3D-DIC Analysis in Compression Test of Glass Tube

Význam tématu

Analýza lomového chování křemenných materiálů je klíčová pro vývoj bezpečnějších a odolnějších součástí v automobilovém, elektronickém i stavebním průmyslu. Vzhledem k rychlosti a křehkosti lomu skla je nezbytné využít vysoce rychlé zobrazovací systémy a trojrozměrnou digitální korelaci (3D-DIC) pro detailní sledování vzniku a šíření trhlin.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie bylo sledovat průběh lomu skleněné trubice při axiálním stlačení a kvantifikovat rozložení deformace před a po vzniku trhlin. Pro tento účel byly současně použity dvě kamery HPV-X3 a analýza 3D-DIC, která umožňuje měření prostorového pole deformací na zakřiveném povrchu vzorku.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorek: skleněná trubice (vnější průměr 20 mm, vnitřní 18 mm, výška 40 mm) bylo stlačeno v axiálním směru na přístroji AGX-V2 (100 kN). Povrch vzorku byl opatřen náhodným kontrastním vzorem pro 3D-DIC. Souběžné snímání probíhalo dvěma kamerami HPV-X3 s makroobjektivy 100 mm a osvětlovacím zdrojem SLG-600G. Snímání bylo spuštěno akcelerometrem při snímkové frekvenci 5 Mfps.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza obrazu ukázala, že iniciace trhliny nastává náhle a šíří se nejprve podélně podél trubice, následně se obtáčí kolem jejího obvodu. 3D-DIC odhalila koncentraci stlačovací deformace před čelem trhliny (barevně zobrazená fialově), která se s postupujícím lomem posouvala po obvodu. Po propagaci trhliny došlo k rapidnímu poklesu deformace (barevně červeně) v předchozí napjaté oblasti.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost zachytit a lokalizovat iniciaci lomu v reálném čase.
• Kvantifikace prostorového rozložení deformace před trhlinou i po její propagaci.
• Vhodné nástroje pro výzkum nových skelných kompozitů, zajištění kvality a validaci numerických simulací.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další nárůst snímacích frekvencí a rozlišení vysokorychlostních kamer, integrace s umělou inteligencí pro automatickou detekci lomu a rozšíření metodiky na další křehké materiály v oblasti biomateriálů či elektronických skel. Real-time zpracování dat 3D-DIC může významně urychlit vývoj nových materiálů.

Závěr

Studie prokázala efektivitu kombinace dvou kamer HPV-X3 a 3D-DIC analýzy při sledování a kvantifikaci lomu skleněné trubice během axiálního stlačení. Metoda umožňuje detailní pochopení mechanismu iniciace a propagace trhlin, což je klíčové pro vývoj odolných křehkých materiálů.