Casi todas las piezas mecánicas que soportan carga se cargan más de una vez durante la vida útil de un sistema. En muchas industrias, los materiales estructurales están diseñados para soportar repetidas condiciones de carga variable uniaxial o multiaxial proporcional o no proporcional. A menudo, los diseños para este tipo de estructuras metálicas se basan en un análisis elástico (de rendimiento limitado) que no aprovecha la reserva de carga del material, lo que genera ineficiencias en el peso estructural y la durabilidad. Por el contrario, los diseños para el shakedown, un comportamiento cíclico seguro de los elastoplásticos, pueden ampliar la vida útil de los componentes y/o los beneficios del aligeramiento.
La Universidad de Lehigh abre las puertas al diseño de Shakedow
. El shakedown se logra estableciendo tensiones residuales apropiadas sobre cargas cíclicas que conducen a la detención de la acumulación de plástico y la recuperación del comportamiento puramente elástico. Aunque se desarrollaron en la década de 1920, los conceptos y las normas de diseño del shakedown son poco conocidos fuera de la industria nuclear y están muy infrautilizados en muchas comunidades de diseño de ingeniería. Un obstáculo importante para una aplicación más amplia del análisis shakedown es la falta de evaluación experimental en una gama de condiciones exigentes de carga termomecánica utilizando mediciones modernas de campo completo. Uno de los principales objetivos del equipo de la Dra. Natasha Vermaak en la Universidad de Lehigh es proporcionar esta caracterización experimental para permitir aplicaciones más amplias en el diseño y la optimización del shakedown.
Los datos experimentales permiten al equipo de Lehigh calibrar modelos constitutivos. Combinan la información proporcionada por los extensómetros de contacto y el sistema DIC (correlación de imágenes digitales) sin contacto para comprender y modelar mejor los comportamientos cíclicos inelásticos.
Sincronización de datos.
El controlador del sistema de pruebas tiene múltiples entradas y salidas digitales y analógicas que sincronizan las pruebas termomecánicas con el controlador DIC para las mediciones DIC. Los datos experimentales se almacenan en ambos sistemas; los resultados DIC (campos DIC, componentes, proyectos) se guardan en el sistema DIC mientras que los datos del sistema de prueba se guardan ahí. Sin embargo, las salidas analógicas del controlador del sistema de prueba también permiten enviar dos canales al sistema DIC con compensación termográfica y guardarlos en los proyectos DIC correspondientes. Esto permite una mejor sincronización de tiempo entre los campos DIC y las cargas aplicadas. También facilita la comparación de las mediciones de campo completo con los datos basados en puntos.
Análisis y reducción de datos.
Una característica importante del software del sistema de pruebas es la capacidad de programar experimentos que cambian el comportamiento en función de las mediciones intermedias. Usando programación condicional, las mediciones de respuesta de la probeta dan como resultado diferentes criterios y lanzan mediciones adicionales o adaptan las condiciones de carga. En el caso de las pruebas de shakedown, el objetivo es determinar si la acumulación de plástico se estabiliza o no durante la carga cíclica. El software puede generar un programa definido por el usuario que comprueba automáticamente esta condición. Cuando se usa para activar el controlador DIC, solo se registran los datos pertinentes y se logra la reducción de datos. El sistema DIC también proporciona funciones complementarias para la sincronización y adquisición de datos.
Soluciones complementarias para medir la tensión.
El laboratorio de pruebas utiliza soluciones para medir la deformación tanto con contacto como sin contacto porque juntas ofrecen una caracterización de materiales más completa. DIC proporciona mucha más información que un extensómetro, como desplazamientos y deformaciones en todos los puntos visibles de la muestra. Y las soluciones de medición sin contacto brindan cierta libertad adicional con respecto al tamaño de la muestra, la configuración experimental y la reutilización. Por otro lado, los extensómetros de contacto son bien conocidos como tecnología de medición de deformación robusta y confiable. Los extensómetros también permiten velocidades de adquisición de datos más altas que un sistema DIC cuyas imágenes pueden requerir mucho tiempo y espacio de almacenamiento de datos para su procesamiento.
El Vermaak Lab se beneficia del apoyo en materia de ingeniería, aplicación e integración que recibe de sus socios de sistemas de prueba y sistemas DIC, lo que hace que la recopilación de datos, la sincronización y el análisis con estos sistemas sean precisos y eficaces.
La Universidad de Lehigh abre las puertas al diseño de Shakedow
. El shakedown se logra estableciendo tensiones residuales apropiadas sobre cargas cíclicas que conducen a la detención de la acumulación de plástico y la recuperación del comportamiento puramente elástico. Aunque se desarrollaron en la década de 1920, los conceptos y las normas de diseño del shakedown son poco conocidos fuera de la industria nuclear y están muy infrautilizados en muchas comunidades de diseño de ingeniería. Un obstáculo importante para una aplicación más amplia del análisis shakedown es la falta de evaluación experimental en una gama de condiciones exigentes de carga termomecánica utilizando mediciones modernas de campo completo. Uno de los principales objetivos del equipo de la Dra. Natasha Vermaak en la Universidad de Lehigh es proporcionar esta caracterización experimental para permitir aplicaciones más amplias en el diseño y la optimización del shakedown.
Los datos experimentales permiten al equipo de Lehigh calibrar modelos constitutivos. Combinan la información proporcionada por los extensómetros de contacto y el sistema DIC (correlación de imágenes digitales) sin contacto para comprender y modelar mejor los comportamientos cíclicos inelásticos.
Sincronización de datos.
El controlador del sistema de pruebas tiene múltiples entradas y salidas digitales y analógicas que sincronizan las pruebas termomecánicas con el controlador DIC para las mediciones DIC. Los datos experimentales se almacenan en ambos sistemas; los resultados DIC (campos DIC, componentes, proyectos) se guardan en el sistema DIC mientras que los datos del sistema de prueba se guardan ahí. Sin embargo, las salidas analógicas del controlador del sistema de prueba también permiten enviar dos canales al sistema DIC con compensación termográfica y guardarlos en los proyectos DIC correspondientes. Esto permite una mejor sincronización de tiempo entre los campos DIC y las cargas aplicadas. También facilita la comparación de las mediciones de campo completo con los datos basados en puntos.
Análisis y reducción de datos.
Una característica importante del software del sistema de pruebas es la capacidad de programar experimentos que cambian el comportamiento en función de las mediciones intermedias. Usando programación condicional, las mediciones de respuesta de la probeta dan como resultado diferentes criterios y lanzan mediciones adicionales o adaptan las condiciones de carga. En el caso de las pruebas de shakedown, el objetivo es determinar si la acumulación de plástico se estabiliza o no durante la carga cíclica. El software puede generar un programa definido por el usuario que comprueba automáticamente esta condición. Cuando se usa para activar el controlador DIC, solo se registran los datos pertinentes y se logra la reducción de datos. El sistema DIC también proporciona funciones complementarias para la sincronización y adquisición de datos.
Soluciones complementarias para medir la tensión.
El laboratorio de pruebas utiliza soluciones para medir la deformación tanto con contacto como sin contacto porque juntas ofrecen una caracterización de materiales más completa. DIC proporciona mucha más información que un extensómetro, como desplazamientos y deformaciones en todos los puntos visibles de la muestra. Y las soluciones de medición sin contacto brindan cierta libertad adicional con respecto al tamaño de la muestra, la configuración experimental y la reutilización. Por otro lado, los extensómetros de contacto son bien conocidos como tecnología de medición de deformación robusta y confiable. Los extensómetros también permiten velocidades de adquisición de datos más altas que un sistema DIC cuyas imágenes pueden requerir mucho tiempo y espacio de almacenamiento de datos para su procesamiento.
El Vermaak Lab se beneficia del apoyo en materia de ingeniería, aplicación e integración que recibe de sus socios de sistemas de prueba y sistemas DIC, lo que hace que la recopilación de datos, la sincronización y el análisis con estos sistemas sean precisos y eficaces.
