלחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה באמצעות המנגנון גריגס מסוג דור חדש

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature ...

Environment

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor compression based cooling process. Nickel-Titanium (Ni-Ti) based alloy systems, especially, show large elastocaloric effects. Furthermore, exhibit large latent heats which is a necessary material property for the development of an efficient solid-state based cooling process. A scientific test rig has been designed to investigate these processes and the elastocaloric effects in SMAs. The realized test rig enables independent control of an SMA&#39;s mechanical loading and unloading cycles, as well as conductive heat transfer between SMA cooling elements and a heat source/sink. The test rig is equipped with a comprehensive monitoring system capable of synchronized measurements of mechanical and thermal parameters. In addition to determining the process-dependent mechanical work, the system also enables measurement of thermal caloric aspects of the elastocaloric cooling effect through use of a high-performance infrared camera. This combination is of particular interest, because it allows illustrations of localization and rate effects &#8212; both important for efficient heat transfer from the medium to be cooled.
The work presented describes an experimental method to identify elastocaloric material properties in different materials and sample geometries. Furthermore, the test rig is used to investigate different cooling process variations. The introduced analysis methods enable a differentiated consideration of material, process and related boundary condition influences on the process efficiency. The comparison of the experimental data with the simulation results (of a thermomechanically coupled finite element model) allows for better understanding of the underlying physics of the elastocaloric effect. In addition, the experimental results, as well as the findings based on the simulation results, are used to improve the material properties.

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

שיטות ניסיוניות לחקירות זיכרון צורה Elastocaloric בהתבסס תהליכי קירור ותיקוף דגם

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the efficiency and lowering the development time of such processes, whilst reducing costs involved in trial-and-error prototyping. Recent focus on the substitution of steel components with aluminum alloy alternatives in the automotive and aerospace sectors has increased the need to simulate the forming behavior of such alloys for ever more complex component geometries. However these alloys, and in particular their high strength variants, exhibit limited formability at room temperature, and high temperature manufacturing technologies have been developed to form them. Consequently, advanced constitutive models are required to reflect the associated temperature and strain rate effects. Simulating such behavior is computationally very expensive using conventional FE simulation techniques.
This paper presents a novel Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) simulation technique that combines advanced material and friction models with conventional FE simulations in an efficient manner thus enhancing the capability of commercial simulation software packages. The application of these methods is demonstrated through two example case studies, namely: the prediction of a material's forming limit under hot stamping conditions, and the tool life prediction under multi-cycle loading conditions.

The following paper presents a novel FE simulation technique (KBC-FE), which reduces computational cost by performing simulations on a cloud computing environment, through the application of individual modules. Moreover, it establishes a seamless collaborative network between world leading scientists, enabling the integration of cutting edge knowledge modules into FE simulations.

בהתבסס ידע ענן FE סימולציה של תהליכים פורמינג פח

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the ...

Experimental Procedure for Warm Spinning of Cast Aluminum Components

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to improve material properties. With a wide array of processing parameters which can affect both the shape attained and resulting material properties, this type of processing is notoriously difficult to commission. A simplified, light-duty version of the process has been designed and implemented for full-size automotive wheels. The apparatus is intended to assist in understanding the deformation mechanisms and the material response to this type of processing. An experimental protocol has been developed to prepare for, and subsequently perform forming trials and is described for as-cast A356 wheel blanks. The thermal profile attained, along with instrumentation details are provided. Similitude with full-scale forming operations which impart significantly more deformation at faster rates is discussed.

An experimental protocol for instrumented warm rotary forming of cast aluminum alloys employing a bespoke industrially scaled apparatus is presented. Experimental considerations including thermal and mechanical effects are discussed, as well as similitude with full-scale processing of automotive wheels.

נוהל ניסיוני עבור ספינינג חם של רכיבי אלומיניום יצוקים

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on exposing the specimen to longitudinal vibrations on its resonance frequency close to 20 kHz. With use of this method, it is possible to significantly decrease the time required for the test, when compared to conventional testing devices usually working at frequencies under 200 Hz. It is also used to simulate loading of material during operation in high speed conditions, such as those experienced by components of jet engines or car turbo pumps. It is necessary to operate only in the high and ultra-high cycle region, due to the possibility of extremely high deformation rates, which can have a significant influence on the test results. Specimen shape and dimensions have to be carefully selected and calculated to fulfill the resonance condition of the ultrasonic system; thus, it is not possible to test the full components or specimens of arbitrary shape. Before each test, it is necessary to harmonize the specimen with the frequency of the ultrasonic system to compensate for deviations of the real shape from the ideal one. It is not possible to run a test until a total fracture of the specimen, since the test is automatically terminated after initiation and propagation of the crack to a certain length, when the stiffness of the system changes enough to shift the system out of the resonance frequency. This manuscript describes the process of evaluation of materials' fatigue properties at high-frequency ultrasonic fatigue loading with use of mechanical resonance at a frequency close to 20 kHz. The protocol includes a detailed description of all steps required for a correct test, including specimen design, stress calculation, harmonizing with the resonance frequency, performing the test, and final static fracture.

A protocol for ultrasonic fatigue testing in the high and ultra-high cycle region in axial tension-compression loading mode.

עייפות אולטראסאונד בדיקה במצב מתח דחיסה

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The method enables elevated temperature plate-impact experiments aimed towards probing dynamic behavior of materials under thermomechanical extremes, while mitigating several special experimental challenges faced while performing similar experiments using the conventional plate impact approach. Custom adaptations are made to the breech-end of a single-stage gas-gun at Case Western Reserve University; these adaptations include a precision-machined extension piece made from SAE 4340 steel, which is strategically designed to mate the existing gun-barrel while providing a high tolerance match to the bore and keyway. The extension piece contains a vertical cylindrical heater-well, which houses a heater assembly. A resistive coil heater-head, capable of reaching temperatures of up 1200 &#176;C, is attached to a vertical stem with axial/rotational degrees of freedoms; this enables thin metal specimens held at the front-end of a heat-resistant sabot to be heated uniformly across the diameter to the desired test temperatures. By heating the flyer plate (in this case, the sample) at the breech-end of the gun-barrel instead of at the target-end, several critical experimental challenges can be averted. These include: 1) severe changes in the alignment of the target plate during heating due to the thermal expansion of the several constituents of the target holder assembly; 2) challenges that arise due to the diagnostics elements, (i.e., polymer holographic gratings, and optical probes) being too close to the heated target assembly; 3) challenges that arise for target plates with an optical window, where crucial tolerances between the sample, bond layer, and window become increasingly difficult to maintain at high temperatures; 4) in the case of combined compression-shear plate impact experiments, the need for high-temperature resistant diffraction gratings for the measurement of transverse particle velocity at the free surface of the target; and 5) limitations imposed on the impact velocity necessary for unambiguous interpretation of the measured free surface velocity versus time profile due to thermal softening and possibly yielding of the bounding target plates.By utilizing the adaptations mentioned above, we present results from a series of reverse geometry normal plate impact experiments on commercial purity aluminum at a range of sample temperatures. These experiments show decreasing particle velocities in the impacted state, which are indicative of material softening (decrease in post-yield flow stress) with increasing sample temperatures.

Here, we present a detailed protocol of a new approach for conducting elevated temperature reverse normal plate impact, and combined pressure-and-shear plate impact. The approach involves the use of a breech-end resistive coil heater to heat a sample held at the front-end of a heat-resistant sabot to the desired temperature.

ניצוח גבוהות בטמפרטורה רגילה, בשילוב לחץ-הטיה צלחת ההשפעה ניסויים באמצעות מערכת החימום Sabot עכוז-end

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The ...

Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development

In terms of accurate and precise mechanical testing, machines run the continuum. Whereas commercial platforms offer excellent accuracy, they can be cost-prohibitive, often priced in the $100,000 - $200,000 price range. At the other extreme are stand-alone manual devices that often lack repeatability and accuracy (e.g., a manual crank device). However, if a single use is indicated, it is over-engineering to design and machine something overly elaborate. Nonetheless, there are occasions where machines are designed and built in-house to accomplish a motion not attainable with the existing machines in the laboratory. Described in detail here is one such device. It is a loading platform that enables pure uniaxial loading. Standard loading machines typically are biaxial in that linear loading occurs along the axis and rotary loading occurs about the axis. During testing with these machines, a load is applied to one end of the specimen while the other end remains fixed. These systems are not capable of conducting pure axial testing in which tension/compression is applied equally to the specimen ends. The platform developed in this paper enables the equal and opposite loading of specimens. While it can be used for compression, here the focus is on its use in pure tensile loading. The device incorporates commercial load cells and actuators (movers) and, as is the case with machines built in-house, a frame is machined to hold the commercial parts and fixtures for testing.

Here we present a protocol to develop a pure uniaxial loading machine. Critical design aspects are employed to ensure accurate and reproducible testing results.

יישום של עיצוב היבטים בפיתוח מכונות העמסה Uniaxial

In terms of accurate and precise mechanical testing, machines run the continuum. Whereas commercial platforms offer excellent accuracy, they can be ...

Biaxial Mechanical Characterizations of Atrioventricular Heart Valves

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive models, which provide a mathematical representation of the mechanical function of those structures. This presented biaxial mechanical testing protocol involves (i) tissue acquisition, (ii) the preparation of tissue specimens, (iii) biaxial mechanical testing, and (iv) postprocessing of the acquired data. First, tissue acquisition requires obtaining porcine or ovine hearts from a local Food and Drug Administration-approved abattoir for later dissection to retrieve the valve leaflets. Second, tissue preparation requires using tissue specimen cutters on the leaflet tissue to extract a clear zone for testing. Third, biaxial mechanical testing of the leaflet specimen requires the use of a commercial biaxial mechanical tester, which consists of force-controlled, displacement-controlled, and stress-relaxation testing protocols to characterize the leaflet tissue&#39;s mechanical properties. Finally, post-processing requires the use of data image correlation techniques and force and displacement readings to summarize the tissue&#39;s mechanical behaviors in response to external loading. In general, results from biaxial testing demonstrate that the leaflet tissues yield a nonlinear, anisotropic mechanical response. The presented biaxial testing procedure is advantageous to other methods since the method presented here allows for a more comprehensive characterization of the valve leaflet tissue under one unified testing scheme, as opposed to separate testing protocols on different tissue specimens. The proposed testing method has its limitations in that shear stress is potentially present in the tissue sample. However, any potential shear is presumed negligible.

This protocol involves characterizations of atrioventricular valve leaflets with force-controlled, displacement-controlled, and stress-relaxation biaxial mechanical testing procedures. Results acquired with this protocol can be used for constitutive model development to simulate the mechanical behavior of functioning valves under a finite element simulation framework.

אפיוני מכני biaxial של מסתמי הלב Atrioventricular

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive ...

Bioengineering

Layer Microdissection of Tricuspid Valve Leaflets for Biaxial Mechanical Characterization and Microstructural Quantification

The tricuspid valve (TV) regulates the unidirectional flow of unoxygenated blood from the right atrium to the right ventricle. The TV consists of three leaflets, each with unique mechanical behaviors. These variations among the three TV leaflets can be further understood by examining their four anatomical layers, which are the atrialis (A), spongiosa (S), fibrosa (F), and ventricularis (V). While these layers are present in all three TV leaflets, there are differences in their thicknesses and microstructural constituents that further influence their respective mechanical behaviors. 
This protocol includes four steps to elucidate the layer-specific differences: (i) characterize the mechanical and collagen fiber architectural behaviors of the intact TV leaflet, (ii) separate the composite layers (A/S and F/V) of the TV leaflet, (iii) carry out the same characterizations for the composite layers, and (iv) perform post-hoc histology assessment. This experimental framework uniquely allows the direct comparison of the intact TV tissue to each of its composite layers. As a result, detailed information regarding the microstructure and biomechanical function of the TV leaflets can be collected with this protocol. Such information can potentially be used to develop TV computational models that seek to provide guidance for the clinical treatment of TV disease.

This protocol describes the biaxial mechanical characterization, polarized spatial frequency domain imaging-based collagen quantification, and microdissection of tricuspid valve leaflets. The provided method elucidates how the leaflet layers contribute to the holistic leaflet behaviors.

מיקרו-דיסקציה של שכבה של עלוני שסתומים טריקוספידיים לאפיון מכני דו-אקסיאלי וכימות מיקרו-סטרוקטורלי

The tricuspid valve (TV) regulates the unidirectional flow of unoxygenated blood from the right atrium to the right ventricle. The TV consists of three ...

Stress-Strain Characteristics of Steels

Source:&#160;Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA
The importance of materials to human development is clearly captured by the early classifications of world history into periods such as the Stone Age, Iron Age, and the Bronze Age. The introduction of the Siemens and Bessemer processes to produce steels in the mid-1800s is arguably the single most important development in launching the Industrial Revolution that transformed much of Europe and the USA in the second half of the 19th century from agrarian societies into the urban and mechanized societies of today. Steel, in its almost infinite variations, is all around us, from our kitchen appliances to cars, to lifelines such as electrical transmission networks and water distribution systems. In this experiment we will look at the stress-strain behavior of two types of steel that bound the range usually seen in civil engineering applications - from a very mild, hot rolled steel to a hard, cold rolled one.