Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi

keskinateş, muhammer; Önal, Okan; Tosun Felekoğlu, Kamile; Felekoglu, Burak; YILDIRIM, Tarık; GÖDEK, Eren

doi:10.17341/gazimmfd.416508

Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi

Tarık YILDIRIM, (Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, Türkiye)

Kamile T. FELEKOĞLU, (Dokuz Eylül Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İzmir, Türkiye)

Eren GÖDEK, (Hitit Üniversitesi, Teknik Bilimler Meslek Yüksek Okulu, İnşaat Teknolojisi Bölümü, Çorum, Türkiye)

Muhammer KESKİNATEŞ, (Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, Türkiye)

Burak FELEKOĞLU, (Dokuz Eylül Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İzmir, Türkiye)

Okan ÖNAL (Dokuz Eylül Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İzmir, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

3 0

Yıl: 2019 Cilt: 34 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 479 - 493 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.416508 İndeks Tarihi: 29-12-2020

Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi

Öz:

Dijital görüntü korelasyonu (DIC), matematik tabanlı temassız bir deformasyon ölçüm tekniğidir.Mühendislik özellikleri geliştirilmiş çimentolu kompozitler (ECC) geleneksel lifli kompozitlerden farklıolarak kararlı çoklu çatlama davranışı göstermektedir. Bu kararlı çoklu çatlama davranışının analizi,kompozitin mekanik ve durabilite performansının değerlendirilmesi açısından oldukça önemlidir. Buçalışmada, DIC'in mühendislik malzemelerinin deformasyon ölçümleriyle ilgili uygulama alanları detaylı birliteratür taramasıyla sunulmuştur. ECC’nin çoklu çatlak davranışının analizi ile ilgili yapılan çalışmalartaranmış ve DIC yönteminin bu amaçla kullanılabilirliği deneysel olarak incelenmiştir. Bu kapsamda yüksekçekme dayanımlı polipropilen lif kullanılarak kemik şeklinde çekme numuneleri üretilmiştir (HTPP-ECC).Kompozitlerin çekme yüklemesi altındaki deformasyonları numune etrafına yerleştirilen 4 adet gelenekseldeformasyon ölçer (LVDT- Linear variable differential transformer) ve DIC tabanlı bir kamera sistemiylekaydedilmiştir. LVDT ve DIC yöntemleri ile elde edilen bulgular kıyaslanarak, DIC tekniğininkompozitlerin çoklu çatlama davranışının incelenmesinde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Sonuç olarak,DIC’nin ECC’lerde deformasyon ölçümü açısından LVDT’lerle yakın sonuçlar verdiği ve çatlak analiziavantajıyla geleneksel yöntemlerden üstün yanları olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelime:

Investigation of multiple cracking behavior of cement-based fiber composites by digital image correlation method

Öz:

Digital image correlation (DIC) is a mathematically based non-contact deformation measurement technique. Engineered cementitious composites (ECC) exhibit steady state multiple-cracking behavior unlike conventional fiber reinforced composites. Analysis of this stable multiple cracking behavior is quite important in terms of evaluating the mechanical and durability performance of the composite. In this study, DIC's application areas on deformation measurements of engineering materials are presented with a detailed literature review. Studies on the analysis of the multiple cracking behavior of ECC have been researched and the availability of the DIC method experimentally investigated for this purpose. In this context, dog-bone shaped tensile specimens were produced by using high tenacity polypropylene fibers (HTPP-ECC). The deformations of the composites under tensile loading were recorded with 4 conventional deformation gauges (LVDT-Linear variable differential transformer) and a DIC based camera system. The usability of DIC technique in the investigation of the multiple cracking behavior of composites was investigated by comparing the data obtained by LVDT and DIC methods. In conclusion, DIC has close results with LVDTs in terms of deformation measurement in ECCs and has superiority than traditional methods with the advantage of crack analysis.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Mehdikhani M., Aravand M., Sabuncuoglu B., Callens M.G., Lomov S.V., Gorbatikh L., Full-field strain measurements at the micro-scale in fiber-reinforced composites using digital image correlation, Composite Structures, 140, 192-201, 2016.
2. Ramos T., Furtado A., Eslami S., Alves S., Rodrigues H., Arêde A., Tavares P.J., Moreira P.M. G.P., 2D and 3D Digital Image Correlation in Civil EngineeringMeasurements in a Masonry Wall, Procedia Engineering, 114, 215 – 222, 2015.
3. Hamrat M., Boulekbache B., Chemrouk M., Amziane S., Flexural cracking behavior of normal strength, high strength and high strength fiber concrete beams, using digital image correlation technique, Construction and Building Materials, 106, 678-692, 2016.
4. Yamaguchi I., A laser-speckle strain gauge. Journal of Physics E: Scientific Instruments, 14 (11), 1270-1273, 1981.
5. Peters W.H., Ranson W.F., Digital imaging techniques in experimental stress analysis, Optical Engineering, 21 (3), 213427-213427, 1982.
6. Sutton M.A., Wolters W.J., Peters W.H., Ranson, W.F., McNeill S.R., Determination of displacements using an improved digital correlation method, Image and Vision Computing, 1 (3), 133-139, 1983.
7. Hild F., Raka B., Baudequin M., Roux S., Cantelaube F., Multiscale displacement field measurements of compressed mineral-wool samples by digital image correlation, Applied Optics, 41 (32), 6815-6828, 2002.
8. Hild F., Roux S., Digital image correlation: from displacement measurement to identification of elastic properties–a review, Strain, 42 (2), 69-80, 2006.
9. Shih, M.H., Sung, W.P., Application of digital image correlation method for analysing crack variation of reinforced concrete beams, Sadhana, 38 (4), 723-741, 2013.
10. Mahal M., Blanksvärd T., Täljsten B., Sas G., Using digital image correlation to evaluate fatigue behavior of strengthened reinforced concrete beams, Engineering Structures, 105, 277-288, 2015.
11. Roux S., Hild F., Digital image correlation and fracture: an advanced technique for estimating stress intensity factors of 2D and 3D cracks, Journal of Physics D: Applied Physics, 42 (21), 214004, 2009.
12. Besnard G., Guérard S., Roux S., Hild F., A space–time approach in digital image correlation: Movie-DIC, Optics and Lasers in Engineering,49 (1), 71-81, 2011.
13. Vanlanduit S., Vanherzeele J., Longo R., Guillaume P., A digital image correlation method for fatigue test experiments, Optics and Lasers in Engineering, 47 (3), 371-378, 2009.
14. Ohno M., Li V.C., A feasibility study of strain hardening fiber reinforced fly ash-based geopolymer composites, Construction and Building Materials, 57, 163-168, 2014.
15. Wang Y., Cuitiño A.M., Full-field measurements of heterogeneous deformation patterns on polymeric foams using digital image correlation.International Journal of Solids and Structures, 39 (13), 3777-3796, 2002.
16. Mguil-Touchal S., Morestin F., Brunei M., Various Experimental Applications of Digital Image Correlation Method, Transactions on Modelling and Simulation (Computer Methods and Experimental Measurements), WIT Press, 16, 45-58, 1997.
17. Liang Z., Yin B., Liu H., Mo J., Wang S., Displacement measurement of specimen surfaces with damaged areas by digital image correlation., Measurement, 76, 183- 188, 2015.
18. Liu X.Y., Li R.L., Zhao H.W., Cheng T.H., Cui G.J., Tan Q.C., Meng G.W., Quality assessment of speckle patterns for digital image correlation by Shannon entropy, Optik-International Journal for Light and Electron Optics, 126 (23), 4206-4211, 2015.
19. Gu G., A comparative study of random speckle pattern simulation models in digital image correlation, OptikInternational Journal for Light and Electron Optics, 126 (23), 3713-3716, 2015.
20. Pan B., Xie H., Wang Z., Qian K., Wang Z., Study on subset size selection in digital image correlation for speckle patterns, Optics Express,16 (10), 7037-7048, 2008.
21. Pierré J.E., Passieux J.C., Périé J.N., Bugarin F., Robert L., Unstructured finite element-based digital image correlation with enhanced management of quadrature and lens distortions,, Optics and Lasers in Engineering, 77, 44-53, 2016.
22. Mudassar A.A., Butt S, Improved Digital Image Correlation method, Optics and Lasers in Engineering, 87, 156-167, 2015.
23. Su Y., Zhang Q., Xu X., Gao Z., Quality assessment of speckle patterns for DIC by consideration of both systematic errors and random errors.Optics and Lasers in Engineering, 86, 132-142, 2016.
24. Gonzáles G.L.G., Rodrigues L.D., Meggiolaro M.A., Freire J.L.F., Strains in Shallow and Deep Notches Using Two DIC Algorithms, In Advancement of Optical Methods in Experimental Mechanics, 3, 281-294, 2016.
25. Sutton M.A., Orteu J.J., Schreier H., Image correlation for shape, motion and deformation measurements: basic concepts, theory and applications, Springer Science Business Media, 2009.
26. Aparna M.L., Chaitanya G., Srinivas K., Rao J.A., Fatigue Testing of Continuous GFRP Composites Using Digital Image Correlation (DIC) Technique a Review, Materials Today: Proceedings, 2 (4), 3125-3131, 2015.
27. Turner D.Z., Peridynamics-Based Digital Image Correlation Algorithm Suitable for Cracks and Other Discontinuities, Journal of Engineering Mechanics, 141(2), 04014115, 2014.
28. Xu Hui, "Application of Visual Imaging Correlation-2D to Strain Measurement", Thesis, Rochester Institute of Technology, 2014.
http://scholarworks.rit.edu/theses/8566. Erişim tarihi Eylül 15, 2016.
29. Digital Image Correlation: Overview of principles and Software, University of South Carolina, SEM2009 workshop.
30. VIC-2D Testing Guide. Reference Manuel. http:// correlatedsolutions .com/. Erişim tarihi Haziran 15, 2016.
31. He T., Liu L., Makeev A., Shonkwiler B., Characterization of stress–strain behavior of composites using digital image correlation and finite element analysis, Composite Structures, 140, 84-93, 2016.
32. Park J., Yoon S., Kwon T.H., Park K., Assessment of speckle-pattern quality in digital image correlation based on gray intensity and speckle morphology, Optics and Lasers in Engineering, 91, 62-72, 2017.
33. Lecompte D., Smits A., Bossuyt S., Sol H., Vantomme J., Van Hemelrijck D., Habraken A.M., Quality assessment of speckle patterns for digital image correlation, Optics and Lasers in Engineering, 44(11), 1132-1145, 2006.
34. Hassan G.M., MacNish C., Dyskin A., Shufrin I., Digital Image Correlation with Dynamic Subset Selection, Optics and Lasers in Engineering,84, 1-9, 2016.
35. Magnan P., Detection of visible photons in CCD and CMOS: A comparative view, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 504(1), 199-212, 2003.
36. Zurich N.B., CCD versus CMOS--has CCD imaging come to an end?, 140, 131-137, 2001. www.ifp.unistuttgart.de/publications/phowo01/blanc.pdf. Erişim tarihi Eylül 20, 2016.
37. Litwiller D., CCD vs. CMOS, Photonics Spectra, 35(1), 154-158, 2001.
38. Fossum E.R., CMOS image sensors: electronic cameraon-a-chip, IEEE Transactions on Electron Devices, 44(10), 1689-1698, 1997.
39. Hain R., Kähler C.J., Tropea, C., Comparison of CCD, CMOS and intensified cameras, Experiments in Fluids, 42(3), 403-411, 2007.
40. Krstulović-Opara L., Surjak M., Vesenjak M., Tonković Z., Kodvanj J., Domazet Ž., Comparison of infrared and 3D digital image correlation techniques applied for mechanical testing of materials, Infrared Physics Technology, 73, 166-174, 2015.
41. Gao G., Yao W., Xia K., Li Z., Investigation of the rate dependence of fracture propagation in rocks using digital image correlation (DIC) method.Engineering Fracture Mechanics, 138, 146-155, 2015.
42. Khoo S.W., Karuppanan S., Tan C.S., A Review of Surface Deformation and Strain Measurement Using Two-Dimensional Digital Image Correlation, Metrology and Measurement Systems, 23(3), 461-480, 2016.
43. Haddadi H., Belhabib S., Use of rigid-body motion for the investigation and estimation of the measurement errors related to digital image correlation technique, Optics and Lasers in Engineering, 46(2), 185-196, 2008.
44. Bomarito G.F., Hochhalter J.D., Cannon A.H., Image Correlation Pattern Optimization for Micro-Scale InSitu Strain Measurements, 8.SEM International Congress , Orlando-FL-United States, 6-9 Haziran 2016.
45. Zhang J., Jin G., Ma S., Meng L., Application of an improved subpixel registration algorithm on digital speckle correlation measurement, Optics Laser Technology, 35(7), 533-542, 2003.
46. Cooreman S., Lecompte D., Sol H., Vantomme J., Debruyne D., Identification of mechanical material behavior through inverse modeling and DIC, Experimental Mechanics, 48(4), 421-433, 2008.
47. Reu P., Stereo‐Rig Design: Creating the Stereo‐Rig Layout–Part 1, Experimental Techniques, 36(5), 3-4, 2012.
48. Ke X.D., Schreier H.W., Sutton M.A., Wang YQ., Error assessment in stereo-based deformation measurements, Experimental Mechanics, 51(4), 423-441, 2011.
49. Sherir M.A., Hossain K.M.A., Lachemi M., MAT-731: Mechanical durability properties of engineered cementitious composites with different aggregates, CSCE Annuel Conference, London-England,1-4 Haziran 2016.
50. Li V.C., Can Concrete Be Bendable? The notoriously brittle building material may yet stretch instead of breaking, American Scientist, 100(6), 484-93, 2012.
51. Dhawale A.W., Joshi V.P., Engineered cementitious composites for structural applications, International Journal of Application or Innovation in Engineering Management, 2, 198-205, 2013.
52. Zhou J., Qian S., Beltran M.G.S., Ye G., van Breugel K., Li V.C., Development of engineered cementitious composites with limestone powder and blast furnace slag, Materials and Structures, 43(6), 803-814, 2010.
53. Felekoglu B., Tosun-Felekoglu K., Ranade R., Zhang Q., Li V.C., Influence of matrix flowability, fiber mixing procedure, and curing conditions on the mechanical performance of HTPP-ECC, Composites Part B: Engineering, 60, 359-370, 2014.
54. Li V.C., Maalej M., Toughening in cement based composites. Part II: Fiber reinforced cementitious composites, Cement and Concrete Composites, 18(4), 239-249, 1996.
55. Li V.C., From micromechanics to structural engineering: The design of cementitious composites for civil engineering applications, JSCE Journal of Structural Mechanics and Earthquake Engineering,10(2), 37–48, 1993.
56. Felekoğlu B., Keskinateş M., Multiple cracking analysis of HTPP-ECC by digital image correlation method. Computers and Concrete, 17 (6), 831-848, 2016.
57. Yu J., Lin J., Zhang Z., Li V.C., Mechanical performance of ECC with high-volume fly ash after subelevated temperatures. Construction and Building Materials, 99, 82-89, 2015.

APA	YILDIRIM T, Tosun Felekoğlu K, GÖDEK E, keskinateş m, Felekoglu B, Önal O (2019). Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi. , 479 - 493. 10.17341/gazimmfd.416508
Chicago	YILDIRIM Tarık,Tosun Felekoğlu Kamile,GÖDEK Eren,keskinateş muhammer,Felekoglu Burak,Önal Okan Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi. (2019): 479 - 493. 10.17341/gazimmfd.416508
MLA	YILDIRIM Tarık,Tosun Felekoğlu Kamile,GÖDEK Eren,keskinateş muhammer,Felekoglu Burak,Önal Okan Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi. , 2019, ss.479 - 493. 10.17341/gazimmfd.416508
AMA	YILDIRIM T,Tosun Felekoğlu K,GÖDEK E,keskinateş m,Felekoglu B,Önal O Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi. . 2019; 479 - 493. 10.17341/gazimmfd.416508
Vancouver	YILDIRIM T,Tosun Felekoğlu K,GÖDEK E,keskinateş m,Felekoglu B,Önal O Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi. . 2019; 479 - 493. 10.17341/gazimmfd.416508
IEEE	YILDIRIM T,Tosun Felekoğlu K,GÖDEK E,keskinateş m,Felekoglu B,Önal O "Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi." , ss.479 - 493, 2019. 10.17341/gazimmfd.416508
ISNAD	YILDIRIM, Tarık vd. "Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi". (2019), 479-493. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.416508

APA	YILDIRIM T, Tosun Felekoğlu K, GÖDEK E, keskinateş m, Felekoglu B, Önal O (2019). Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34(1), 479 - 493. 10.17341/gazimmfd.416508
Chicago	YILDIRIM Tarık,Tosun Felekoğlu Kamile,GÖDEK Eren,keskinateş muhammer,Felekoglu Burak,Önal Okan Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 34, no.1 (2019): 479 - 493. 10.17341/gazimmfd.416508
MLA	YILDIRIM Tarık,Tosun Felekoğlu Kamile,GÖDEK Eren,keskinateş muhammer,Felekoglu Burak,Önal Okan Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.34, no.1, 2019, ss.479 - 493. 10.17341/gazimmfd.416508
AMA	YILDIRIM T,Tosun Felekoğlu K,GÖDEK E,keskinateş m,Felekoglu B,Önal O Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2019; 34(1): 479 - 493. 10.17341/gazimmfd.416508
Vancouver	YILDIRIM T,Tosun Felekoğlu K,GÖDEK E,keskinateş m,Felekoglu B,Önal O Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2019; 34(1): 479 - 493. 10.17341/gazimmfd.416508
IEEE	YILDIRIM T,Tosun Felekoğlu K,GÖDEK E,keskinateş m,Felekoglu B,Önal O "Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34, ss.479 - 493, 2019. 10.17341/gazimmfd.416508
ISNAD	YILDIRIM, Tarık vd. "Çimento esaslı lifli kompozitlerin dijital görüntü korelasyonu yöntemi ile çoklu çatlak davranışının incelenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 34/1 (2019), 479-493. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.416508