Digital Volume Correlation

디지털 볼륨 상관을 위한 솔루션

XDigitalVolumeCorrelation 확장은 디지털 볼륨 상관(DVC, Digital Volume Correlation) 전용 도구를 제공

  • 변형 과정 중 획득한 볼륨 이미지로부터 높은 정밀도/정확도를 갖는 3D 전체 필드 연속 변위 및 변형 맵
    • 텍스처 및 노이즈에 따라 최저 0.1픽셀 이하의 정밀도 및 0.01픽셀 이하의 정확도/편향 가능.
  • 대규모 예상 변위에 대한 하위 세트 기반 DVC 메소드(로컬 메소드).
  • 연속 변위를 위한 유한 요소 기반 DVC 메소드(전역 메소드).
  • 로컬 및 글로벌 메소드를 융합하여 광범위한 애플리케이션을 처리할 수 있음.
  • 변위와 변형률은 3D 메시에서 계산되며 이는 관심 영역(ROI)의 크기를 줄이기 위해 절충(Trade-off) 할 필요 없이 객체의 정확한 모양에 맞춰질 수 있음.

고급 후 처리(Post processing)

  • 그리드 요소(Hexaedra/Tetraedra) 또는 노드에서 시각화된 변위 및 변형 성분.
  • 그리드의 노드 변위를 정규(Regular) 데이터 세트(3D 이미지)로 변환.
  • 그리드 요소, 노드 또는 정규 그리드에서 시각화 된 변위 벡터.
  • 주요 변형률, 불변 량(Invariants), 고유 벡터(Eigenvectors), Von Mises 및 Tresca 등가 변형 추출.
  • 등위 변위(Iso-displacement) 및 등위 변형(iso-strain) 맵핑.
  • 3D 그리드의 변형 애니메이션.

FEA/CFD를 위한 사면체 메시를 생성하고, 메시 경계에 DVC 변위를 적용하여 시뮬레이션과 실험을 연결함.

계면(Interface) 무결성이나 변형 유도 다공성(Porous)과 같은 변형 유도 미세 구조 변화를 정량화 함.

뼈-시멘트 인터페이스 변형 률 (Strain) 전달

뼈-시멘트 계면(Bone cement interfaces) 무결성(Integrity)은 고 관절 및 무릎(Knee) 시멘트 대체물의 성공과 수명에서 중요한 요소

  • 전체 하중 전달에서 뼈 유형의 영향 및 뼈-시멘트 구조물의 미세 역학(Micromechanics)은 아직 완전히 정량화되지 않았음.

이 예에서, Digital Volume Correlation을 사용하여 서로 맞물린 bone-implant 인터페이스의 가능한 구성 중 하나에서 3D 전체 필드 변위 및 변형을 계산

  • 고급 이미지 처리를 사용하여, 기계적 압축 중에 뼈와 시멘트 사이에서 변형이 어떻게 공유되는지 정량화하고 시각화 할 수 있음.
  • 대부분의 변형은 시멘트 영역에서 변형이 잘 전달되지 않는 해면 뼈(Trabecular bone)에 의해 수행되는 것으로 관찰됨.
  • 더 많은 피질 뼈(Cortical bone)를 함유하는 다른 뼈-시멘트 복합 제제(Formulations)가 시험되었고 시멘트의 변형을 확산시키는데 보다 효과적인 것으로 입증되었음.

연구논문 참조

인장 하중 하에서 함유물 클러스터 주변의 변형 국지화

인장(Tensile) 하중 하에서 함유물 클러스터(Inclusion clusters) 주변의 변형 국지화(Strain localization)

  • 변형(Deformation) 국지화는 신소재 설계에 매우 중요한 연구 주제.

이 예에서, 구상 흑연 주철(Nodular graphite cast iron)의 인장 하중 동안 강렬한 변형 영역을 포착하기 위해 Digital Volume Correlation을 사용하는 방법을 설명

  • 큰 변위를 추적하기 위해, 정규 메시에 대해 대략적인(Coarse) DVC 분석을 수행 한 다음, 데이터를 사용하여 인장 시편의 정확한 형상을 갖는 미세한 사면체 메시에 대해 보다 강력한 다중 스케일 FE-기반 기법을 초기화 하였음.
  • 국부 밀도가 높은 대형 결절 클러스터에서 높은 변형률이 우선적으로 발생하는 것으로 관찰되며, 이는 연성 파괴 및 수치 모델에 대한 이해를 향상시키는데 사용될 수 있음.

연구논문 참조

Amira33

섬유 강화 폴리머(FRP) 복합재의 파괴와 관련된 기공 유착(Pore coalescence)

가스 수송을 위한 복합 재료의 사용에 대해 최근 관심이 증가

  • 단 반향 유리 섬유로 강화된 폴리 아미드 6(PA6) 매트릭스의 손상 메커니즘은 CT 유사 시편에 대한 싱크로트론 방사선 라미노그래피(Laminographic)를 사용하여 특성화되었음.
  • Digital Volume Correlation을 통해 연구자들은 한 단계 더 나아가 미세 구조와 균열의 3D 상호작용을 보다 더 자세히 계량화하고 균열 개방 변위(Crack opening displacement, COD) 및 매트릭스 볼륨 변형률과 같은 유용한 정보를 추출할 수 있음.

이 예에서, 볼륨 변형은 구형 미세 기공(Spherical micropores) 및 벼형 거대 공극(Rice-like macropores)에 매핑 되어 공극이 성장하여 나중에 합쳐져 균열을 형성 할 가능성이 있음을 나타냄

  • 이들 결과는 매트릭스의 손상 메커니즘이 공극 성장에 기반한 수치 모델을 공급 및/또는 검증하는데 사용될 수 있음.

압축 상태의 10ppi 알루미늄 오픈 셀 폼 분석

금속 폼은 광범위한 엔지니어링 어플리케이션을 위한 새로운 종류의 재료로 각광 받음

  • 다공성 금속 구조물은 화학 공정을 위한 필터 또는 열 교환기, 자동차 응용 분야의 충격 에너지 흡수제,소음 및 단열재 등으로 사용될 수 있음.
  • 높은 강도와 특징적인 비선형 변형 거동의 조합은 경량 구조 또는 에너지 흡수에 매력적.

이 연구에서 Digital Volume Correlation을 사용하여 압축 상태에서 10ppi 알루미늄 오픈 셀 폼의 동작을 특성화

  • 3D 축 방향 변위 맵과 3D 축 방향 변형 률(Strain) 맵은 처음 3개의 로딩 단계에서 계산됨.