Ультразвуковой усталость, тестирование в режиме напряжение сжатия

Summary

Протокол для ультразвуковой усталость, тестирование в регионе высокой и сверхвысокой цикла в режиме загрузки Осевое напряжение сжатие.

Abstract

Ультразвуковой усталость тестирование является одним из несколько методов, которые позволяют расследования усталостные свойства в ультра-высокой цикличного региона. Метод основан на разоблачение образца для продольных колебаний на его резонансную частоту недалеко от 20 кГц. С использованием этого метода можно существенно снизить время, необходимое для испытаний, когда по сравнению с обычными тестирования устройств, обычно работает на частотах до 200 Гц. Он также используется для имитации загрузки материала во время эксплуатации в условиях высокой скоростью, такие, как те сталкиваются компонентов реактивных двигателей или автомобиля turbo насосов. Это необходимо для работы только в высокой и сверхвысокой цикличного региона, благодаря возможности чрезвычайно высоким деформации ставок, которые может иметь значительное влияние на результаты испытаний. Образец формы и размеры должны быть тщательно отобраны и рассчитаны выполнить условие резонанса ультразвуковой системы; Таким образом это не возможно проверить полное компоненты или образцов произвольной формы. Перед каждым тестом это необходимо согласовать образца с частотой ультразвуковые системы для компенсации отклонения реальных формы от того идеального. Это не возможно для запуска теста до полного разрушения образца, так как тест автоматически прекращается после инициации и распространения трещины до определенной длины, когда жесткость системы изменяется достаточно перенести систему из резонанс частота. Эта рукопись описывает процесс оценки усталости материалов, свойства в высокочастотных ультразвуковых усталость, Загрузка с использование механического резонанса с частотой около 20 кГц. Протокол включает в себя подробное описание всех шагов, необходимых для правильного теста, включая образец дизайна, расчеты на прочность, согласования с резонансной частоты, выполнение теста и окончательный статические перелом.

Introduction

Усталость повреждения конструкционных материалов сильно связаны с индустриализацией и главным образом с использованием паровой двигатель и паровые локомотивы для железнодорожного транспорта, где были использованы много металлических компонентов, главным образом железа на базе и пришлось выдержать различные виды циклических загрузки. Один из первых тестов было сделано Альберт (Германия 1829)¹ на сварные цепи для талей шахты. Частота загрузки была 10 изгибы в минуту, и максимального тесты записанные достигла 100 000 загрузки циклов¹. Еще одна важная работа была проведена по Уильям Fairbairn в 1864 году. Тесты проводились на балки из кованого железа с использованием статической нагрузки, который был снят на рычаг, а затем упала вызывая вибрацию. Прогон был загружен с постепенно возрастающей нагрузки стресс амплитуды. После достижения несколько сотен тысяч циклов по различным сбой загрузки амплитуды напряжения, в конце балки после всего около пяти тысяч загрузки циклов на загрузку амплитуды две пятых предельной прочности на растяжение. Первое всеобъемлющее и систематическое изучение влияния повторяющегося стресса на конструкционных материалов было сделано в августе Вёлер в 1860-1870-¹. Для этих тестов он был с помощью кручения, изгиб и осевой нагрузки режимы. Вёлер разработаны многие уникальные усталость тестирование машины, но их недостаток был низкие эксплуатационные скорости, например быстро вращающейся гибочный станок, действовали на 72/мин (1,2 Гц), таким образом завершение экспериментальной программы 12 лет¹. После выполнения этих тестов, было считает, что после достижения загрузки амплитуда, в котором материал выдерживает 10⁷ циклов, деградация усталость является незначительным и материал выдерживают неограниченное число циклов погрузки. Эта загрузка амплитуды был назван «предел усталости» и стал главным параметром в промышленный дизайн для многих лет^2,3.

Дальнейшее развитие новых промышленных машин, которые требуют более высокой эффективности и экономии средств, должен был обеспечить возможность более высокой загрузки, высокой скорости работы, выше длительности и высокую надежность с низкими эксплуатационными требованиями. Например компоненты скоростного поезда Shinkanzen, после 10 лет работы, должны выдерживать примерно 10⁹ циклов и отказа основного компонента может иметь фатальные последствия⁴. Кроме того компоненты реактивные двигатели часто действуют на 12000 об/мин, и компоненты Турбо нагнетатели часто превышает 17 000 об/мин. Эти высокие операции ускоряет увеличение потребностей для усталость жизни тестирования в так называемых сверхвысоких цикличного региона и оценить, если усталостной прочности материала может действительно рассматриваться постоянным для более чем 10 миллионов циклов. После первых тестов, превышающий этот выносливость, было очевидно, что усталостному разрушению может произойти даже в амплитуд приложенного напряжения ниже, чем предел усталости, после нескольких циклов гораздо больше, чем 10⁷и что механизм повреждения и неудачи может отличаться от обычных те⁵.

Создание усталость тестовая программа, направленный на изучение сверхвысокой цикличного региона требуется разработка новых испытаний устройств сильно увеличить частоту загрузки. Основное внимание на этой теме был проведен симпозиум в Париже в июне 1998 года, где экспериментальные были представлены результаты, которые были получены по Stanzl-Tschegg⁶ и⁷ Bathias на 20 кГц, Загрузка частоты, Ричи⁸ с использованием 1 кГц закрыты цикла серво гидравлические испытания машины и⁸ Дэвидсон с тестирования машина 1,5 кГц магнито strictive⁴. С того времени многие решения были предложены, но по-прежнему наиболее часто используется машина для этого вида теста основывается на концепции Мэнсон с 1950 и использует частоты близко к 20 кГц⁹. Эти машины демонстрируют хороший баланс между скорости деформации, точность определения числа циклов, и время испытания (10¹⁰ циклов достигается приблизительно через 6 дней). Другие устройства смогли обеспечить даже более высокие частоты загрузки, как используется Хиральда в 1959-92 кГц и Kikukawa в 1965-199 кГц; Однако они редко используются потому, что они создают чрезвычайно высокой деформации ставки, и, поскольку тест длится всего несколько минут, замечательный ошибка в подсчете цикла ожидается. Другим важным фактором, ограничивающим нагрузки частота резонанса устройства для испытания на усталостную прочность является размер образца, которая находится в прямой связи с резонансной частоты. Чем больше частота запрашиваемой загрузки, тем меньше образца. Это причина, почему редко используемые¹⁰частот выше 40 кГц.

Так как амплитуда перемещения обычно ограничена в пределах интервала между 3 и 80 мкм, ультразвуковой Усталостные испытания может быть успешно применен на наиболее металлических материалов, хотя методы испытаний полимерных материалов, таких как ПММА¹¹ и композиты¹² были также разработаны. Как правило, ультразвуковые усталость тестирования можно выполнять в режимах осевой нагрузки: растяжение – сжатие симметричные цикла^13,14, напряжение – напряжение цикла¹⁵, три точка изгиба¹⁵, и есть также несколько исследования с специальные модификации системы для кручения тестирование^15,16 и двухосных изгиб¹⁷. Это не позволяет использовать произвольные образцов, потому что для этого метода, геометрия строго относящиеся к достижению резонансной частоте 20 кГц. Для осевой нагрузки, несколько типов образцов широко использовались, обычно с фигурой стойка стекла с датчика длины диаметром от 3 до 5 мм. Для трехточечном изгибе, тонкие листы широко используются и другие методы предназначены специальные виды образцов, согласно типу метода и условий тестирования. Этот метод был разработан для оценки усталости жизни в регионе высокой и сверхвысокой цикла, и это означает, что при нагружении 20 кГц, миллион циклов получается 50 s; Таким образом это обычно считается нижний предел загрузки циклов, которые могут быть исследованы с разумной точностью, в отношении числа определения цикла. Каждый образец должен быть согласован с ультразвуковой Рога путем изменения массы образца предоставлять право резонансная частота системы: ультразвуковой рога с образцом.

Protocol

Примечание: Каждый образец геометрии должен быть выбран и рассчитывается согласно механические и физические свойства материалов, протестированных, так, что он имеет идентичные резонансной частоты как ультразвуковые системы тестирования. 1. Определение размеров обр?…

Representative Results

Результаты тестирования усталости включают загрузку стресс, количество циклов, загрузки и символ завершения теста (перелом или биение) можно увидеть в таблице 1, где результаты усталость жизни 50CrMo4 закаленной и отпущенной стали предоставляются. Наиболее расп…

Discussion

Ультразвуковой усталость тестирование является одним из немногих методов, которые позволяет тестирование конструкционных материалов в регионе ультра-высокой цикла. Однако образец форма и размер весьма ограничены относительно резонансной частоты. Например тестирование тонких листо…

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