Name: Ultraschall Ermüdungsprüfung im Zug-Druck-Modus (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-03-07T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 54 s
Description: Erfahren Sie die Ultraschall-Ermüdungsprüfung zur Bewertung der Lebensdauer metallischer Werkstoffe im Ultra-Hochzyklus-Bereich. Diese Methode ermöglicht 20.000 Lastzyklen pro Sekunde bei 20 kHz.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Die Arbeit wurde durch Projekte unterstützt: "Research Centre der University of Žilina - 2Nd -Phase", räumt ITMS 313011 011, wissenschaftliche Grant Agentur des Ministeriums für Bildung, Wissenschaft und Sport der Slowakischen Republik und der Slowakischen Akademie der Wissenschaften, Nr.: 1/0045 / 17, 1/0951/17 und 1/0123/15 und Slowakische Forschung und Entwicklung Agentur, grant Nr. APVV-16-0276.

Hinweis: Jede Probe Geometrie hat ausgewählt und entsprechend den mechanischen und physikalischen Eigenschaften des geprüften Materials berechnet werden, so dass es eine identische Resonanzfrequenz als Ultraschall Testsystem hat.

1. Ermittlung des Prüflings Müdigkeit Abmessungen
Hinweis: Die standard "Sanduhr" Zug-Druck-Exemplar-Geometrie mit definierten Hauptabmessungen, ist in Abbildung 1angezeigt. Abmessungen d, D, und r sind benutzerdefinierte (parteilos), während l und L Abmessungen werden berechnet müssen, gemäß den Bedingungen der richtigen Resonanzfrequenz (abhängig). Die Spurweite Länge l kann ergibt sich nur aus der Geometrie-Verhältnis zwischen dund R, D, und leicht berechnet oder aus einem Komponentenmodell gewonnen; Somit werden nicht Gegenstand der weiteren Diskussion.
<ol><li>
Bestimmung der unabhängigen Dimensionen Hinweis: Die Hauptabmessungen der Probe (d, D, R) sind nach der Materialparameter und die Prüfbedingungen gewählt.<ol>
<li>Bestimmen Sie das Messgerät Durchmesser d nach das erforderliche Volumen des Materials zu Testzwecken. Im Falle einer homogenen Mikrostruktur mit keine interne Defekte ist ein kleinerer Durchmesser Gauge bevorzugt. Bei einem Material mit erheblichen inneren Fehlern (z. B. Hohlräume und Schrumpfprozesse in Gusswerkstoffe) ist ein größere Spurweite Durchmesser notwendig. Das Messgerät Durchmesser d ist in der Regel von 3 mm bis 5 mm.</li>
		<li>Bestimmen Sie der Kopfdurchmesser D nach verfügbaren experimentellen materielle Größe. Der verwendete Kopfdurchmesser D ist in der Regel von 10 mm bis 15 mm. Hinweis: Je größer die D ist, desto kürzer die Kopf Länge (L) werden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Dem Messgerät Radius R nach erforderlichen mechanischen Spannungsverteilung in der Probe Messgerät Länge zu bestimmen. Je größer die Spurweite Durchmesser R ist, desto glatter wird die mechanischen Spannungsverteilung. Ein häufig verwendete Messgerät Radius ist R = 20 mm oder R = 32 mm. Hinweis: Je größer die R ist, desto länger die Probe werden.</li>
	<li>
Bestimmung der abhängigen Abmessungen
	<ol>
<li>Bestimmen Sie die Wellenzahl K nach der folgenden Formel9,18: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq1.jpg"> Hinweis: Hier ist die fR die Resonanzfrequenz des Ultraschall-System (Hz), ρ ist die Volumen-Dichte (kg m-3) und Ed dynamischen Elastizitätsmoduls (kg m-3).</li>
		<li>Bestimmen Sie die hyperbolische Angleichung des Messgeräts Radius, gemäß der folgenden Formel9,19: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq2.jpg"> Hinweis: Hier l ist die Spurweite Länge (m), D ist der Kopfdurchmesser (m), und d ist der Messgerät-Durchmesser (m) (Abbildung 1).</li>
		<li>Bestimmen Sie die effektive Exzentrizität nach folgenden Formel9,18: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq3.jpg"> Hinweis: Hier A ist die hyperbolische Annäherung (m-1) bestimmt durch die Gleichung (2), und K ist die Wellenzahl (-) nach Ausdruck (1) bestimmt.</li>
		<li>Bestimmen Sie die Länge des Kopfes (L) nach der folgenden Gleichung9,18: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq4.jpg"> Hinweis: Hier ist K die Wellenzahl (-) bestimmt sich nach Ausdruck (1) unter Punkt 1.2.1, β ist die effektive Exzentrizität (m-1) bestimmt durch die Gleichung (3) und l ist die Spurweite Länge (m) (Abbildung 1).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Berechnung der mechanischen Spannung in der Spurweite Länge der Probe
<ol><li>Bestimmen den Normierung geometrische Faktor <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq5.jpg"> nach der folgenden Gleichung9,18: <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq6.jpg">
</li>
	<li>Bestimmen Sie die Verformung Amplitude Mundarten nach der folgenden Gleichung9,18: <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq7.jpg"> Hinweis: Hier <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq5.jpg"> ist der geometrische Faktor (-) und u ist die erforderliche Verdrängung Amplitude des freien Endes der Probe (m).</li>
	<li>Bestimmen Sie die mechanische Beanspruchung Amplitude σeine nach der folgenden Gleichung9,18: <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq8.jpg"> Hinweis: Mundarten ist hier die Verformung Amplitude (-) bestimmt sich nach Ausdruck (5), und Ed ist die dynamische Elastizitätsmodul (kg m-3). Wenn die berechnete mechanische Spannung zu niedrig ist, ist es notwendig, die Verdrängung Amplitude u (m), zu erhöhen und umgekehrt.</li>
</ol>3. Herstellung der Probe mit Bearbeitungen
<ol><li>Fertigen Sie durch verschiedene kleine Abweichungen der bearbeiteten Proben von einer Idealform Exemplare mit längeren Köpfe, in der Regel L + 0,5 mm.</li>
</ol>(4) Harmonisierung der Resonanzfrequenz der Probe mit dem Ultraschall-System
Hinweis: Harmonisierung ist der Prozess verschiedene kleine Abweichungen der echte Probe aus der ideale, berechnete Form, um die korrekte Resonanzfrequenz zu erhalten, die im Einklang mit dem Ultraschall akustische Sonotrode ist zu kompensieren.
<ol><li>Wählen Sie den richtigen Typ von akustischen Sonotrode je nach erforderlichen Verschiebung, die in der Lage, richtige mechanischen Beanspruchung in der Probe ist. Hinweis: Jede Art der Sonotrode ist entworfen und für vielfältige unterschiedliche Verschiebung kalibriert, ist so die richtige Sonotrode nach der erforderlichen Verdrängung Amplitude berechnet gemäß § 2 gewählt.</li>
	<li>
Montieren Sie die Sonotrode auf dem piezoelektrischen Wandler.
	<ol>
<li>Schrauben Sie die Verbindungsschraube in der zentralen Bohrung auf der Sonotrode, bis es den Boden erreicht.</li>
		<li>Akustische Gel auf den ersten Blick die Sonotrode zu verbreiten. Hinweis: Eine kleine Menge des Gels verwendet wird, gerade genug, um die Unregelmäßigkeit der Oberflächen zu füllen, die die Übertragung der mechanischen Welle zwischen Piezo-elektrische Wandler und die Sonotrode verbessert.</li>
		<li>Schrauben Sie die Sonotrode in der piezoelektrischen Wandler.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Führen Sie das Ultraschall-System mit einem Piezo-elektrische Wandler mit montierten Sonotrode, die Resonanzfrequenz des Systems der besonderen auf tatsächliche Temperatur zu messen.<ol>
<li>Führen Sie die Ultraschall-Test-Software (z.B.Win20k).</li>
		<li>Wählen Sie die Art der verwendeten Sonotrode im Dropdown-Menü im Feld "Modell".</li>
		<li>Geben Sie die niedrigste mögliche Verschiebung Amplitude für die bestimmten Sonotrode in Feld "Amplitude".</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche "Start".</li>
		<li>Die tatsächliche Resonanzfrequenz des Systems im Feld "Frequenz" zu lesen.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche "Stopp".</li>
	</ol>
</li>
	<li>Montieren Sie die Probe am Ende der Sonotrode.<ol>
<li>Schrauben Sie die Verbindungsschraube in das mittlere Loch der Probe, bis es den Boden erreicht.</li>
		<li>Schrauben Sie die Probe auf die Sonotrode.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Führen Sie das Ultraschall-System mit einem Piezo-elektrische Wandler mit montierten Sonotrode und Probe um die Resonanzfrequenz des Systems der besonderen auf tatsächliche Temperatur zu messen.<ol>
<li>Laufen Sie die Ultraschall-Test-Software.</li>
		<li>Wählen Sie den Typ der Sonotrode in der Drop-Down-Menü im Feld "Modell" verwendet.</li>
		<li>Geben Sie die niedrigste mögliche Verschiebung Amplitude für die bestimmten Sonotrode in Feld "Amplitude".</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche "Start".</li>
		<li>Die tatsächliche Resonanzfrequenz des Systems im Feld "Frequenz" zu lesen.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche "Stopp".</li>
	</ol>
</li>
	<li>Wenn die Resonanzfrequenz des Systems mit montierten Exemplar ist niedriger als die ohne Probe, die Masse der Probe durch das Abschneiden der Gesichter der Objektkopf reduzieren. Hinweis: Wenn die Resonanzfrequenz mit einer montierten Probe höher ist, wäre es notwendig, die Spurweite Durchmesser d, zu verringern, die die Bedingungen des Tests ändern würde. Dies ist der Grund, warum 0,5 mm Länge der Leiter im Herstellungsprozess hinzugefügt wird.<ol>
<li>Demontieren Sie die Probe von der Sonotrode.</li>
		<li>Montieren Sie die Probe in eine Drehbank und drehen Sie 0,1 mm des Gesichts des ersten Leiters.</li>
		<li>Montieren Sie die Probe in eine Drehbank und 0,1 mm des Gesichts des zweiten ablehnen.</li>
		<li>Wiederholen Sie Schritt 4.6 bis die Resonanzfrequenz innerhalb der Toleranz von ist ± 10 Hz.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. abschließende Montage der Probe auf die Sonotrode vor Müdigkeit Test
<ol><li>Tragen Sie akustische Gel auf den Gesichtern zum Erstellen von Verbindungen zwischen der Sonotrode und der Probe.<ol>
<li>Schrauben Sie die Verbindungsschraube in das mittlere Loch der Probe, bis es den Boden erreicht.</li>
		<li>Das akustische Gel auf der Oberfläche der Probe zu verbreiten. Hinweis: Nur eine kleine Menge von akustischen Gel dient zum Ausfüllen der Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche, die acoustic-Wave-Übertragung von der Sonotrode auf die Probe zu verbessern.</li>
		<li>Schrauben Sie die Probe auf die Sonotrode.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. führen Sie das Kühlsystem für Probe
<ol><li>Wenn Luftkühlung verwendet wird, den Luftstrom direkt in der Mitte der Spurweite Länge der Probe zu konzentrieren, und warten Sie ca. 20 s, so dass die Strömung des Luftstromes Probe sättigt.</li>
	<li>Wenn Wasserkühlung verwendet wird, konzentriert sich die Wasserdüsen an der oberen Spitze der Probe und passen Sie die Stream-Intensität, so das Wasser sanft entlang der Länge der Spurweite fließt, um Kavitation zu vermeiden. Hinweis: Eintauchen der Probekörpers in Wasser oder Öl ist ebenfalls möglich, aber dies nur für kurze Zeit verwendet werden kann aufgrund der erheblichen Kavitationseffekt, die Müdigkeit Riss Einleitung Prozess beschleunigt prüft.</li>
</ol>7. führen Sie das Kühlsystem des Piezo-elektrische Wandler
<ol><li>Öffnen Sie das Ventil des Luftstromes und stellen Sie den Druck in dem Intervall zwischen 0,5 und 1 Bar.</li>
</ol>8. führen Sie den Test bei erforderlichen Verdrängung Amplitude
<ol><li>Laufen Sie die Ultraschall-Test-Software.</li>
	<li>Wählen Sie die Art der verwendeten Sonotrode im Dropdown-Menü im Feld "Modell".</li>
	<li>Geben Sie die angeforderten Verdrängung Amplitude für bestimmte Sonotrode im Feld "Amplitude".</li>
	<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche "Start".</li>
</ol>9. Müdigkeit Rissinitiierung und Vermehrung
<ol><li>Beachten Sie, dass, nachdem die Müdigkeit zu knacken, Initiierung und Ausbreitung durch einen Teil des Querschnitts, das System aus der Resonanz-Frequenz verschoben ist und der Test ist natürlich beendet.</li>
	<li>Wenn der Test nicht mit einer Fraktur, nach erreichen der gewünschten Anzahl von Ladezyklen, endet (der Test ist ein Auslauf) kündigen, mit dem "Stop" Knopf im Ultraschall Prüfsoftware.</li>
</ol>10. die Probe von der Sonotrode demontieren
<ol><li>Das Exemplar aus dem Ultraschall Sonotrode abschrauben.</li>
</ol>11. statische Kraft Fracturing be-
<ol><li>Statische Aufladung gewaltsam den Rest des Querschnitts mit Einsatz einer Statik-Maschine zu Bruch. Hinweis: Den Vektor und die Art der Belastung Kraft für die statische Fraktur sollte die Art der Erschöpfung geladen, so dass die Bruchfläche konsistent Charakter hat entsprechen.</li>
</ol>

<ol><li>Moore, H. F., Kommers, J. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMoore%2C+HF+%22The+fatigue+of+metals%22">The fatigue of metals</a>. , McGraw-Hill book company, inc. New York. 321(1927).</li>
<li>Nicholas, T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNicholas%2C+T+%22High+Cycle+Fatigue%3A+A+Mechanics+of+Materials+Perspective%22">High Cycle Fatigue: A Mechanics of Materials Perspective</a>. , Elsevier Science. (2006).</li>
<li>Schijve, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSchijve%2C+J+%22Fatigue+of+Structures+and+Materials%22">Fatigue of Structures and Materials</a>. , Springer. Netherlands. (2008).</li>
<li>Murakami, Y. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMurakami%2C+Y+%22Metal+Fatigue%3A+Effects+of+Small+Defects+and+Nonmetallic+Inclusions%22">Metal Fatigue: Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions</a>. , Elsevier Science. (2002).</li>
<li>Trsko, L., Bokuvka, O., Novy, F., Guagliano, M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0261306913011680">Effect of severe shot peening on ultra-high-cycle fatigue of a low-alloy steel.</a> Mater. Design. 57, 103-113 (2014).</li>
<li>Stanzl, T. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1460-2695.1999.00180.x/abstract">Fracture mechanisms and fracture mechanics at ultrasonic frequencies.</a> Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 567-579 (1999).</li>
<li>Bathias, C. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1046/j.1460-2695.1999.00183.x/abstract">There is no infinite fatigue life in metallic materials.</a> Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 559-565 (1999).</li>
<li>Ritchie, R. O., et al. <a target="_blank" href="http://www2.lbl.gov/ritchie/Library/PDF/ROR-HCF_99.pdf">High-cycle fatigue of Ti-6Al-4V.</a> Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 621-631 (1999).</li>
<li>Bathias, C., Paris, P. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBathias%2C+C+%22Gigacycle+Fatigue+in+Mechanical+Practice%22">Gigacycle Fatigue in Mechanical Practice</a>. , CRC Press. (2004).</li>
<li>Bokuvka, O., et al. <a target="_blank" href="null">Ultrasonic Fatigue of Materials at Low and High Frequency Loading</a>. , 2nd, University of Zilina. Zilina. (2015).</li>
<li>Almaraz, G. M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452321617300483">Ultrasonic Fatigue Testing on the Polymeric Material PMMA, Used in Odontology Applications.</a> Procedia Structural Integrity. 3, 562-570 (2017).</li>
<li>Flore, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266353816313306">Investigation of the high and very high cycle fatigue behaviour of continuous fibre reinforced plastics by conventional and ultrasonic fatigue testing.</a> Compos. Sci. Technol. 141, 130-136 (2017).</li>
<li>Trško, L., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11665-017-2692-9">Influence of Severe Shot Peening on the Surface State and Ultra-High-Cycle Fatigue Behavior of an AW 7075 Aluminum Alloy.</a> J. Mater. Eng. Perform. 26 (6), 2784-2797 (2017).</li>
<li>Mayer, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142112314002588">Cyclic torsion very high cycle fatigue of VDSiCr spring steel at different load ratios.</a> Int. J. Fatigue. 70, 322-327 (2015).</li>
<li>Bathias, C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142112306001095">Piezoelectric fatigue testing machines and devices.</a> Int. J. Fatigue. 28 (11), 1438-1445 (2006).</li>
<li>Mayer, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142112306001101">Ultrasonic torsion and tension-compression fatigue testing: Measuring principles and investigations on 2024-T351 aluminium alloy.</a> Int. J. Fatigue. 28 (11), 1446-1455 (2006).</li>
<li>Brugger, C., Palin-Luc, T., Osmond, P., Blanc, M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142112316304558">A new ultrasonic fatigue testing device for biaxial bending in the gigacycle regime.</a> Int. J. Fatigue. 100, Part 2, 619-626 (2017).</li>
<li>Wagner, D., Cavalieri, F. J., Bathias, C., Ranc, N. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212540X12000090">Ultrasonic fatigue tests at high temperature on anaustenitic steel.</a> J. Propul. Power. 1 (1), 29-35 (2012).</li>
<li>Kohout, J., Vechet, S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142112300000827">A new function for fatigue curves characterization and its multiple merits.</a> Int. J. Fatigue. 23 (2), 175-183 (2001).</li>
</ol>

Wir haben nichts zu veröffentlichen.

Ultraschall Ermüdungsprüfung ist eine der wenigen Methoden, wodurch der strukturellen Materialien in der ultra-high Cycle-Bereich testen. Die Probenform und Größe sind jedoch sehr beschränkt in Bezug auf die Resonanzfrequenz. Prüfung von dünnen Blechen im Modus der axialen Belastung ist zum Beispiel in der Regel nicht möglich. Darüber hinaus ist Prüfung der große Exemplare in der Regel nicht möglich, weil die Prüfmaschinen keine solche macht bieten und das Design eines speziellen Ultraschall Systems erfordern würde.
...

Ermüdungsschäden von Strukturmaterialien ist stark verbunden mit der Industrialisierung und vor allem mit Einsatz von Dampfmaschine und Dampflokomotiven für den Eisenbahnverkehr, wo eine Menge von metallischen Bauteilen, vor allem Eisen basiert, verwendet wurden und verschiedene standhalten musste Arten von zyklischen Belastung. Eines der frühesten Tests erfolgte durch Albert (Deutschland 1829)1 auf geschweißte Ketten für Hebezeuge Mine. Die Beladung Frequenz war 10 Bögen pro Minute, und die maximale tests aufgezeichneten erreichte 100.000 Zyklen1laden. Eine weitere wichtige Arbeit erfolgte durch William Fairbairn in 1864. Tests wurden auf schmiedeeisernen Trägern mit einer statischen Belastung durchgeführt, die durch einen Hebel angehoben wurde und fiel dann verursachende Vibrationen. Der Träger wurde mit allmählich zunehmender Belastung Stress geladen Amplitude. Nachdem erreichen mehrere hunderttausend auf verschiedene Zyklen Fehler beim Laden von Stress Amplituden, am Ende der Träger nach nur etwa fünf tausend Ladezyklen bei einer Belastungsamplitude von zwei Fünftel der Zugfestigkeit. Die erste umfassende und systematische Studie über den Einfluss von wiederholter Belastung auf strukturelle Materialien erfolgte durch August Wöhler in 1860-18701. Für diese Tests wurde er mit dem Torsion, Biegung und axiale Belastung Modi. Wöhler entwickelt viele einzigartige Müdigkeit Prüfmaschinen, aber ihr Nachteil war gering Betrieb Geschwindigkeiten, zum Beispiel die schnellsten rotierende Biegemaschine betrieben bei 72 u/min (1,2 Hz), also Abschluss des experimentellen Programms dauerte 12 Jahre1. Nach Durchführung dieser Tests, wurde davon ausgegangen, dass nach Erreichen einer Belastungsamplitude, an dem das Material 107 Zyklen widersteht, die Müdigkeit Degradation ist zu vernachlässigen und das Material kann eine unendliche Anzahl von Ladezyklen standhalten. Diese Belastungsamplitude hieß "Dauerfestigkeit" und wurde der wichtigste Parameter im Industriedesign für viele Jahre2,3.
Weitere Entwicklung der neuen industriellen Maschinen, die erforderliche höheren Effizienz und Kosteneinsparungen zu erzielen, musste die Möglichkeit, höhere Belastung, Betrieb Geschwindigkeiten, höhere Laufzeiten und hohe Zuverlässigkeit mit geringer Wartungsaufwand bieten. Zum Beispiel Bestandteil der Hochgeschwindigkeitszug Shinkanzen, nach 10 Jahren Betrieb, ca. 109 Zyklen standhalten und Ausfall der Hauptbestandteil kann fatale Folgen4haben. Darüber hinaus Komponenten von Strahltriebwerken arbeiten oft bei 12.000 u/min, und Komponenten des Turbo-Gebläse oft mehr als 17.000 u/min. Diese hohe Betrieb Geschwindigkeiten erhöhte Anforderungen an die Ermüdungsprüfung Leben, in der so genannten Ultra-high Cycle-Bereich und zu beurteilen, ob die Dauerfestigkeit eines Materials wirklich konstant für mehr als 10 Millionen Zyklen betrachtet werden könnte. Nach den ersten Tests durchgeführt durch das Überschreiten dieser Ausdauer, war es offensichtlich, dass Ermüdungsversagen auch bei angelegten Spannung Amplituden niedriger als die Dauerfestigkeit nach einer Anzahl von Zyklen mehr als 10 auftreten können7, und dass die Schäden und Ausfällen Mechanismus anders als die üblichen diejenigen-5könnte.
Müdigkeit Testprogramm zur Untersuchung der ultra-high Cycle-Bereich erstellen, erforderte die Entwicklung der neuen Testgeräte, die Beladung Häufigkeit stark erhöhen. Ein Symposium zu diesem Thema konzentriert fand in Paris im Juni 1998, wo experimentelle Ergebnisse wurden vorgestellt, die durch Stanzl-Tschegg6 gewonnen wurden und Bathias7 bei 20 kHz Frequenzen von Ritchie8 mit dem Einsatz von 1 kHz Laden geschlossen Loop Servo-hydraulische Maschine, und von Davidson8 mit einem 1,5 kHz Magneto-Strictive Test Maschine4testen. Aus dieser Zeit wurden viele Lösungen vorgeschlagen, aber immer noch am häufigsten gebrauchte Maschine für diese Art von Test basiert auf dem Konzept der Manson von 1950 und nutzt Frequenzen in der Nähe von 20 kHz9. Diese Maschinen weisen eine gute Balance zwischen Verformungsgeschwindigkeit, die Entschlossenheit Genauigkeit die Anzahl der Zyklen und die Zeit der Dauertest (1010 Zyklen erreichen wir in ca. 6 Tagen). Andere Geräte konnten noch höhere Beladung Frequenzen, wie die von Girald in 1959-92 kHz und Kikukawa in 1965-199 kHz verwendet; Allerdings sind diese selten verwendet, da sie extrem hohen Verformungsgeschwindigkeiten und, da der Test nur wenige Minuten dauert, wird ein bemerkenswerte Fehler in der Cycle-counting erwartet. Ein weiterer wichtiger Faktor, die Begrenzung der Belastung Frequenz Resonanz Geräte für Ermüdungsprüfung ist die Größe der Probe, die in unmittelbarem Zusammenhang mit der Resonanzfrequenz ist. Je größer die angeforderte laden Frequenz, desto kleiner der Probe. Dies ist der Grund, warum Frequenzen über 40 kHz selten verwendete10 sind.
Da die Verdrängung Amplitude innerhalb des Intervalls zwischen 3 und 80 µm in der Regel begrenzt ist, erfolgreich sein kann Ultraschall Ermüdungsprüfung angewendet auf die meisten metallischen Werkstoffe, aber Techniken für die Prüfung von Polymeren Materialien wie z. B. PMMA11 und Verbundwerkstoffe12 wurden auch entwickelt. In der Regel Ultraschall Ermüdungsprüfung ist möglich, in den Modi der axialen Belastung durchzuführen: Zug - Kompression symmetrischen Zyklus13,14, Spannung - Spannung Zyklus15, drei-Punkt-Biegung15, und es gibt auch ein paar Studien mit speziellen Modifikationen des Systems für Torsion Test15,16 und zweiachsige Biegung17. Es ist nicht möglich, beliebige Exemplare zu verwenden, da für diese Methode die Geometrie, zur Erreichung der Resonanz-Frequenz von 20 kHz eng ist. Für die axiale Belastung, haben verschiedene Arten von Proben häufig, in der Regel mit einer Sanduhr Form mit einem Messgerät Länge Durchmesser von 3 bis 5 mm eingesetzt. Für die drei-Punkt-Biegung, dünne Bleche werden häufig verwendet, und für andere Methoden sind spezielle Arten von Proben entwickelt, je nach Methodentyp und Prüfbedingungen. Die Methode wurde entwickelt, für die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit im Bereich hoch- und Zyklus, und dies bedeutet, dass bei 20 kHz Belastung ergibt sich 1 Million Zyklen im 50 s; Daher gilt dies in der Regel die untere Grenze der Ladezyklen, die mit hinreichender Genauigkeit in Bezug auf die Anzahl der Zyklus Bestimmung untersucht werden können. Jedes Exemplar hat mit dem Ultraschall Horn harmonisiert werden, durch Veränderung der Probe Masse, um die richtigen Resonanzfrequenz des Systems zur Verfügung stellen: Ultraschall Horn mit Probe.

<table><tbody><tr><td>Ultraschall-Ermüdungsprüfgerät</td><td></td> <td>Lasur-20</td> <td>kHz, verwendet für Ermüdungsprüfungen</td></tr><tr><td>Nyogel 783</td><td>Nye Schmierstoffe-Wird</td><td></td> <td>als akustisches Gel für die Verbindung der Teile des Ultraschallsystems verwendet</td></tr><tr><td>Win 20k Software</td><td>Lasur-Software</td><td></td> <td>für den Betrieb der Lasur Ermüdungsprüfmaschine</td></tr></tbody></table>

ultraschall ermüdungsprüfung im zug-druck-modus

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultraschall Ermüdungsprüfung ist eine der wenigen Methoden, die Ermüdungseigenschaften im Großraum ultrahohe Zyklus zu untersuchen. Die Methode basiert auf die Probe longitudinale Schwingungen auf seiner Resonanzfrequenz in der Nähe von 20 kHz auszusetzen. Bei Verwendung dieser Methode ist es möglich, den Zeitaufwand für den Test im Vergleich zu herkömmlichen Testgeräte in der Regel arbeiten bei Frequenzen unter 200 Hz deutlich zu verringern. Es dient auch zur Simulation Laden des Materials während des Betriebs in high-Speed-Bedingungen, wie diejenigen von Komponenten der Düsentriebwerke oder Auto Turbopumpen erlebt. Es ist notwendig, nur im Bereich hoch- und Zyklus durch die Möglichkeit der extrem hohen Verformungsgeschwindigkeiten zu betreiben, die einen wesentlichen Einfluss auf die Testergebnisse haben können. Probenform und Abmessungen müssen sorgfältig ausgewählt werden und berechnet die Resonanzbedingung das Ultraschall-System zu erfüllen; so ist es nicht möglich, die volle Komponenten oder Exemplare von beliebiger Form zu testen. Vor jedem Test ist es notwendig, die Probe mit der Frequenz des Ultraschall-System zum Ausgleich von Abweichungen der realen Form von der idealen in Einklang zu bringen. Es ist nicht möglich, führen Sie einen Test bis zum totalen Bruch der Probe, da der Test automatisch nach Einführung und Ausbreitung des Risses auf eine bestimmte Länge beendet wird, wenn die Steifigkeit des Systems ändert sich genug, um das System aus der Resonanz Frequenz. Dieses Manuskript beschreibt den Prozess der Bewertung der Materialien Müdigkeit Eigenschaften bei Hochfrequenz-Ultraschall Zyklusbelastung mit der mechanischen Resonanz bei einer Frequenz in der Nähe von 20 kHz zu verwenden. Das Protokoll enthält eine detaillierte Beschreibung aller Schritte, die erforderlich für einen richtigen Test, einschließlich Probe Design, Stress-Berechnung, Harmonisierung mit der Resonanzfrequenz, Durchführung der Test und die endgültige statische Fraktur.

Müdigkeit Testergebnisse gehören Stress, Anzahl der Ladezyklen, laden und der Test Kündigung Charakter (Bruch oder Auslauf) sehen in Tabelle 1, wo Ergebnisse der Ermüdungsfestigkeit der 50CrMo4 gestillt und gehärtetem Stahl werden zur Verfügung gestellt. Die häufigste Interpretation der Testergebnisse Müdigkeit Leben ist die so genannte S - N Grundstück (S - Stress, N - Anzahl der Zyklen), auch bekannt als die Wöhler Plot. Die Abhängigkeit der Ermüdungsfestigkeit der ange...

Ein Protokoll für Ultraschall Ermüdungsprüfung im Bereich hoch- und Zyklus in axialer Zug-Druck-Lademodus.

Ultraschall Ermüdungsprüfung im Zug-Druck-Modus

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, die Ermüdungslebensdauer von Material im Ultrahochzyklusbereich zu bewerten. Diese Methode kann dazu beitragen, zentrale Fragen zur Sicherheit und Zuverlässigkeit von metallischen Bauteilen zu beantworten, die unseren zehn Millionen Belastungszyklen im Betrieb standhalten müssen. Diese Technik basiert darauf, dass die Probe mit jeder Resonanzfrequenz von 20 Kilohertz in die Längsschwingung getrieben wird, was bedeutet, dass in einer Sekunde etwa 20.000 Belastungszyklen durchgeführt werden.Um die Probe bei dieser speziellen Resonanzfrequenz in Schwingung versetzen zu können, müssen ihre Größe und Form sorgfältig auf die Resonanzbedingungen abgestimmt sein. Die Versuche werden mit einem Ultraschall-Ermüdungsprüfgerät durchgeführt. Proben des Versuchsmaterials müssen bearbeitet werden, um die Standard-Sanduhrgeometrie für Zug-Druck-Versuche zu erhalten.Diese Zeichnung des Prüflings beschriftet die relevanten Maße. Wählen Sie den Kopfdurchmesser, den Messdurchmesser und den Messradius entsprechend den Materialparametern und Prüfbedingungen, diese bestimmen die Messlänge. Die Kopflänge definiert die Gesamtmasse der Probe und muss berechnet werden, um die Resonanzbedingung bei 20 Kilohertz zu erfüllen.Beginnen Sie mit der Vorbereitung des Testgeräts. Wählen Sie eine geeignete Sonotrode für den erforderlichen Verdrängungsbereich. Schrauben Sie die Verbindungsschraube bis zum Boden in die Sonotrode und verteilen Sie dann eine kleine Menge Akustikgel auf der Oberfläche der Sonotrode.Schrauben Sie anschließend die Sonotrode in den piezoelektrischen Wandler. Wechseln Sie zum Computer für das Ultraschallsystem. Verwenden Sie die Steuerungssoftware, um die tatsächliche Resonanzfrequenz des Systems zu ermitteln.Arbeiten Sie nun daran, die Probe zu montieren. Schrauben Sie die Verbindungsschraube bis zum Boden in die Probe ein, dann schrauben Sie die Probe an die Sonotrode. Diese Probe ist für die nächste Resonanzfrequenzmessung ordnungsgemäß montiert.Verwenden Sie nun die Steuerungssoftware, um die Resonanzfrequenz des Systems mit der Probe zu ermitteln. Bereiten Sie sich darauf vor, die Probe zu modifizieren, wenn die Resonanzfrequenz niedriger ist als die des Systems. Halten Sie für die Modifikationen eine Drehmaschine bereit.Entfernen Sie als Nächstes die Probe aus der Sonotrode und montieren Sie die Probe dann in eine Drehmaschine, um ihre Masse zu reduzieren. Verwenden Sie die Drehmaschine, um jeden Kopf um einen Zehntelmillimeter nach unten zu drehen und von jeder Seite der Probe die gleiche Masse zu entfernen, um die Resonanzfrequenz zu erhöhen und ihre Geometrie beizubehalten. Wenn Sie fertig sind, geben Sie die Probe wieder in die Sonotrode zurück.Messen Sie anschließend erneut die Resonanzfrequenz des Systems mit der Probe. Fahren Sie fort, die Probe aus der Sonotrode zu entfernen und ihre Masse zu reduzieren, bis die beiden Resonanzfrequenzen innerhalb von zehn Hertz liegen. Beginnen Sie mit der entnommenen Probe am Prüfgerät.Stellen Sie sicher, dass die Verbindungsschraube den Boden der Probe erreicht, und verteilen Sie dann eine kleine Menge Akustikgel auf der Oberfläche der Probe. Nehmen Sie die Probe zurück in die Sonotrode und schrauben Sie sie fest. Bei diesem wassergekühlten System fokussieren Sie die Wasserdüsen am oberen Kopf der Probe, so dass das Wasser gleichmäßig über die Messlänge fließt.Stellen Sie abschließend das Kühlsystem des piezoelektrischen Wandlers ein. Am Steuerrechner wird der Test gestartet. Die Prüfung endet automatisch, wenn ein Ermüdungsriss in der Probe eingeleitet wird.Stoppen Sie die Kühlsysteme und demontieren Sie die Probe. Wie in diesem Fall ist es oft möglich, den Riss auf der Oberfläche der Probe zu sehen. Die Initiierung des Ermüdungsrisses in der Probe bewirkt eine Änderung der Steifigkeit des Ultraschallsystems, die das System aus der Resonanzfrequenz verschiebt, so dass die Prüfung natürlich beendet wird, wenn der Riss beginnt.Wenn der Ermüdungsriss nicht vor der maximalen Anzahl von Zyklen in der Prüfung beginnt, wird der Versuch als Rundlauf vermerkt und dass er die sichere Belastungsamplitude aufweist. Diese Daten beziehen sich auf drei verschiedene Stähle, Hardox 450, Strenx 700MC und S355J2. Die Belastungsspannung verläuft entlang der vertikalen Achse.Die Anzahl der Ladezyklen des Tests erfolgt entlang der horizontalen Achse. Alle Tests endeten mit einem Bruch vor dem zehnten bis zehnten Zyklus, mit einer Ausnahme, bei der der Datenpunkt mit einem Pfeil markiert ist. Dieser Test wurde als Run-Out beendet.Diese rasterelektronenmikroskopische Aufnahme gibt Aufschluss über die Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen. Der Ermüdungsriss begann auf der freien Oberfläche. Die Rissausbreitung endete, als das Ultraschallsystem aus der Resonanz verfiel und der Test beendet war.Der hellere Bereich entspricht dem Bruch durch statische Belastung. Bei der Probe handelt es sich um 50 Chrom-Maliptinum-Vier, die in gehärtetem Stahl abgeschreckt sind. Dabei handelt es sich um eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Hohlraums auf der Oberfläche einer Probe aus Stahl mit 50 Chrom maliptinum vier nach einem unsachgemäßen Abkühlprozess.Kavitäten beschleunigen den Prozess der Initiierung von Ermüdungsrissen, indem sie als Kerben für die Spannungskonzentration dienen. Das Ergebnis dieses Ermüdungstests ist nicht akzeptabel. Dieses Rasterelektronenmikroskopie-Bild zeigt den Ermüdungsrissausbreitungsbereich einer Probe aus einer AW7075-Aluminiumlegierung.Der Pfeil zeigt die Richtung der Ausbreitung des Ermüdungsrisses an. Der Riss breitete sich mit einem transkristallinen Ermüdungsmechanismus aus. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie in der Lage ist, einen jahrelangen Betrieb in nur wenigen Stunden oder Tagen zu simulieren.Einmal gemeistert, kann die Probe harmonisiert werden und in zwanzig Minuten laufen, wenn sie richtig in der Maschine ausgelegt ist. Wenn Sie dieses Verfahren versuchen, ist es wichtig, daran zu denken, das Messgerät der Probe richtig zu kühlen. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Ermüdung, den Bereich der ultrahohen Zyklen zu erforschen.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie die Ultraschall-Ermüdungsprüfkörper harmonisiert, ausgeführt und abgekühlt werden. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Ultraschall für die Ohren äußerst gefährlich sein kann und bei der Durchführung dieses Verfahrens immer Vorsichtsmaßnahmen wie Ohrstöpsel getroffen werden sollten. Unsere Gruppe möchte sich bei den Beiträgen von Professor Otakar Bokuvka zu unseren Forschungsbemühungen bedanken.

ultrasonic-fatigue-testing-in-the-tension-compression-mode

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Wir präsentieren ein Protokoll für die Verwendung eines piezoelektrisch unterstützten Tribometers und eines optischen Profilometers, um die Abhängigkeit von Ultraschallverschleiß und Reibungsreduzierung von linearer Geschwindigkeit, Kontaktdruck und Oberflächeneigenschaften zu untersuchen.

Experimente an Ultraschall-Schmierung Verwenden eines piezoelektrisch unterstützten Tribometer und optische Profilometer

Ein einfaches Verfahren zum Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbundcoupons für grundlegende mechanische Prüfungen wird beschrieben. Wesentliche Merkmale dieses Ultraschallschweißverfahrens sind die Verwendung von flachen Energieleitern für eine vereinfachte Prozessvorbereitung und die Verwendung von Prozessdaten für die schnelle Definition optimaler Verarbeitungsbedingungen.

Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbund Coupons für Mechanische Charakterisierung von Schweißverbindungen durch Einzelüberlappungsscherprüfung

Die Biomechanik des Gewebes ist wichtig für die Aufrechterhaltung der Zellform und -funktion und für die Bestimmung des Phänotyps. Dieser Bericht demonstriert zerstörungsfreie mechanische Protokolle zur Charakterisierung der elastischen und viskoelastischen Eigenschaften von menschlichen Weichgeweben, die direkt auf Tissue-Engineering-Substrate angewendet werden können, um eine enge Anpassung der technischen Materialien an das native Gewebe zu ermöglichen.

Biomechanische Charakterisierung humaner Weichgewebeproben mit Einrückungen und Zugprüfung

Microstructurally kleine Ermüdungsverhalten Riss Wachstum wird untersucht, mit einen neuartigen methodischen Ansatz kombiniert Riss Wachstum Rate Mess- und Stamm-Feld-Analyse um die kumulative Verformung Bereich auf Ebene der Sub Korn.

Flächenhafte Dehnungsmessungen für Microstructurally kleine Müdigkeit Rissausbreitung Digitalbild Korrelation Methode

Das Protokoll beschreibt effiziente und reproduzierbare zahnfeste biomechanische Prüfverfahren für murine Sehnen durch die Verwendung von kundenspezifischen 3D-gedruckten Vorrichtungen.

Biomechanische Prüfung von Murine tendons

Die digitale Bildkorrelation wird in Ermüdungstests an einer Resonanzprüfmaschine verwendet, um makroskopische Risse zu erkennen und die Rissausbreitung in geschweißten Proben zu überwachen. Risse auf der Probenoberfläche werden als erhöhte Dehnungen sichtbar.

Rissüberwachung bei Derresonanceermüdungstests von geschweißten Proben mit Digital Bildkorrelation

Hier stellen wir das Messprotokoll des Ultraschallgeräts mit bidirektionaler Axialübertragung (BDAT) im Detail vor und testen es in einer Reproduzierbarkeitsstudie unter Berücksichtigung von 14 gesunden Teilnehmern und 3 Bedienern. Die Reliabilität, gemessen mit den Intraklassen-Korrelationskoeffizienten (ICC), war für vier interessante Parameter gut bis ausgezeichnet.

Beurteilung des kortikalen Knochens mit ultraschallgeführten Wellen: Eine Reproduzierbarkeitsstudie in einer gesunden Population

Ultraschall ist der im klinischen Umfeld am häufigsten angewandte Ansatz zur Beurteilung der Größe und Struktur der Achillessehne. Um die Beurteilung der Achillessehne umfassender zu gestalten, wurde kürzlich der Ansatz der Ultraschallgewebecharakterisierung (UTC) vorgeschlagen und in klinischen Studien validiert.

Ultraschallgewebecharakterisierung der menschlichen Achillessehne durch Stabilitätsquantifizierung von Echomustern

Dieses Protokoll stellt die Konfiguration eines Kompressionstestgeräts vor, das in der Lage ist, die mechanischen Eigenschaften von Mikrostrukturen im Kleindehnungsbereich präzise zu messen, sowie eine systematische Methode zur Kompressionsprüfung mit diesem Gerät. Das vorgeschlagene Gerät kann verwendet werden, um verschiedene Mikrostrukturen und das mechanische Verhalten polymerbasierter Materialien zu analysieren.

Messung der Druckspannungs-Dehnungsantwort bei kleinen Dehnungen

Dieses Protokoll beschreibt eine standardisierte, tragbare, ultraschallbasierte Methode zur Quantifizierung des funktionellen Steifkeitsspektrums der Achillessehne über mehrere Sprunggelenkswinkel bei Spitzensportlern hinweg und ermöglicht so eine zuverlässige und reproduzierbare Beurteilung des mechanischen Verhaltens der Sehnen unter unterschiedlichen Belastungsbedingungen.

Zuverlässigkeit eines vibrationsbasierten Elastographieprotokolls zur Beurteilung der Achillessehnensteifigkeit über mehrere Gelenkwinkel bei Spitzensportlern

Erfahren Sie die Ultraschall-Ermüdungsprüfung zur Bewertung der Lebensdauer metallischer Werkstoffe im Ultra-Hochzyklus-Bereich. Diese Methode ermöglicht 20.000 Lastzyklen pro Sekunde bei 20 kHz.

Ultraschall Ermüdungsprüfung im Zug-Druck-Modus

Weitere Videos entdecken