Deterministic Post-Processing of Low-Velocity Impact Force–Time Data with ASTM D7136-Guided Automated Feature Extraction

Öz

Low-velocity impact (LVI) experiments generate high-frequency force–time signals that require careful post-processing to reliably extract key response parameters. Spreadsheet-based workflows are widely used in laboratory environments; however, they are highly sensitive to regional numeric formats, inconsistent data imports, and manual interventions, which can compromise reproducibility. This study presents a deterministic post-processing methodology guided by the ASTM D7136 definitions for the automated analysis of LVI force–time histories starting exclusively from raw experimental signals. The proposed workflow performs locale-independent TXT import, centralized numeric parsing, and synchronized force–energy–time reconstruction, enabling the batch extraction of impact metrics across multiple tests. Both impact velocity–driven and impact energy–driven analysis modes are supported, with automatic conversion between velocity and energy using kinetic relations. In this study, ASTM D7136 is used solely to define post-processing metrics and kinetic relationships; the experimental impact conditions themselves are not constrained by the standard. Key impact parameters, including the maximum contact force (Fmax), first force discontinuity (F1), absorbed energies (Emax and E1), contact duration, impulse, and dent depth, are identified algorithmically without operator intervention and summarized in consolidated tables. The methodology further provides experiment-level force–time, force–displacement, and dual force–energy–time visualizations to facilitate rapid experimental interpretation. Validation using experimental data acquired from a custom low-velocity impact rig demonstrates physically consistent trends across different impact conditions. By eliminating locale-dependent spreadsheet behavior and legacy import mechanisms, the proposed methodology provides a practical and reproducible experimental workflow for extracting the impact response parameters from raw LVI force–time measurements.

Anahtar Kelimeler

• ASTM D7136
• Automated feature extraction
• Force–time post-processing
• Impact testing
• Low-velocity impact
• Reproducible experimental workflows

Etik Beyan

This study did not involve human or animal subjects requiring ethics approval. The research was conducted using publicly available datasets, literature reviews, and theoretical analyses. In accordance with ethical standards, academic integrity and scientific ethics were fully observed throughout the research process. Therefore, ethics committee approval was not required.

ASTM D7136 Kılavuzlu Otomatik Özellik Çıkarımıyla Düşük Hızlı Darbe Kuvvet-Zaman Verilerinin Deterministik İşlenmesi

Öz

Düşük hızlı darbe (LVI) deneyleri, temel yanıt parametrelerinin güvenilir bir şekilde çıkarılması için dikkatli bir işlem sonrası analiz gerektiren yüksek frekanslı kuvvet-zaman sinyalleri üretir. Elektronik tablo tabanlı iş akışları laboratuvar ortamlarında yaygın olarak kullanılmaktadır; ancak bölgesel sayısal formatlara, tutarsız veri içe aktarma süreçlerine ve manuel müdahalelere karşı oldukça hassastır. Bu durum, tekrarlanabilirliği tehlikeye atabilir. Bu çalışma, yalnızca ham deneysel sinyallerden başlayarak LVI kuvvet-zaman geçmişlerinin otomatik analizi için ASTM D7136 tanımlarıyla yönlendirilen deterministik bir işlem sonrası analiz metodolojisi sunmaktadır. Önerilen iş akışı, bölgeden bağımsız TXT içe aktarımı, merkezi sayısal ayrıştırma ve senkronize kuvvet-enerji-zaman yeniden yapılandırması gerçekleştirerek, birden fazla testte darbe metriklerinin toplu olarak çıkarılmasını sağlar. Hem darbe hızı odaklı hem de darbe enerjisi odaklı analiz modları desteklenmekte olup, kinetik ilişkiler kullanılarak hız ve enerji arasında otomatik dönüşüm sağlanmaktadır. Bu çalışmada ASTM D7136 yalnızca işlem sonrası metrikleri ve kinetik ilişkileri tanımlamak için kullanılmaktadır; deneysel darbe koşullarının kendisi standartla sınırlandırılmamıştır. Maksimum temas kuvveti (Fmax), ilk kuvvet süreksizliği (F1), yutulan enerjiler (Emax ve E1), temas süresi, impuls ve çukur derinliği dahil olmak üzere temel darbe parametreleri, kullanıcı müdahalesi olmadan algoritmik olarak belirlenmekte ve birleştirilmiş tablolarda özetlenmektedir. Metodoloji ayrıca, hızlı deneysel yorumlamayı kolaylaştırmak için deney düzeyinde kuvvet-zaman, kuvvet-yer değiştirme ve çift eksenli kuvvet-enerji-zaman görselleştirmeleri sağlamaktadır. Özel olarak geliştirilmiş bir düşük hızlı darbe düzeneğinden elde edilen deneysel veriler kullanılarak yapılan doğrulama, farklı darbe koşullarında fiziksel olarak tutarlı eğilimler göstermektedir. Yerel bölge ayarlarına bağlı elektronik tablo davranışını ve eski içe aktarma mekanizmalarını ortadan kaldırarak önerilen metodoloji, ham LVI kuvvet-zaman ölçümlerinden darbe cevabı parametrelerini çıkarmak için pratik ve tekrarlanabilir bir deneysel iş akışı sağlamaktadır.

Anahtar Kelimeler

• ASTM D7136
• Otomatik özellik çıkarma
• Kuvvet-zaman işlem sonrası analizi
• Darbe testi
• Düşük hızlı darbe
• Tekrarlanabilir deneysel iş akışları

Etik Beyan

Bu çalışma, etik kurul onayı gerektiren insan veya hayvan deneklerini içermemektedir. Araştırma, kamuya açık veri kümeleri, literatür taramaları ve teorik analizler kullanılarak yürütülmüştür. Etik standartlara uygun olarak, araştırma süreci boyunca akademik dürüstlük ve bilimsel etik kurallarına tam olarak riayet edilmiştir. Bu nedenle, etik kurul onayı gerekmemiştir.

Kaynakça

1. [1] Becker P., Eichmann C., Roennau A., and Dillmann R., Automation of Post-Processing in Additive Manufacturing with Industrial Robots, in 2020 IEEE 16th International Conference on Automation Science and Engineering (CASE), 2020, IEEE, pp. 1578–1583, DOI: 10.1109/CASE48305.2020.9216955.
2. [2] Zheng J., Sun Y., Luo Z., and Zhang D., High precision post-processing framework for industrial computed tomography detection, Expert Systems with Applications, 2022, 192, pp. 116401, DOI: 10.1016/j.eswa.2021.116401.
3. [3] Chambert T., Waddle J. H., Miller D. A. W., Walls S. C., and Nichols J. D., A new framework for analysing automated acoustic species detection data: Occupancy estimation and optimization of recordings post‐processing, Methods in Ecology and Evolution, 2018, 9(3), pp. 560–570, DOI: 10.1111/2041-210X.12910.
4. [4] van Erp J. A., van Loon E. E., De Groeve J., Bradarić M., and Shamoun‐Baranes J., A framework for post‐processing bird tracks from automated tracking radar systems, Methods in Ecology and Evolution, 2024, 15(1), pp. 130–143, DOI: 10.1111/2041-210X.14249.
5. [5] Oduncuoğlu R. E. and Öztimur Karadağ O., Objective performance comparison between edge detection algorithms, El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 2022, DOI: 10.31202/ecjse.1133560.
6. [6] Güneş İ., Uygunoğlu T., and Çelik A. G., Microwave curing process parameters on epoxy based polymer composites, El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 2020, 7(2), pp. 795–805, DOI: 10.31202/ecjse.699043.
7. [7] Haider A., Enhancing transparency and reproducibility in finite element analysis through comprehensive reporting parameters a review, El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 2024, 11(3), pp. 212–222, DOI: 10.31202/ecjse.1436203.
8. [8] Kara M., Dynamic response of laminated composites subjected to low-velocity impact (in Turkish), Selcuk University, Graduate School of Natural and Applied Sciences, 2006. Available from: https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/TezGoster?key=- L8ilcwn9ZRRc_YMKxXW1p0pO8DodPizYSRSQwKNP7RlL5ibkzDINWv5_TxNxSZ5

9. [9] Uyaner M., Test to Graph, Feb. 10, 2026, Mendeley Data, Elsevier Ltd. DOI: 10.17632/gydhpktxjk.3.
10. [10] ASTM–D7136/D7136M–25, Standard Test Method for Measuring the Damage Resistance of a Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composite to a Drop-Weight Impact Event, in ASTM Volume 15.03 Space Simulation; Aerospace and Aircraft; Composite Materials, 2025, ASTM International, DOI: 10.1520/D7136_D7136M-25.
11. [11] Dağ T., Güvenç M. A., and Uyaner M., Low Velocity Impact Behavior of Curved Composite Panels Reinforced with Different Types of Stiffeners Used in Air Vehicle, Journal of Materials and Mechatronics: A, 2024, 5(1), pp. 117–129, DOI: 10.55546/jmm.1459415.
12. [12] Kurtar S., Yaman G., Bektaş D. N., Özsunar S. N., and Uyaner M., Low velocity impact response of CFRP and Al2024-T3 helicopter blade, International Journal of Aeronautics and Astronautics, 2024, 5(2), pp. 51–61, DOI: 10.55212/ijaa.1583352.
13. [13] Uyaner M., Kara M., Kepir Y., and Gunoz A., Virtual Testing of Laminated Composites Subjected to Low-Velocity Impact, Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering, 2023, 47(2), pp. 595–610, DOI: 10.1007/s40997-022-00527-8.
14. [14] Kara M., Uyaner M., and Avci A., Repairing impact damaged fiber reinforced composite pipes by external wrapping with composite patches, Composite Structures, 2015, 123, pp. 1–8, DOI: 10.1016/j.compstruct.2014.12.017.
15. [15] Kara M., Uyaner M., Avci A., and Akdemir A., Effect of non-penetrating impact damages of pre-stressed GRP tubes at low velocities on the burst strength, Composites Part B: Engineering, 2014, 60, pp. 507–514, DOI: 10.1016/j.compositesb.2014.01.003.
16. [16] Uyaner M., Kara M., and Şahin A., Fatigue behavior of filament wound E-glass/epoxy composite tubes damaged by low velocity impact, Composites Part B: Engineering, 2014, 61, pp. 358–364, DOI: 10.1016/j.compositesb.2013.06.039.
17. [17] Uyaner M. and Kara M., Experimental study of the impact behavior of laminated composites stricken by sharp impactors, Science and Engineering of Composite Materials, 2012, 19(3), pp. 307–313, DOI: 10.1515/secm-2011-0135.
18. [18] Uyaner M. and Kara M., Dynamic Response of Laminated Composites Subjected to Low-velocity Impact, Journal of Composite Materials, 2007, 41(24), pp. 2877–2896, DOI: 10.1177/0021998307079971.
19. [19] Kara M., Metinöz M., and Uyaner M., Impact resistance of gypsum board subjected to low velocity impact, Tehnicki vjesnik - Technical Gazette, 2017, 24(Supplement 2), DOI: 10.17559/TV-20160826030731.
20. [20] Kara M. and Uyaner M., Effect of the Number of Layers to Hoop Tensile Strength of Filament Wound GRP Composite Pipes (in Turkish), Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2017, 21(2), pp. 666, DOI: 10.19113/sdufbed.50178.
21. [21] Kara M., Ak S., Uyaner M., Gunoz A., and Kepir Y., The Effect of Hydrothermal Aging on the Low-Velocity Impact Behavior of Multi-Walled Carbon Nanotubes Reinforced Carbon Fiber/Epoxy Composite Pipes, Applied Composite Materials, 2021, 28(5), pp. 1567–1587, DOI: 10.1007/s10443-021-09923-w.
22. [22] Karadağ H. B., Şahin M. C., and Uyaner M., Low Velocity Impact Behavior of Al Wire Reinforced Layered Composite (in Turkish), Aerospace Research Letters (ASREL), 2024, 3(1), pp. 1–14, DOI: 10.56753/ASREL.2024.3.4.
23. [23] Kara M., Arat M., and Uyaner M., Low velocity impact response and damages of GFRP composite tubes under room and cryogenic temperatures, Journal of Composite Materials, 2021, 55(24), pp. 3567–3577, DOI: 10.1177/00219983211029368.