Πειραματική μελέτη παραμορφώσεων με τη μέθοδο της συσχέτισης ψηφιακών εικόνων - το σύστημα Vic-2D

Abstract

Ο υπολογισµός των παραµορφώσεων των υλικών αποτελεί ένα πολύ σηµαντικό θέµα στον χώρο της έρευνας. Για αυτόν τον σκοπό χρησιµοποιούνταν στο παρελθόν ένα πλήθος µεθόδων, οι οποίες όµως παρουσίαζαν πληθώρα µειονεκτηµάτων και τεχνικών δυσκολιών. Αυτό είχε ως αποτέλεσµα την αναζήτηση καινούργιων, πιο ανεπτυγµένων και αποτελεσµατικών µεθόδων, οι οποίες θα προσέλκυαν το ενδιαφέρον των ερευνητών. Μία από αυτές τις καινούργιες µεθόδους, που προκαλεί µεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον, ονοµάζεται συσχέτιση ψηφιακών εικόνων. Αυτή η µέθοδος βασίζεται στην pixel προς pixel συσχέτιση δύο φωτογραφιών που έχουν ληφθεί σε διαφορετικές χρονικές στιγµές, η µία πριν και η άλλη κατά τη διάρκεια της παραµόρφωσης. Με αυτόν τον τρόπο, προκύπτουν σχήµατα ισαριθµικών καµπύλων που απεικονίζουν τα πεδία των µετατοπίσεων του κάθε σηµείου της επιφάνειας του δείγµατος κατά τη Χ και Υ διεύθυνση, τα πεδία των ανηγµένων παραµορφώσεων exx και eyy, και τα πεδία των διατµητικών παραµορφώσεων exy. Το σύστηµα Vic-2D, το οποίο χρησιµοποιείται για πρώτη φορά στην Ελλάδα, αποτελεί ένα σύστηµα που περιλαµβάνει µία ψηφιακή κάµερα ενωµένη µε υπολογιστή που περιέχει κατάλληλο λογισµικό. Το λογισµικό αυτού του συστήµατος βασίζεται στη µέθοδο της συσχέτισης ψηφιακών εικόνων. Πρόκειται για ένα πολύ χρήσιµο εργαλείο για τον υπολογισµό των παραµορφώσεων δοκιµίων διαφόρων υλικών, που βρίσκεται βέβαια ακόµα σε πειραµατικό στάδιο, ιδιαίτερα στην Ελλάδα. Στόχος της διπλωµατικής αυτής εργασίας είναι η εκµάθηση του συστήµατος και η κατανόηση των αποτελεσµάτων που εξάγει. Προς αυτήν την κατεύθυνση βοήθησαν ορισµένα πειράµατα θλίψης διαφόρων υλικών που πραγµατοποιήθηκαν στο εργαστήριο, καθώς επίσης και πειράµατα τύπου βραζιλιανής δοκιµής, τα οποία παρουσιάζουν µεγάλο ενδιαφέρον. Τέλος, παρατηρήθηκαν, αναλύθηκαν και ερµηνεύτηκαν τα αποτελέσµατα από πείραµα κυκλικού δίσκου µε κεντρική οπή, χρησιµοποιώντας δείγµα από plexiglass, µε σκοπό την κατανόηση της συµπεριφοράς του υλικού και της αντοχής του στην παραµόρφωση.

Strain measurements are very important in the world of investigation. In the past, a lot of methods were used for this reason. Nevertheless, these methods had a variety of disadvantages and technical difficulties. As a result, this led to the searching of newer, more advanced and effective methods, which would attract the investigators’ attention. One of those new methods is named digital image correlation and causes a great inquiring interest. This method is based on a pixel-by-pixel correlation between two images, captured in different time moments, the one before and the other one during the deformation period. In this way, contour maps are produced. These maps display the fields of the X and the Y-displacement of each point of the surface of the specimen, not to mention the fields of the strains exx, eyy and exy, as well. The system Vic-2D, which is used for the first time in Greece, is a system that consists of a digital camera united with a laptop that contains the suitable software. The software of this system is based on the digital image correlation technique. This system constitutes a very important implement for the strain measurement of specimens made by various materials, but it is still found in an experimental stage, particularly in Greece. Objective of this work is the learning of system and the comprehension of the results that it exports. For this reason, certain stress experiments and Brazilian tests have been occurred in the laboratory, which are of great interest and provided the means to understand the system. Finally, a ring test, using sample from plexiglass, was performed, aiming at the comprehension of the behavior of the material and its resistance in the deformity.