Användning av Digital Image Correlation för analys av kartongegenskaper

The performance of paperboard materials in packaging application has been investigated and evaluated for a long time. This is because it plays a decisive role for product protection and decoration in packaging applications. Potential damages during transportation sometimes affect the consistency of the performance. Therefore, the capability of the material to resist these external disturbances was of interest. A multiply paperboard was chosen as the experimental material. The analysis conducted in this thesis aimed to reveal the tensile behavior in the cross-machine direction (CD) of the material against various kinds of local or global changes. The changes included global and local climate variations, cutouts, and regional weakening and strengthening, which were applied during the intervals between preloading and reloading. The digital image correlation (DIC) analysis computed the time-varying strain fields from the gray level information contained in the recorded videos of loading processes. The generated strain fields were imported to post analysis. Comparison between comparable stages (two stages with the same average strain value from different loading sections) was considered as the scheme of isolating the influences of the changes and investigating them individually. The cosine image similarity method and the eigenface algorithm were used to validate this scheme, while the directional average calculation and the strain field compensation method were introduced to realize the isolation. The differences between the front and back outer plies of the paperboard sheets were detected as individual. Moreover, both global and local climate changes were affecting the strain distributions of the specimens proportionally on account of the moisture ratio within the material. In addition, the invisible mechanical weakening and strengthening were captured evidently with the analysis, which caused strain concentrations due to the uneven distribution of expansion capability. The relaxation and bending in unloading processes were two of the primary disturbing factors within all the deformed specimens, which were related to time and bending direction, correspondingly.Egenskaperna hos kartongmaterial för förpackningstillämpningar har varit ett ämne att undersökning under lång tid. Detta för att dessa egenskaper spelar en avgörande roll som produktskydd och dekorativ utformning i mängde av tillämpningar. Potentiella skador under transport påverkar bland annat materialets tillförlitlighet och prestandard. Därför är det aktuellt att undersöka samt förstå materialets förmåga att motstå yttre störningar. Experimentmaterialet som användes bestod av en typ av flerskiktskartong. Analyser som utfördes i denna avhandling har syfte att identifiera de mekaniska förändringarna i materialets dragegenskaper i tvärsmaskin-riktningen (CD) på grund av olika lokala eller globala förändringar. Förändringarna innefattar både globala och lokala klimatvariationer, utskärningar, och lokala försvagningar samt förstärkningar. Dessa förändringar infördes vid intervallet mellan på- och avlastning. Den digital bildkorrelations analys (DIC) användes för att beräknade de tidsvarierande töjningsfälten från den grånivåinformationen i som registrerades med hjälp av inspelade videor under belastningen Den genererade töjningsfälten importerades för vidare analys. Två tillstånd med liknande medelvärde av töjningsnivån från olika delar av belastningen jämfördes, detta för att isolera påverkan av förändringarna och undersöka dem individuellt. Två olika metoder för jämförelse av bilderna (cosine image similarity och eigenface algorithm) användes för att validera analysschemat, där riktning-medelvärdesberäkningar och töjningsfälts kompensations-metoden användes för att realisera dessa isoleringar. Enstaka skillnader upptäcktes mellan de främre och bakre ytskikten på kartongarken. Dessutom påverkades töjningsfördelningarna för proverna både av den globala och lokala klimatförändringar på grund av fukttillståndet i materialet. Vidare kan de osynliga mekaniska försvagningar och förstärkningar tydligt fångas med de utförda analyserna, vilket ledde till töjningskoncentrationers uppkomst på grund av det inhomogena expansions-förmåga hos arket. Relaxationen och böjningen vid avlastning relaterade till tid och böjningsförmåga var två av de primära faktorerna som påverkade analysens kvalité