Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Laboratory for Mechanics and Physics of Solids (LAMPS)

Dette mikromekaniske laboratorium er oprettet for at undersøge svigtmekanismerne i avancerede materialer og strukturer ved forskellige forhold. Opnåelsen af en sådan viden på systematisk vis giver mulighed for at få viden om eller påvise forekomsten af en række forskellige svigttilstande samt validere de pågældende modeller og designe nye materialer eller strukturer.

Udstyr

Ved makroskala anvendes en universel trækprøvningsmaskine (Zwick/Roell med 5kN belastningscelle). Dette klassiske udstyr giver dig mulighed for at undersøge materialers og strukturers styrke og forskydningsrespons under belastning samt analysere de deraf afledte resultater. Der er forskellige eksperimentelle opsætninger tilgængelig til forsøg med træk, kompression, bøjning eller brud. Maskinen kan også bruges til test af træthed ved mellemtidsbelastning eller til relaksations- og krybeforsøg.

Til ‘bløde’ materialer (en belastningscellekapacitet på 150N) og dynamisk mekanisk analyse (DMA) anvendes der en Bose®-maskine med en friktionsfri bevægelig magnet. Ud over at bidrage med exceptionel DMA-funktionalitet er Bose-testinstrumentet også designet til at kunne bruges til krybe- og belastning-relaksationstest, test af ensformig(t) træk og kompression samt til test af træthed og holdbarhed ved langtidsbelastning.

Ved makro-meso-skala bruges Aramis-systemet med stort visningsfelt til digital billedkorrelation (GOM, Tyskland). Systemet er udstyret med to kameraer med 4 Mpix og giver mulighed for måling af et fuldt 3D-forskydningsfelt som vist i figur 1. De visningsfelter, der bruges for dette system, varierer fra 20 x 20 og op til 200 x 200 mm.

Fig. 1. Displacement maps of a bimaterial bonded ring (PMMA bonded to stainless steel) under compressive loading. Ring diameter is 30 mm. (Figure: Michal Budzik)


For meso–micro scales, a small field of view digital image correlation system Vic3D (Correlated Solutions, USA) is used. The system is equipped with two 5Mpix cameras with very low noise to signal ratios. They have a capability of shooting up to approx. 500 frames per second with full resolution. The observed fields of view go down to 500x500 μm with subpixel accuracy allowing, in principle, nm scale displacements to be measured. The equipment is used for in-situ observations of failure and fracture, e.g. as shown in Fig. 2 where displacement and strain fields in the vicinity of a propagating crack were investigated.

Fig. 2. von Mises strain intensity in the vicinity of a propagating crack. The specimen was made of two carbon fibre plates bonded with structural adhesive. The panorama view, 6x1 mm, consists of five frames taken at different stages of propagation. (Figure: Michal Budzik)

Til mikroskopiske in-situ-observationer er der to digitale mikroskoper (Dino-Lite, Holland) med en 200x og 500x forstørrelse. På grund af deres lille størrelse (ca. 10 cm lange) og brugervenlighed bruges de til eksperimentelle opsætninger, hvor der er fokus på detaljerne omkring svigtmekanismen. Dataene fra kameraet kan bruges senere til beregninger af billedkorrelation ved hjælp af Vic3D-softwaren.

Laboratoriet er også udstyret med en/et yderst avanceret 3D-scanner/makro-/mikroskop, der gør brug af FPR-princippet (Fringe Projection Light) (Keyence, Japan). 3D-egenskaberne for strukturer og materialer på ned til centi-, milli- og mikrometre kan detekteres og analyseres for at få nyttige oplysninger om f.eks. lokal ruhed, bølgethed, størrelser og former på indeslutninger eller lignende. Og alt dette kan gøres med en nøjagtighed på op til 50 nanometer i højde og retning uden for plan.

For at give mulighed for en problemfri overgang fra den universelle trækprøvningsmaskine til mikroskopiske observationer er laboratoriet udstyret med en mikro-trækprøvningsmaskine. Denne maskine er i stand til at udføre ethvert standardforsøg, træk, kompression, bøjning osv., også under træthedsbelastning, på små prøver med dimensioner på mikro-/centimetre med en kapacitet på 5 kN for belastningscellen. På grund af maskinens lille størrelse kan den nemt placeres under et 3D-mikroskop, ethvert optisk standardmikroskop eller i et scanning-elektronmikroskop (Zeiss Evo, Tyskland), der findes på stueetagen i Navitas-bygningen.