Dijital görüntü korelasyonu tekniğinin yapı malzemelerinin yük altında şekil değişiminin ölçümünde kullanılabilirliğinin araştırılması

Abstract

Mühendislik Özellikleri Geliştirilmiş Kompozitler (ECC) çoklu çatlama ve yalancı deformasyon sertleşmesi davranışı gösteren ve böylece geleneksel lifli kompozitlere kıyasla düktilitesi geliştirilmiş yapı malzemeleridir. Dijital görüntü korelasyonu metodu (DIC), matematik ve görüntü işleme tabanlı yeni bir temassız ölçüm yöntemidir. Benek yoğunluğu, aydınlatma koşulları ve analiz parametreleri (altküme boyutu, adım aralığı vb.) gibi çeşitli parametreler ölçüm hesaplamalarını etkilemektedir. Bu tezde, DIC parametrelerinin ECC'nin çekme birim şekil değiştirme ölçümlerine etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, çimento esaslı bir matris ve yüzde 2 oranında yüksek çekme dayanımlı polipropilen lif (HTPP) kullanılarak ECC örnekleri hazırlanmıştır. Örneklere; benekleme yoğunluğu (yoğun/seyrek), aydınlatma etkisi (kontrollü/kontrolsüz) ve çözünürlük (yüksek/düşük) parametreleri de dikkate alınarak çekme deneyleri uygulanmıştır. Örneklerin birim şekil değiştirme değerleri, örneğin 4 köşesine yerleştirilen ekstensometreler ve DIC analizleri ile hem mekanik hem de dijital olarak hesaplanmıştır. DIC hesaplamalarında, altküme boyutu ve adım aralığı kombinasyonlarının birim şekil değiştirme ölçümlerine etkisi de ayrıca incelenmiştir. En düşük hata oranını sağlayan örneklerin çatlak özellikleri de görsel ve dijital olarak incelenmiştir.Örnekler ortalama 2,75 MPa çekme dayanımı ve yüzde 3,38 birim şekil değiştirme göstermiştir. Farklı DIC adım aralıklarında; ortalama birim şekil değiştirmeler (0,5*altküme)*(1/4), (0,5*altküme)*(2/4), (0,5*altküme)*(3/4) ve (0,5*altküme)*(4/4) için sırasıyla yüzde 3,74, 3,67, 3,62 ve 3,54 olarak hesaplanmıştır. Belirtilen yöntemlere göre en az hata oranına sahip test koşulları şu şekilde belirlenmiştir; seyrek benekleme, kontrollü aydınlatma ve yüksek çözünürlük. Bu örneklerde, göz ile sayma yöntemiyle gözlenemeyen çatlaklar DIC yöntemiyle başarılı bir şekilde ortaya çıkmıştır. Sonuç olarak, bu çalışma DIC'nin doğru analiz parametreleri seçilirse geleneksel deformasyon ölçüm yöntemlerinden üstün olduğunu göstermiştir.

Engineered Cementitious Composites (ECC) are construction materials exhibiting multiple cracking and pseudo strain hardening behavior and therefore, enhanced ductility when compared to conventional fiber reinforced composites. Digital image correlation method (DIC) is a recently developed non-contact measurement method based on math and image processing. Various parameters such as speckle density, illumination condition and analysis parameters (subset size, step size etc.) affect the measurement calculations. In this thesis, the effect of DIC parameters on the tensile strain measurements of ECC was investigated. For this purpose, ECC specimens were prepared by using a cement based matrix and 2 percent of high tenacity polypropylene (HTPP) fiber. Tensile tests were applied to specimens by taking the speckle density (coarse/fine), the effect of illumination (controlled/uncontrolled), and the resolution (high/low) parameters into account. Strain values of specimens were calculated both mechanically and digitally by using 4 extensometers placed at each corner of specimen and by DIC analysis, respectively. In DIC calculations, the effect of subset and step size combination to the strain measurement was also investigated. Crack properties of specimens providing the lowest strain error rate were also investigated both visually and digitally.The specimens exhibited average tensile strength of 2.75 MPa and average strain of 3.38 percen. In different step size of DIC; (0.5*subset)*(1/4), (0.5*subset)*(2/4), (0.5*subset)*(3/4) and (0.5*subset)*(4/4) the average strain values were calculated as 3.74, 3.67, 3.62 and 3.54 percent, respectively. Test conditions having the least error rate according to the methods specified were determined as; fine speckle, controlled illumination and high resolution. In these specimens, cracks that cannot be observed by eye counting method successfully detected by DIC method. In conclusion; this study demonstrated the superiority of DIC over traditional deformation measurement methods when the correct analysis parameters are selected.