Measurement of residual stresses at the micro-scale:: a complete implementation of the FIB-DIC technique
- Autores: Aritz Dorronsoro Larbide
- Directores de la Tesis: Yon Alcorta Barragan (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Navarra ( España ) en 2024
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Manuel Martinez (presid.), Carmen García Rosales (secret.), F. Javier Belzunce Varela (voc.), Jesús M. Ruiz (voc.), Aitor Madariaga Zabala (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Aplicada por la Universidad de Navarra
- Calificación: Sobresaliente Cum Laude
- Materias:
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- Resumen
Las tensiones residuales desempeñan un papel clave en el comportamiento mecánico de los materiales. Los fenómenos relacionados con la fatiga y las distorsiones durante el procesamiento dependen en gran medida de su presencia. El objetivo principal de esta tesis ha sido desarrollar e implementar una técnica de medida de tensiones residuales, basada en la formulación FIB-DIC. Esta formulación es una adaptación de la técnica de taladrado a la escala microscópica. Consiste en la eliminación controlada de material en la región de interés y la medición del fenómeno de relajación que provoca. La relajación de las tensiones residuales ocurre cuando el material alrededor de las superficies libres del volumen modificado se redistribuye, de manera que compensa las tensiones residuales iniciales que estaba soportando. Medir estas distorsiones permite el cálculo del estado tensional antes de la eliminación del material. En el taladrado, la eliminación de material típicamente se realiza utilizando medios mecánicos, y las distorsiones que provoca alrededor del agujero se miden con galgas extensiométricas. Las técnicas FIB-DIC utilizan versiones miniaturizads de ambos procesos, aunque basándose en el mismo principio. La eliminación de material se realiza mediante mecanizado con un haz de iones focalizado (focused ion beam, FIB). La medición de las distorsiones alrededor del volumen mecanizado se realiza a través de la aplicación de algoritmos de correlación digital de imágenes (digital image correlation, DIC) sobre imágenes de la muestra antes y después de la eliminación del material. Las imágenes que se utilizan para estas medidas son capturadas mediante un microscopio electrónico de barrido. El trabajo contenido en esta tesis describe el proceso de implementación de la técnica, tanto los pasos experimentales como los computacionales. Se explican los procedimientos de microscopía electrónica y de iones para la adquisición de imágenes y la eliminación de material. Se describen los procedimientos de procesamiento de imágenes, comenzando por el algoritmo de correlación de imágenes digitales basado en análisis de Fourier para la detección de desplazamientos, y concluyendo con los procedimientos de mejora de señal. Finalmente, se mencionan las simulaciones de elementos finitos necesarias para calcular las tensiones residuales a partir de las medidas obtenidas mediante DIC. Tras describir el procedimiento de medición, la validez de la técnica se pone a prueba en casos ejemplo de verificación. Las muestras seleccionadas presentan estados tensionales homogéneos y superficies planas, adecuados para el proceso de medida. Los resultados obtenidos utilizando la técnica FIB-DIC implementada se comparan satisfactoriamente con las mediciones mediante difracción de rayos X, demostrando su aplicabilidad. En la sección final del documento, se caracterizan sistemas con estados de tensiones complejos y se exploran usos avanzados de la técnica.
