Sviluppo del metodo Digital Speckle Correlation per la caratterizzazione meccanica dei materiali
Autore
Lorenzo Maria Perre - Università degli Studi di Roma La Sapienza - [2000-01]
Documenti
Abstract
La Digital Speckle Correlation ha come obiettivo quello di determinare le caratteristiche meccaniche dei materiali utilizzando un approccio le cui proprietà fondamentali sono l’assenza di contatto con il provino e la semplicità del set up sperimentale. La caratterizzazione avviene combinando i dati provenienti dalle macchine per prove di trazione e compressione con la misura delle deformazioni effettuata dalla tecnica proposta.
L’assenza di contatto con il provino permette l’applicazione del sistema a quei materiali la cui caratterizzazione con metodi tradizionali risulta difficile; è il caso questo dei materiali compositi di utilizzo aeronautico ed aerospaziale, la cui superficie spesso non permette l’applicazione dei tradizionali estensimetri (si pensi per esempio a una schiuma per strutture sandwich o a un tessuto in fibra di carbonio), inoltre la possibilità di effettuare misure di campo consente lo studio di quei materiali che non hanno un comportamento isotropo.
Lo studio di immagini digitali per la caratterizzazione dei materiali in questo momento è di grossa attualità e interesse in quanto la diminuzione dei costi dei componenti hardware necessari all’acquisizione delle immagini e la continua crescita delle prestazioni dei processori rendono questo tipo di approccio efficace ed economico.
La Digital Speckle Correlation può essere ritenuta un’estensione digitale della tecnica White Light Speckle Photography, in cui l’analisi viene compiuta su lastre fotografiche, esposte prima e dopo la deformazione del provino, sulla cui superficie è rappresentato un motivo speckle. Un approccio di questo tipo inoltre è utilizzato in campo fluidodinamico con la tecnica P.I.V. (Particle Image Velocimetry): qui il campo speckle è generato disseminando il flusso in esame di particelle leggere, i cui spostamenti, rilevati attraverso l’acquisizione di immagini, permettono di determinare le grandezze caratteristiche del campo fluidodinamico, tipicamente la velocità.
Lo scopo di questa tesi è dunque quello di sviluppare il metodo Digital Speckle Correlation, di risolvere alcune della problematiche ad esso associate ovvero di apportare delle modifiche nell’approccio teorico e di conseguenza nell’algoritmo di calcolo, modificando, per quanto possibile, il sistema di riferimento da euleriano a lagrangiano; di verificare la stabilità e la robustezza dei cambiamenti effettuati attraverso prove sperimentali su diversi tipi di materiali metallici e compositi.
Il sistema essenzialmente è costituito da una telecamera, una scheda di acquisizione delle immagini e da un normale personal computer; il codice con cui è implementato l’algoritmo di calcolo è in C++, mentre i test sono stati effettuati su macchine MTS a trazione e compressione.
Le prove sperimentali di questo lavoro sono state svolte presso i laboratori del Mechanical Engineering Department della Wayne State University di Detroit - U.S.A.
L’assenza di contatto con il provino permette l’applicazione del sistema a quei materiali la cui caratterizzazione con metodi tradizionali risulta difficile; è il caso questo dei materiali compositi di utilizzo aeronautico ed aerospaziale, la cui superficie spesso non permette l’applicazione dei tradizionali estensimetri (si pensi per esempio a una schiuma per strutture sandwich o a un tessuto in fibra di carbonio), inoltre la possibilità di effettuare misure di campo consente lo studio di quei materiali che non hanno un comportamento isotropo.
Lo studio di immagini digitali per la caratterizzazione dei materiali in questo momento è di grossa attualità e interesse in quanto la diminuzione dei costi dei componenti hardware necessari all’acquisizione delle immagini e la continua crescita delle prestazioni dei processori rendono questo tipo di approccio efficace ed economico.
La Digital Speckle Correlation può essere ritenuta un’estensione digitale della tecnica White Light Speckle Photography, in cui l’analisi viene compiuta su lastre fotografiche, esposte prima e dopo la deformazione del provino, sulla cui superficie è rappresentato un motivo speckle. Un approccio di questo tipo inoltre è utilizzato in campo fluidodinamico con la tecnica P.I.V. (Particle Image Velocimetry): qui il campo speckle è generato disseminando il flusso in esame di particelle leggere, i cui spostamenti, rilevati attraverso l’acquisizione di immagini, permettono di determinare le grandezze caratteristiche del campo fluidodinamico, tipicamente la velocità.
Lo scopo di questa tesi è dunque quello di sviluppare il metodo Digital Speckle Correlation, di risolvere alcune della problematiche ad esso associate ovvero di apportare delle modifiche nell’approccio teorico e di conseguenza nell’algoritmo di calcolo, modificando, per quanto possibile, il sistema di riferimento da euleriano a lagrangiano; di verificare la stabilità e la robustezza dei cambiamenti effettuati attraverso prove sperimentali su diversi tipi di materiali metallici e compositi.
Il sistema essenzialmente è costituito da una telecamera, una scheda di acquisizione delle immagini e da un normale personal computer; il codice con cui è implementato l’algoritmo di calcolo è in C++, mentre i test sono stati effettuati su macchine MTS a trazione e compressione.
Le prove sperimentali di questo lavoro sono state svolte presso i laboratori del Mechanical Engineering Department della Wayne State University di Detroit - U.S.A.
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