Monitoring the crack-tip position of adhesively bonded metallic specimens in ENF-testing using DIC and OBR techniques

This work deals with the experimental analysis of crack propagation in ENF (End-Notched Flexure) specimens loaded in Mode II during three-point bending tests. High-strength steel (HSS) substrates were bonded using the two-part structural epoxy adhesive EC-9323 B/A, provided by 3M Scotch-Weld™. The initial crack in the specimens was created by applying Teflon tape on one side of the interface. This tape prevents full adhesion between the substrates. The unbonded portion of the specimen, between the two lateral support points, was set at 35% of the total distance between the supports to ensure stable crack propagation. After an additional pre-cracking procedure conducted in Mode I, the ENF tests were performed in displacement control mode at a speed of 0.8 mm/min. Crack propagation was monitored through visual inspection (VT), digital image correlation (DIC), and distributed strain measurement using optical backscatter reflectometry (OBR). The results from these non-destructive techniques were compared with the force and displacement data recorded by the testing machine and with measurements taken on the fracture surfaces of the opened specimens at the end of the tests. The study demonstrated the excellent capability of optical fibers in monitoring crack growth inside the interface by detecting the point of maximum strain on the fiber’s bonded surface. However, results from the techniques applied to the specimen’s lateral sides, such as DIC and VT, showed limited consistency with the OBR data. These discrepancies are likely due to the non-linearity of the propagation front and a strong dependence on the quality of the preparation of the inspection surfaces. Finally, analysis of the load-displacement curve’s derivative suggested a possible relationship between the slope of this curve and the crack propagation rate.

Questo lavoro tratta l’analisi sperimentale della propagazione di una cricca in provini ENF caricati a Modo II in test a 3 punti di flessione. I substrati in acciaio ad alta resistenza HSS sono stati incollati utilizzando l’adesivo strutturale epossidico bicomponente EC-9323 B/A fornito da 3M Scotch-Weld™. La cricca iniziale dei provini è stata creata tramite l’incollaggio di nastro Teflon in una porzione laterale dell’interfaccia. Questa pellicola è in grado di prevenire una completa adesione dei substrati. La frazione di lunghezza non incollata del provino compresa tra i due punti d’appoggio laterali rispetto alla distanza dei due punti d’appoggio stessi è stata impostata al 35% con lo scopo di ottenere una propagazione stabile. A seguito di un ulteriore manovra di pre-criccatura effettuata a Modo I, i test ENF sono stati eseguiti in condizione di controllo di spostamento ad una velocita di 0.8mm/min. L’avanzamento della cricca è stato monitorato attraverso prove visive (VT), correlazione di immagini digitali (DIC) e rilevamento della deformazione distribuita mediante riflettometria ottica a retrodiffusione (OBR). I risultati di queste tecniche non-distruttive sono stati comparati con i dati di forza e spostamento registrati dalla macchina di prova e con le misurazioni prese sulle superfici di frattura dei provini aperti alla fine dei test. Lo studio ha evidenziato ottime capacità della fibra ottica di monitorare l’avanzamento della cricca all’interno dell’interfaccia tramite l’individuazione del punto di massima deformazione sulla superficie d’incollaggio della fibra. I risultati delle tecniche operanti sui lati del provino quali DIC e VT hanno dimostrato scarsa consistenza con i dati riportati dall’OBR. Queste divergenze sono probabilmente dovute alla non rettilineità del fronte di propagazione e ad una forte dipendenza dalla qualità della preparazione delle superfici d’ispezione. Infine, analisi approfondite sulla derivata del grafico carico-spostamento hanno suggerito la possibilità di una relazione tra la pendenza di questa curva e la velocità d’avanzamento della cricca.