DIC Analysis in High-Speed Tensile Test of CFRP

Význam tématu

Vysokorychlostní záznam dynamických dějů je klíčový pro studium křehkého lomu materiálů, jako je uhlíkem plněný kompozit CFRP. Díky kombinaci vysoké snímací frekvence a prostorového rozlišení lze detailně sledovat vznik a šíření trhlin, což přispívá k lepšímu návrhu a validaci odolných konstrukčních prvků.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat výkon nové vysokorychlostní kamery Hyper Vision HPV-X3 se starším modelem HPV-X2 při aplikaci v digitální obrazové korelaci (DIC) během vysokorychlostního tažného testu CFRP. Pomocí přístroje HITS-TX se sledovalo soustředění deformace až k iniciaci a šíření trhliny.

Použitá metodika a instrumentace

Pro analýzu bylo na povrch plochého vzorku CFRP naneseno náhodné kontrastní značení. Přerušení tenké hliníkové fólie na zadní straně vzorku sloužilo jako spouštěč záznamu. Během testu s rychlostí 10 m/s se zaznamenaly snímky s mikrosekundovým intervalem a následně byly vyhodnoceny pomocí DIC softwaru.

Použitá instrumentace

• Vysokorychlostní kamera Hyper Vision HPV-X3 (20 Mfps, rozlišení 300 kpx)
• Referenční kamera Hyper Vision HPV-X2 (10 Mfps, rozlišení 100 kpx)
• Zařízení HITS-TX pro vysokorychlostní tažné testy (max. rychlost 20 m/s, snímač síly 10 kN)
• Makroobjektiv 105 mm pro detailní záznam povrchu vzorku
• Stroboskopické osvětlení pro konstantní nasvícení
• Software VIC-2D pro digitální obrazovou korelaci

Hlavní výsledky a diskuse

Nová kamera HPV-X3 zachytila ve srovnání s model X2 zřetelnější a detailnější mapy napětí, zejména těsně před iniciací trhliny. Díky trojnásobnému rozlišení bylo možné lokalizovat koncentraci deformace v oblasti 45° směrnice s vysokou přesností. Série 12 snímků ukázala postupné soustředění napětí, vznik trhliny a úplné rozlomení vzorku.

Přínosy a praktické využití metody

• Detailní sledování iniciace a šíření trhlin pro vývoj odolnějších kompozitů
• Optimalizace návrhu konstrukčních dílů v letectví, automobilovém průmyslu a sportovním vybavení
• Vyšší spolehlivost DIC měření díky kombinaci vysoké frekvence a rozlišení záznamu
• Možnost validace numerických modelů chování CFRP materiálů v reálném čase

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj kamerových systémů s frekvencí přes 50 Mfps a rozlišením v megapixelech. Integrace umělé inteligence pro automatizovanou detekci míst iniciace trhlin a 3D DIC analýzy umožní komplexnější charakterizaci materiálů. Kombinace s pokročilými osvětlovacími technikami a synchronizací více senzorů slibuje hlubší vhled do mechaniky porušení kompozitů.

Závěr

Použití vysokorychlostní kamery HPV-X3 ve spojení s HITS-TX a DIC analýzou prokázalo výrazné zlepšení sledování deformací a iniciace trhlin v CFRP. Nový systém nabízí nástroj pro kvalitativní i kvantitativní hodnocení mechanické odolnosti křehkých materiálů, což podpoří další vývoj a aplikace pokročilých kompozitů.