Ball indenter utilizing fea solutions for property evaluation

G - Physics – 01 – N

Patent

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G01N 3/40 (2006.01) G01N 3/42 (2006.01) G01N 3/06 (2006.01)

Patent

CA 2452468

An automated indentation system based on finite element solutions or performing a non-destructive compression test by loading a compressive indentation load (P) and calculating a elastic modulus (E) and a yield strength (so), and a hardening exponent (n) from measured indentation depth (ht) and indentation load (P), and unloading slope (S). The system comprises a stepmotor control system (1), a measurement instrumentation (2) having a load cell (15), laser displacement sensor (17) for measuring the indentation depth and ball indenter (18), a data acquisition system (3) having an signal amplifier for amplifying and filtering signals from the load cell (15) and laser displacement sensor (17), and a control box (4) pre-stored computer programming algorisms for adjusting and controlling the moving speed and direction of stepmotor (12). The control box (4) enables storing and retrieving the signals of measured data and material properties, and plotting the graphs of load-depth curve and stress-strain curves based on the signal data. The procedure of computer programming algorithm is as follows: First, the Young's modulus E is computed from Eq. (29) by using slope S and initially guessed values of n and eo. Then, c2, ep and s are calculated as many as the number of load and depth data. From these, the values of n, K, so and eo are calculated from stress-strain relation. And then updated E, d, c2, ep, s, n, K, so and eo are repeatedly calculated until the updated eo and n are converged within the tolerance.

La présente invention concerne un système de pénétration automatisé basé sur des solutions d'éléments finis ou sur la mise en oeuvre d'un essai de compression non destructeur par application d'une contrainte de pénétration par compression (P) et calcul d'un module d'élasticité (E) et d'une limite d'élasticité (.sigma.¿o?), et d'un exposant de durcissement (n) à partir de la profondeur de pénétration mesurée (h¿t?) et de la contrainte de compression (P), et de l'inclinaison de déchargement (S). Ledit système comprend un système de commande de moteur pas à pas (1), un instrument de mesure (2) présentant un dynamomètre (15), un capteur de déplacement laser (17) permettant de mesurer la profondeur de compression et un pénétrateur à billes (18), un système d'acquisition de données (3) présentant un amplificateur de signaux permettant d'amplifier et de filtrer des signaux du dynamomètre (15) et du capteur de déplacement laser (17), et une boîte de commande (4) à algorithmes de programmation informatique stockés au préalable permettant de régler et de commander la vitesse de déplacement et la direction du moteur pas à pas (12). La boîte de commande (4) permet le stockage et l'extraction des signaux de données mesurées et de propriétés matérielles, et l'interprétation des graphiques de courbe de charge-profondeur et de courbes de contrainte-déformation en fonction des données de signaux. La procédure d'algorithme de programmation informatique est la suivante: d'abord, le module de Young E est calculé à partir de Eq. (29) à l'aide de l'inclinaison S et des valeurs initialement estimées de n et .epsilon.¿o?. Ensuite, c?2¿, .epsilon.¿p? et .sigma. sont calculées autant de fois que le nombre de données de charge et de profondeur. Dès lors, les valeurs de n, K, .sigma.¿o? et .epsilon.¿o? sont calculées à partir du rapport contrainte-déformation. Enfin, une fois E, d, c?2¿, .epsilon.¿p?, .sigma., n, K, .sigma.o et .epsilon.¿o? mis à jour, ils sont calculés de manière répétée jusqu'à ce que les .epsilon.¿o? et n mis à jours convergent dans la tolérance.

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