Ultrasonik yorgunluk gerginlik-sıkıştırma modunda test
Summary
Ultrasonik yorgunluk Aksiyel gerginlik-sıkıştırma yükleme modunda yüksek ve ultra yüksek döngüsü bölgedeki test için bir protokol.
Abstract
Ultrasonik yorgunluk test ultra yüksek döngüsü Bölge özelliklerinde yorgunluk soruşturma sağlayan birkaç yöntemlerinden biridir. Bu yöntem rezonans frekansını 20 kHz yakın boyuna titreşim için numune açığa dayanır. Bu yöntemin kullanılması ile zaman geleneksel test cihazları genellikle küçük 200 Hz frekanslarda çalışmaya göre test için gereken süreyi önemli ölçüde azaltmak amaciyla mümkündür. Bu turbo pompalar jet motorları veya araba bileşenleri tarafından deneyimli gibi yüksek hız koşullarında işlemi sırasında malzeme yükleme benzetimi yapmak için de kullanılır. Test sonuçlarını üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir son derece yüksek deformasyon oranları olasılığı nedeniyle yüksek ve ultra yüksek döngüsü bölgedeki sadece çalıştırmak gereklidir. Örnek şekil ve boyutları dikkatle seçilmiş ve ultrasonik sistemin rezonans durumu yerine getirmek için hesaplanan zorunda; Bu nedenle, tam bileşenleri veya rasgele şekli örnekleri test etmek mümkün değildir. Önce her test, telafi etmek için ideal bir gerçek şeklinin sapmalar numune ultrasonik sistem frekans ile uyum gereklidir. Sistem sertliği yeterince rezonans sistemden kaydırmaya değiştiğinde test inisiyasyon ve belirli bir süre için çatlak yayılması sonra otomatiken kapanır numune toplam bir kırık kadar bir test çalıştırma olanağı yoktur frekans. Bu el yazması 20 kHz yakın bir frekansta mekanik rezonans yüksek frekanslı ultrasonik yorgunluk ile yükleme özelliklerini kullanmak malzemelerin yorgunluk değerlendirilmesi işlemini açıklar. Protokol örnek tasarımı, stres hesaplama, performans testi ve son statik kırık rezonans frekansı ile uyumlaştırılması dahil olmak üzere doğru bir test için gereken tüm adımları ayrıntılı bir açıklamasını içerir.
Introduction
Yorgunluk hasar yapısal malzeme güçlü nerede bir sürü metal parçaları, esas olarak dayanan, demir kullanılmıştır, buhar motorları ve Buhar lokomotifler kullanılması için demiryolu taşımacılığı, esas olarak ve sanayileşme ile bağlı ve çeşitli dayanmak zorunda kaldım Döngüsel yükleme türleri. En erken sınamalarından biri olan Albert (Almanya 1829)1 maden yük asansörleri için kaynaklı zincir tarafından yapıldı. Yükleme sıklığını dakikada 10 kıvıran oldu ve maksimal kaydedilen ulaştı 100,000 devir1yükleme testleri. Başka bir önemli çalışma William Fairbairn tarafından 1864 yılında gerçekleştirilmiştir. Bir statik yük, bu bir kolu tarafından kaldırıldı ve sonra neden olan titreşimler düştü kullanımı ile Ferforje kirişler üzerinde testler yapıldı. Kiriş yavaş yavaş yükleme stres artan ile dolu olduğunu genlik. Birkaç yüz bin ulaşan çeşitli devir sonra sonunda kiriş stres genlikleri yükleme başarısız oldu sadece yaklaşık beş bin devir son kopma mukavemeti iki beşte yükleme genliği yükleme sonra. Tekrarlanan stres etkisi yapısal malzeme ilk kapsamlı ve sistematik çalışma Ağustos tarafından yapıldı Wöhler 1860-18701. Bu testler için burulma, bükme ve eksenel yükleme moduna kullanıyormuş. Wöhler test etme makineleri, birçok benzersiz yorgunluk tasarlanmış ama onların dezavantajı düşük işlem hızları, örneğin 12 yaşındaki172 rpm (1.2 Hz), böylece deneysel programın tamamlanması işletilen en hızlı dönen Bükme Makinası aldı. Bu testler yaptıktan sonra bu hangi dayanıklı malzeme 107 döngüleri yükleme genlik ulaştıktan sonra yorgunluk bozulması ihmal edilebilir düzeydedir ve malzeme döngüleri yükleme sonsuz sayıda dayanabilir kabul edildi. Bu yükleme genlik “yorgunluk sınırı” adı verildi ve birçok yıl2,3için endüstriyel tasarım ana parametre oldu.
Daha yüksek yükleme, daha yüksek işlem hızı, yüksek süreleri ve düşük bakım gereksinimleri ile yüksek güvenilirlik imkanı sağlamak daha da geliştirilmesi gereken daha yüksek verim ve maliyet tasarrufu, yeni Sanayi makineleri, vardı. Örneğin, bileşenleriniz yüksek hızlı trenin Shinkanzen, operasyon, 10 yıl sonra yaklaşık 109 döngüleri dayanacak ve başarısızlık bir ana bileşenin ölümcül sonuçları4olabilir. Ayrıca, jet motorları bileşenleri kez 12.000 rpm’de çalışır ve bileşenleri turbo üfleyiciler kez 17.000 rpm aşan. Bu yüksek işlem sözde ultra yüksek döngüsü bölgede ve bir malzeme yorgunluk gücünü gerçekten 10 milyondan fazla döngüleri için sürekli olarak kabul edilebilir olmadığını değerlendirmek için hayat yorgunluk testleri için artan gereksinimleri hızlandırır. Bu dayanıklılık aşan tarafından yapılan ilk testler sonra yorgunluk hataları bile uygulanan stres genlikleri yorgunluk sınırından daha düşük devir bir sayıdan sonra çok daha fazla 10 ortaya çıkabilir ki açık7ve bu hasar ve başarısızlık mekanizması Her zamanki olanlar5farklı olabilir.
Ultra yüksek döngüsü bölge araştıran amaçlı bir yorgunluk test programı oluşturma güçlü yükleme sıklığını artırmak için yeni test cihazları geliştirilmesi gerekli. Bu konu üzerinde odaklanmış bir sempozyum düzenlendi Paris’te Haziran 1998’de nerede deneysel sonuçları hangi Stanzl-Tschegg6 tarafından elde sunuldu ve Bathias7 ‘ de 20 kHz frekansları, Ritchie8 1 kHz kullanımı ile tarafından yükleme kapalı döngü servo-hidrolik makine ve Davidson8 1.5 kHz Manyeto-strictive test makinesi4tarafından test. O zaman, pek çok çözüm, ama bu tür test için kullanılan makine Manson kavramı 1950 yılından itibaren dayanır ve frekansları 20 kHz9yakın kullanır hala en yaygın olarak, önerilmiştir. Bu makineler gerilme oranı, devir sayısını ve yorgunluk test zaman belirlenmesi doğruluğunu arasında iyi bir denge sergi (1010 döngüleri yaklaşık 6 gün içinde elde edilir). Diğer aygıtlar gibi Girald 1959-92 kHz ve Kikukawa 1965-199 kHz tarafından kullanılan bir daha yüksek yükleme Frekanslar sağlamak mümkün; Ancak, bu nadiren son derece yüksek deformasyon oranları oluşturdukları ve bu yana test sadece birkaç dakika sürer, döngü sayımının dikkate değer bir hata bekleniyor çünkü kullanılır. Bir başka önemli faktör yorgunluk testleri için rezonans aygıtları yükleme sıklığını sınırlandırma rezonans frekansı ile doğrudan ilişki içinde olduğunu örnek boyutudur. Büyük istenen yükleme frekans, küçük örnek. Bu yüzden yukarıda 40 kHz frekansları sık kullanılmayan10nedeni var.
Deplasman genlik 3 ve 80 µm arasındaki aralığı içinde genellikle sınırlı olduğu, ultrasonik yorgunluk test başarıyla olabilir en Metalik malzemeler üzerinde olsa PMMA11 gibi polimer malzemeler sınama teknikleri uygulanır ve Kompozit12 de geliştirilmiştir. Genel olarak, ultrasonik yorgunluk test eksenel yükleme modlarında gerçekleştirmek mümkündür: gerilme – sıkıştırma simetrik döngüsü13,14, Gerilim – Gerilim döngüsü15, 3 sayı15, bükme ve orada da birkaç çalışmalar için15,16 ve biaxial bükme17test burulma sisteminin özel değişiklikler ile. Bu yöntem için geometri rezonans frekansı 20 kHz ulaşmak için kesinlikle ilgili çünkü rasgele örnekler, kullanmak mümkün değil. Eksenel yükleme için çeşitli örnekler yaygın olarak, genellikle bir saat-cam Şekil 5 mm Ölçüm uzunluğu çapında 3 ile kullanılmaktadır. Üç nokta bükme, yaprak ince yaygın olarak kullanılır ve diğer yöntemler için özel türleri örneklerin, yöntem türü according ve koşulları test tasarlanmıştır. Yöntem yorgunluk yaşam yüksek ve ultra yüksek döngüsü bölgedeki değerlendirmesi için tasarlanmıştır ve bu 20 kHz yük vasıl bir milyon devir elde edilir ki 50 anlamına gelir s; Bu nedenle, bu genellikle döngüsü belirlenmesi sayısı açısından makul doğruluk ile araştırıldı kür yükleme alt sınırı olarak kabul edilir. Her numune ultrasonik horn ile sistemin doğru rezonans frekansı sağlamak için numune’nın kütle değiştirerek uyumlu zorunda: numune ile ultrasonik horn.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ultrasonik yorgunluk test ultra yüksek döngüsü bölgesinde yapısal malzemelerin test sağlayan birkaç yöntemlerinden biridir. Ancak, numune şekli ve boyutu ile ilgili olarak rezonans frekansı çok sınırlıdır. Örneğin, eksenel yükleme modunda ince yaprak test genellikle mümkün değildir. Buna ek olarak, büyük örnekleri test genellikle test etme makineleri gibi güç sağlamaz ve özel bir ultrasonik sistem tasarımı gerektirecektir çünkü mümkün değildir.
Uygun tasar?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
İş projeleri tarafından desteklenmiştir: “Žilina – 2nd faz Üniversitesi Araştırma Merkezi”, ITMS 313011D 011, Milli Eğitim Bakanlığı, bilim ve spor Slovak Cumhuriyeti ve Slovak Bilimler Akademisi, bilimsel Grant ajansı verir No: 1/0045 / 17, 1/0951/17 ve 1/0123/15 ve Slovak araştırma ve geliştirme ajansı, hibe No APVV-16-0276.
Materials
| Ultrasonic fatigue testing device | Lasur | – | 20 kHz, used for fatigue tests |
| Nyogel 783 | Nye Lubricants | – | Used as acoustic gel for connection of the parts of the ultrasonic system |
| Win 20k software | Lasur | – | Software for operation of the Lasur fatigue testing machine |
Riferimenti
- Moore, H. F., Kommers, J. B. . The fatigue of metals. , 321 (1927).
- Nicholas, T. . High Cycle Fatigue: A Mechanics of Materials Perspective. , (2006).
- Schijve, J. . Fatigue of Structures and Materials. , (2008).
- Murakami, Y. . Metal Fatigue: Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions. , (2002).
- Trsko, L., Bokuvka, O., Novy, F., Guagliano, M. Effect of severe shot peening on ultra-high-cycle fatigue of a low-alloy steel. Mater. Design. 57, 103-113 (2014).
- Stanzl, T. Fracture mechanisms and fracture mechanics at ultrasonic frequencies. Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 567-579 (1999).
- Bathias, C. There is no infinite fatigue life in metallic materials. Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 559-565 (1999).
- Ritchie, R. O., et al. High-cycle fatigue of Ti-6Al-4V. Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 621-631 (1999).
- Bathias, C., Paris, P. C. . Gigacycle Fatigue in Mechanical Practice. , (2004).
- Bokuvka, O., et al. . Ultrasonic Fatigue of Materials at Low and High Frequency Loading. , (2015).
- Almaraz, G. M. D., et al. Ultrasonic Fatigue Testing on the Polymeric Material PMMA, Used in Odontology Applications. Procedia Structural Integrity. 3, 562-570 (2017).
- Flore, D., et al. Investigation of the high and very high cycle fatigue behaviour of continuous fibre reinforced plastics by conventional and ultrasonic fatigue testing. Compos. Sci. Technol. 141, 130-136 (2017).
- Trško, L., et al. Influence of Severe Shot Peening on the Surface State and Ultra-High-Cycle Fatigue Behavior of an AW 7075 Aluminum Alloy. J. Mater. Eng. Perform. 26 (6), 2784-2797 (2017).
- Mayer, H., et al. Cyclic torsion very high cycle fatigue of VDSiCr spring steel at different load ratios. Int. J. Fatigue. 70, 322-327 (2015).
- Bathias, C. Piezoelectric fatigue testing machines and devices. Int. J. Fatigue. 28 (11), 1438-1445 (2006).
- Mayer, H. Ultrasonic torsion and tension-compression fatigue testing: Measuring principles and investigations on 2024-T351 aluminium alloy. Int. J. Fatigue. 28 (11), 1446-1455 (2006).
- Brugger, C., Palin-Luc, T., Osmond, P., Blanc, M. A new ultrasonic fatigue testing device for biaxial bending in the gigacycle regime. Int. J. Fatigue. 100, Part 2, 619-626 (2017).
- Wagner, D., Cavalieri, F. J., Bathias, C., Ranc, N. Ultrasonic fatigue tests at high temperature on anaustenitic steel. J. Propul. Power. 1 (1), 29-35 (2012).
- Kohout, J., Vechet, S. A new function for fatigue curves characterization and its multiple merits. Int. J. Fatigue. 23 (2), 175-183 (2001).
