| Popis: |
This thesis proposes an experimental method for observing and characterizing the viscoelastic properties of anisotropic media using high-speed white light stereo imaging. The method uses short-time video recordings of a specimen undergoing forced harmonic motion.The three-dimensional displacement field of the specimen is then resolved using digital image correlation.Measuring for a short time has multiple advantages: it minimizes the conditioning of the specimen, and gives meaningful results when true stationary conditions are inaccessible (e.g. because of relaxation processes, or changes in the environmental conditions that cannot be accounted for).Moreover, it enables a reduction of the data storage needs and the computational costs associated with the image acquisition and processing.To overcome the intrinsic limitations of a Fourier-based approach for short time records, an optimization algorithm is used to determine the point-wise amplitude, phase and frequency of the full-field harmonic motion.This approach maximizes signal-to-noise ratio, is suitable for the identification of non-linear behaviors and tolerates data records that are non-uniformly spaced in time (e.g. because of momentary data losses and failure of the image matching algorithms).The measurement accuracy is increased by proposing a method to extract the frame of reference of the specimen on a per-frame bases, and express the measured displacement field therein.A cube of melamine foam and a pantographic sheet have been observed using the proposed method, and the measured data compared with the outcome of linear viscoelastic numerical models.The added information obtained about the melamine is believed to improve the accuracy of the characterization of its viscoelastic behavior, and the observation of the pantographic sheet represents and absolute first in the experimental studies of its dynamics. Den här avhandlingen föreslår en experimentell metod för att observera och karakterisera de viskoelastiska egenskaperna i anisotropa material med hjälp av höghastighetsbildteknik baserad på vitt ljus och stereoinspelning. Metoden använder korttids inspelade videosekvenser av ett provobjekt som genomgår påtvingad harmonisk rörelse.Provets tredimensionella förskjutningsfält beräknas sedan med användning av digital bildkorrelation.Att mäta under en kort tid har flera fördelar: det minimerar påverkan (konditioneringen) av provet och ger därmed meningsfulla resultat när verkliga stationära förhållanden är otillgängliga (t.ex. på grund av relaxationsprocesser eller förändringar i miljöförhållandena som inte kan kontrolleras).Dessutom möjliggör det en minskning av datalagringsbehovet och de omfattande beräkningskostnaderna som tillkommer med videoinspelning och videobehandling.För att övervinna de inneboende begränsningarna i ett Fourier-baserat tillvägagångssätt för korta tidsinspelningar, används en optimeringsalgoritm för att bestämma den punktvisa amplituden, fasen och frekvensen för harmonisk rörelse i förskutningsfältet.Detta tillvägagångssätt maximerar signal-till-brusförhållandet, är lämplig för identifiering av icke-linjära beteenden och kan hantera dataposter som är ojämnt fördelade i tid (t.ex. på grund av kortvariga dataförluster och fel i bildmatchningsalgoritmerna).Mätnoggrannheten i metoden har dessutom förbättrats genom en metod för att extrahera en referens för provet för varje sekvens och däri uttrycka det uppmätta förskjutningsfältet.En kub av melaminskum och en pantografisk struktur har observerats med den föreslagna metoden och deras data har jämförts med resultat från linjära viskoelastiska numeriska modeller.Resultaten från mätningarna på melamin bidrar till att förbättra noggrannheten i karaktäriseringen av dess viskoelastiska beteende. För den pantografiska strukturen är de presenterade mätningarna de första observationerna som publicerats med avseende på dess dynamik. QC 20200428 |
