Name: Fadiga ultra-sônico de teste no modo de tensão-compressão (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-03-07T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 54 s
Description: Aprenda a realizar testes de fadiga ultra-sônica em modo de tensão-compressão para avaliar a vida útil de materiais metálicos em altas frequências. Este método permite simular anos de operação em poucas horas.

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O trabalho foi apoiado por projetos: "Centro de pesquisa da Universidade de Žilina - 2. ª fase", concede a ITMS 011 313011, agência de Grant científico do Ministério da educação, ciência e esportes da República Eslovaca e eslovaco Academy of Sciences, n º: 1/0045 / 17, 1/0951/17 e 15/1/0123 e conceder eslovaco pesquisa e agência de desenvolvimento, não. APVV-16-0276.

Nota: Geometria de cada amostra tem que ser selecionado e calculado de acordo com as propriedades físicas e mecânicas do material testado, para que ele tenha uma frequência de ressonância idêntico como o sistema de teste ultra-sônico.

1. determinação da dimensão de amostra teste fadiga
Nota: A geometria do espécime de tensão-compressão padrão "ampulheta", com dimensões definidas principais, é mostrada na Figura 1. Dimensões d, D e r são definidos pelo usuário (independente), enquanto a l e L dimensões tem que ser calculado, de acordo com as condições da frequência de ressonância correta (dependente). O medidor de comprimento l resulta apenas da relação entre d, r e D, de geometria e pode ser calculado facilmente ou obtidos de um modelo de componente; assim, não será um objeto de uma discussão mais aprofundada.
<ol><li>
Determinação das dimensões independentes Nota: As principais dimensões da amostra (d, D, r) são escolhidas de acordo com os parâmetros do materiais e as condições de teste.<ol>
<li>Determine o calibre de diâmetro d de acordo com o volume necessário de material para o teste. No caso de uma microestrutura homogênea com nenhum defeito interno, um menor diâmetro do calibre é preferencial. No caso de um material com defeitos internos significativos (tais como vazios e shrinkages em materiais de elenco), um maior diâmetro do calibre é necessário. O calibre de diâmetro d é geralmente de 3 mm a 5 mm.</li>
		<li>Determine o diâmetro de cabeça D de acordo com o tamanho de material experimental disponível. O diâmetro de cabeça usado D é geralmente de 10 mm a 15 mm. Nota: Quanto maior for o D , menor será o comprimento da cabeça (L).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Determine o calibre de raio r de acordo com a distribuição de estresse mecânico exigido no comprimento do calibre do espécime. Quanto maior for o calibre de diâmetro r , o mais suave é a distribuição de estresse mecânico. Um raio de calibre comumente usado é r = 20 mm ou r = 32 mm. Nota: Quanto maior o r é, quanto mais tempo o espécime será.</li>
	<li>
Determinação das dimensões dependentes
	<ol>
<li>Determine o número de onda K de acordo com a seguinte fórmula9,18: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq1.jpg"> Nota: Aqui o fr é a frequência de ressonância do sistema ultra-sônico (Hz), ρ é a densidade de volume (kg m-3), e Ed é o dinâmico módulo de elasticidade (kg m-3).</li>
		<li>Determine a aproximação hiperbólica do calibre de raio, de acordo com a seguinte fórmula9,19: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq2.jpg"> Nota: L é o comprimento de calibre (m), D é o diâmetro de cabeça (m) e d é o diâmetro do calibre (m) (Figura 1).</li>
		<li>Determine a excentricidade eficaz de acordo com a seguinte fórmula9,18: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq3.jpg"> Nota: Aqui A é a aproximação hiperbólica (m-1) determinada pela equação (2), e K é o número de onda (-), determinado de acordo com a expressão (1).</li>
		<li>Determine o comprimento da cabeça (L) de acordo com a seguinte equação9,18: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq4.jpg"> Nota: Aqui K é o número de onda (-) determinado de acordo com a expressão (1) no ponto 1.2.1, β é a excentricidade eficaz (m-1) determinada pela equação (3), e l é o comprimento de calibre (m) (Figura 1).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. cálculo do estresse mecânico no calibre comprimento da amostra
<ol><li>Determinar o fator de geométrico norming <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq5.jpg"> de acordo com a seguinte equação9,18: <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq6.jpg">
</li>
	<li>Determine o ɛ amplitude de deformação de acordo com a seguinte equação9,18: <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq7.jpg"> Nota: Aqui <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq5.jpg"> é o fator geométrico (-) e u é a amplitude de deslocamento exigido da extremidade livre da amostra (m).</li>
	<li>Determine o esforço mecânico amplitude σum de acordo com a seguinte equação9,18: <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq8.jpg"> Nota: Aqui ɛ é a amplitude de deformação (-), determinada de acordo com a expressão (5), e Ed é o dinâmico módulo de elasticidade (kg m-3). Se o estresse mecânico calculado é muito baixo, é necessário aumentar a amplitude de deslocamento u (m) e vice-versa.</li>
</ol>3. fabricação do espécime com operações de usinagem
<ol><li>Devido a vários pequenos desvios dos espécimes usinados de uma forma ideal, fabricação de espécimes com mais cabeças, geralmente L + 0,5 mm.</li>
</ol>4. harmonização da frequência de ressonância da amostra com o sistema ultra-sônico
Nota: Harmonização é o processo de compensação vários pequenos desvios da amostra real da forma ideal, calculada, para obter a frequência de ressonância correta, que está em harmonia com o sonotrodo acústico ultra-sônico.
<ol><li>Escolha o tipo adequado de acústico sonotrodo, de acordo com o intervalo de deslocamento exigido, que é capaz de fornecer adequado estresse mecânico na amostra. Nota: Cada tipo de sonotrodo é projetado e calibrado para uma gama de diferentes de deslocamento, o sonotrodo adequado é escolhido, portanto, de acordo com a amplitude de deslocamento exigido, calculada de acordo com a seção 2.</li>
	<li>
Monte o sonotrodo o conversor piezo-elétrico.
	<ol>
<li>Dane-se o parafuso de conexão dentro do orifício central sobre o sonotrodo até atingir o fundo.</li>
		<li>Espalhe o gel acústico na face do sonotrodo. Nota: Uma pequena quantidade de gel é usada, apenas o suficiente para encher a irregularidade das superfícies, o que melhora a transferência da onda mecânica entre piezo-elétrico conversor e o sonotrodo.</li>
		<li>Aparafuse o sonotrodo o conversor piezo-elétrico.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Execute o sistema ultra-sônico com um conversor de piezo elétrico com sonotrodo montado para medir a frequência de ressonância do sistema específico a temperatura real.<ol>
<li>Execute o software de teste ultra-sônico (por exemplo, Win20k).</li>
		<li>Escolha o tipo do sonotrodo usado no menu drop-down na caixa "Modelo".</li>
		<li>Introduza a menor amplitude de deslocamento possível para o sonotrodo particular na caixa "Amplitude".</li>
		<li>Clique no botão "Iniciar".</li>
		<li>Leia a frequência de ressonância real do sistema na caixa "Frequência".</li>
		<li>Clique no botão "Stop".</li>
	</ol>
</li>
	<li>Monte o espécime no final do sonotrodo.<ol>
<li>Dane-se o parafuso de conexão no orifício central da amostra até atingir o fundo.</li>
		<li>Dane-se o espécime para o sonotrodo.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Execute o sistema ultra-sônico com um conversor de piezo elétrico com sonotrodo montado e amostra para medir a frequência de ressonância do sistema específico a temperatura real.<ol>
<li>Execute o software de teste ultra-sônico.</li>
		<li>Escolha o tipo de sonotrodo usado no menu drop-down na caixa "Modelo".</li>
		<li>Introduza a menor amplitude de deslocamento possível para o sonotrodo particular na caixa "Amplitude".</li>
		<li>Clique no botão "Iniciar".</li>
		<li>Leia a frequência de ressonância real do sistema na caixa "Frequência".</li>
		<li>Clique no botão "Stop".</li>
	</ol>
</li>
	<li>Quando a frequência de ressonância do sistema com espécime montado é menor do que sem o espécime, reduza a massa do provete cortando as faces da cabeça do espécime. Nota: Se a frequência de ressonância com um espécime montado é maior, seria necessário reduzir o calibre de diâmetro d, que visam alterar as condições do teste. Esta é a razão de 0,5 mm é adicionado ao comprimento das cabeças no processo de fabricação.<ol>
<li>Desmonte a amostra do sonotrodo.</li>
		<li>Montar o espécime em um torno e abaixar 0,1 mm da face da cabeça primeira.</li>
		<li>Montar o espécime em um torno e abaixar 0,1 mm da face da cabeça do segunda.</li>
		<li>Repita a etapa 4.6 até a frequência de ressonância está dentro da tolerância de ± 10 Hz.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. final montagem da amostra para o sonotrodo antes do ensaio de fadiga
<ol><li>Aplica o gel acústico nas faces para criar conexões entre o sonotrodo e o espécime.<ol>
<li>Dane-se o parafuso de conexão no orifício central da amostra até atingir o fundo.</li>
		<li>Espalhe o gel acústico na face do espécime. Nota: Apenas uma pequena quantidade de gel acústico é usada para preencher as irregularidades na superfície para melhorar a transferência de onda acústica do sonotrodo para a amostra.</li>
		<li>Dane-se o espécime para o sonotrodo.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. Execute o sistema de arrefecimento para amostra
<ol><li>Se refrigerar de ar é usado, focar o fluxo de ar diretamente no meio do medidor de comprimento da amostra e esperar por cerca de 20 s, assim que o fluxo do fluxo de ar satura o espécime.</li>
	<li>Se refrigerar de água é usado, concentrar os bocais de água na cabeça superior do espécime e ajustar a intensidade do fluxo, assim que a água flui suavemente ao longo do comprimento do calibre, para evitar a cavitação. Nota: Submergindo a amostra em água ou óleo é possível, também, no entanto, isso pode ser usado somente por curto período de tempo testes devido ao efeito significativo da cavitação, que acelera o processo de início de rachadura de fadiga.</li>
</ol>7. executar o sistema de arrefecimento do conversor Piezo elétrico
<ol><li>Abra a válvula do fluxo de ar e ajustar a pressão no intervalo entre 0,5 e 1 bar.</li>
</ol>8. executar o teste em Amplitude de deslocamento exigido
<ol><li>Execute o software de teste ultra-sônico.</li>
	<li>Escolha o tipo do sonotrodo usado no menu drop-down na caixa "Modelo".</li>
	<li>Introduza a amplitude do deslocamento requerido para o sonotrodo específico na caixa de "Amplitude".</li>
	<li>Clique no botão "Iniciar".</li>
</ol>9. Crack iniciação e propagação de fadiga
<ol><li>Observe que após a fadiga crack iniciação e propagação através de uma parte da seção transversal, o sistema é deslocado fora da frequência de ressonância e o teste é finalizado naturalmente.</li>
	<li>Se o teste não termina com uma fratura, depois de atingir o número solicitado de ciclos de carregamento (o teste é um run-out) terminar usando a tecla "Stop" no software teste ultra-sônico.</li>
</ol>10. desmontar a amostra do sonotrodo
<ol><li>Vai se ferrar a amostra do sonotrodo ultra-sônico.</li>
</ol>11. estática força fraturando a carregar
<ol><li>Use a força de carregamento estático para fraturar o resto da seção transversal com o uso de uma máquina de carregamento estático. Nota: O vetor e o tipo da força de carregamento para a fratura estática devem corresponder com o tipo de carregamento para que a superfície de fratura tem caráter consistente a fadiga.</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>
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<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>
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<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>
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<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>

Nós não temos nada para divulgar.

Teste ultra-sônico fadiga é um dos poucos métodos que permite testes dos materiais estruturais na região de ciclo ultra alta. No entanto, a amostra de forma e tamanho são muito limitados no que diz respeito a frequência de ressonância. Por exemplo, testes de chapas finas na modalidade de carregamento axial geralmente não é possível. Além disso, testes de espécimes grandes geralmente não é possível, porque as máquinas de testes não fornecer tal poder e exigiria a concepção de um sistema ultra-sônico especial.
<p class...

Danos de fadiga dos materiais estruturais é fortemente conectado com a industrialização e principalmente com o uso do motor a vapor e locomotivas a vapor para o transporte ferroviário, onde um monte de componentes metálicos, principalmente ferro baseado, têm sido usados e teve de suportar vários tipos de carregamento cíclico. Um dos primeiros testes foi feito por Albert (Alemanha 1829)1 soldada correntes para talhas elétricas de mina. A frequência de carregamento foi 10 curvas por minuto, e o máximo testes gravados atingiu 100.000 ciclos1a carregar. Outro importante trabalho foi realizado por William Fairbairn em 1864. Testes foram realizados em vigas de ferro com o uso de uma carga estática, o que foi levantado por uma alavanca e depois caiu causa vibrações. A viga foi carregada com aumentando gradualmente a carga stress amplitude. Depois de chegar a várias centenas de milhar ciclos em várias amplitudes de stress, na extremidade da viga de carregamento falhou depois de apenas cerca de cinco mil ciclos de carregamento em uma amplitude de carregamento de dois quintos da resistência à tração. O primeiro estudo abrangente e sistemático da influência do estresse repetido em materiais estruturais foi feito por August Wöhler em 1860-18701. Para estes testes, ele estava usando torção, flexão e modos de carregamento axial. Wöhler projetado muitos fadiga exclusivo teste de máquinas, mas sua desvantagem foi operação baixas velocidades, por exemplo, a máquina de dobra mais rápido rotativa operada em 72 rpm (1,2 Hz), assim, a conclusão do programa experimental levou 12 anos1. Após a realização destes testes, considerou-se que, depois de atingir uma amplitude de carregamento, em que o material suporta 10 ciclos de7 , a degradação de fadiga é insignificante e o material pode suportar um número infinito de ciclos de carregamento. Esta amplitude de carregamento foi nomeado o "limite de fadiga" e se tornou o principal parâmetro em desenho industrial por muitos anos2,3.
Desenvolvimento de novas máquinas industriais, que exigido maior eficiência e economia de custos, tinha que fornecer a possibilidade de carregamento superior, maior velocidade de operação, maior duração e alta confiabilidade com requisitos de baixa manutenção. Por exemplo, componentes do trem de alta velocidade Shinkanzen, após 10 anos de operação, têm de suportar cerca de 10 ciclos de9 , e a falha de um componente principal pode ter consequências fatais4. Além disso, componentes de motores de jato operam frequentemente a 12.000 rpm e componentes dos ventiladores turbo muitas vezes superior a 17.000 rpm. Essas operação alta velocidades exigências aumentadas para teste de vida de fadiga na região chamada ciclo ultra alta e para avaliar se a força de fadiga de um material pode ser realmente considerada constante para mais de 10 milhões de ciclos. Após os primeiros testes realizados por superior a esta resistência, era óbvio que falhas de fadiga podem ocorrer mesmo em amplitudes de estresse aplicada menores do que o limite de fadiga, após um número de ciclos de muito mais do que 107e que o mecanismo de dano e falha poderia ser diferente do habitual os5.
Criação de um programa de teste de fadiga visto investigar a região de ultra-alta ciclo exigido o desenvolvimento de novos dispositivos de teste para aumentar fortemente a frequência de carregamento. Um simpósio focado sobre este tema foi realizada em Paris em junho de 1998, onde experimental foram apresentados resultados que foram obtidos por Stanzl-Tschegg6 e Bathias7 a 20 kHz, carregando frequências, Ritchie8 com o uso de 1KHz fechado loop servo-hidráulicos testando a máquina e por Davidson8 com um 1,5 kHz magneto-strictive teste máquina4. A partir desse momento, muitas soluções foram propostas, mas ainda mais comumente a máquina usada para este tipo de teste é baseada no conceito de Manson de 1950 e usa as frequências perto 20KHz9. Estas máquinas apresentam um bom equilíbrio entre a taxa de deformação, a precisão da determinação do número de ciclos e o tempo do teste de fadiga (1010 ciclos são alcançados em aproximadamente 6 dias). Outros dispositivos foram capazes de fornecer ainda maiores frequências de carregamento, como aquele usado pelo Girald em 1959-92 kHz e Kikukawa em 1965-199 kHz; no entanto, estes são raramente usados porque eles criam taxas extremamente altas de deformação e, uma vez que o teste dura apenas alguns minutos, um erro notável na ciclo de contagem é esperado. Outro fator importante limitar a frequência de carregamento de dispositivos de ressonância para o ensaio de fadiga é o tamanho da amostra, que está em relação direta com a frequência de ressonância. Quanto maior a frequência de carregamento solicitada, quanto menor a amostra. Esta é a razão por que frequências acima de 40 kHz são usados raramente10.
Desde que a amplitude de deslocamento é geralmente limitada dentro do intervalo entre 3 e 80 µm, testes de fadiga ultra-sônico podem ser com êxito aplicada em materiais mais metálicos, embora técnicas para teste de materiais poliméricos como PMMA11 e compósitos12 também foram desenvolvidos. Geralmente, testes de fadiga ultra-sônico são possível executar em modos de carregamento axial: tração - compressão simétrica ciclo13,14, tensão - tensão do ciclo15,15, de flexão de três pontos e também há alguns estudos com modificações especiais do sistema para teste de15,16 e flexão biaxial17da torsão. Não é possível usar amostras arbitrárias, pois para este método, a geometria está estritamente relacionada para alcançar a frequência de ressonância de 20 kHz. Para o carregamento axial, diversos tipos de espécimes têm sido comumente utilizados, geralmente com uma forma de ampulheta, com um diâmetro de comprimento de bitola de 3 a 5 mm. Para os três pontos de dobra, chapas finas são comumente usadas, e para outros métodos de tipos especiais de espécimes são projetados, de acordo com o tipo de método e condições de teste. O método foi projetado para avaliação da vida de fadiga na região de ciclo de alta e ultra alta, e isso significa que a carga de 20 kHz, 1 milhão de ciclos é obtido em 50 s; Portanto, isto é geralmente considerado como o limite inferior de ciclos, que podem ser investigados com precisão razoável, em relação ao número de determinação de ciclo de carregamento. Cada amostra tem de ser harmonizado com o chifre ultra-sônico, alterando a massa da amostra para fornecer a frequência de ressonância certa do sistema: chifre ultra-sônico com espécime.

<table><tbody><tr><td>Dispositivo de teste de fadiga ultrassônico</td><td>Lasur-20</td><td></td> <td>kHz, usado para testes de fadiga</td></tr><tr><td>Nyogel 783</td><td>Nye Lubricants-Usado</td><td></td> <td>como gel acústico para conexão das partes do sistema ultrassônico</td></tr><tr><td>Win 20k software</td><td>Lasur-Software</td><td></td> <td>para operação da máquina de teste de fadiga Lasur</td></tr></tbody></table>

fadiga ultra-sônico de teste no modo de tensão-compressão

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Teste de fadiga ultra-sônico é um dos alguns métodos que permitem investigar Propriedades de fadiga na região de ciclo ultra alta. O método baseia-se em expor o espécime de vibrações longitudinais na sua frequência de ressonância, perto de 20 kHz. Com o uso desse método, é possível diminuir significativamente o tempo necessário para o teste, quando comparado aos dispositivos de teste convencionais geralmente trabalham em frequências abaixo dos 200 Hz. Ele também é usado para simular a carga de material durante a operação em condições de alta velocidade, tais como aqueles vividos pelos componentes de motores a jato ou carro turbo bombas. É necessário operar apenas na região de ciclo de alta e ultra alta, devido à possibilidade de taxas de deformação extremamente elevado, que pode ter uma influência significativa sobre os resultados do teste. Dimensões e forma da amostra tem que ser cuidadosamente selecionadas e calculada para satisfazer a condição de ressonância do sistema ultra-sônico; assim, não é possível testar os componentes completo ou espécimes de forma arbitrária. Antes de cada ensaio, é necessário harmonizar a amostra com a frequência do sistema ultra-sônico para compensar os desvios da forma real do ideal. Não é possível executar um teste até uma fratura total da amostra, uma vez que o teste é encerrado automaticamente após a iniciação e propagação do crack a um determinado período, quando a rigidez do sistema muda o suficiente para deslocar o sistema fora da ressonância frequência. Este manuscrito descreve o processo de avaliação de fadiga dos materiais, propriedades em alta frequência ultra-sônica fadiga carregando com usam de ressonância mecânica em uma frequência perto de 20 kHz. O protocolo inclui uma descrição detalhada de todas as etapas necessárias para um teste correto, incluindo o projeto de amostra, cálculo de stress, harmonizando-se com a frequência de ressonância, realizando o teste e fratura estática final.

Resultados de teste de fadiga incluem stress, número de ciclos de carregamento de carga e o caractere de finalização do teste (fratura ou run-out) pode ser visto na tabela 1, onde os resultados da vida de fadiga do 50CrMo4 saciada e aço temperado são fornecidos. Interpretação dos resultados do teste de vida de fadiga mais comum é o chamado S - N conspiração (S - stress, N - número de ciclos), também conhecido como do Wöhler. A dependência da vida de fadiga a tensão de car...

Um protocolo para fadiga ultra-sônico testes na região de ciclo de alta e ultra alta no modo de carga de tensão-compressão axial.

Fadiga ultra-sônico de teste no modo de tensão-compressão

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 ...

O objetivo geral deste experimento é avaliar a vida em fadiga do material na região de ciclo ultra alto. Este método pode ajudar a responder a questões-chave sobre segurança e confiabilidade de componentes metálicos que devem suportar nossos dez milhões de ciclos de carregamento durante a operação. Esta técnica baseia-se na condução da amostra para a vibração longitudinal a cada frequência de ressonância de 20 kilohertz, o que significa que aproximadamente 20.000 ciclos de carregamento são realizados em um segundo.Para ser capaz de conduzir a amostra em vibração nessa frequência de ressonância específica, seu tamanho e forma devem ser cuidadosamente projetados para a condição de ressonância. Os testes serão realizados com um dispositivo de teste de fadiga ultrassônico. As amostras do material experimental devem ser usinadas para ter a geometria de ampulheta padrão para testes de compressão de tensão.Este desenho da amostra de teste rotula as dimensões relevantes. Escolha o diâmetro da cabeça, o diâmetro do medidor e o raio do medidor de acordo com os parâmetros do material e as condições de teste, eles determinam o comprimento do medidor. O comprimento da cabeça define a massa total da amostra e deve ser calculado para cumprir a condição de ressonância em 20 kilohertz.Comece preparando o dispositivo de teste. Selecione um sonotrodo apropriado para a faixa de deslocamento necessária. Aparafuse o parafuso de conexão no sonotrodo até atingir o fundo e, em seguida, espalhe uma pequena quantidade de gel acústico na face do sonotrodo.Em seguida, aparafuse o sonotrodo no conversor piezoelétrico. Vá para o computador para o sistema ultrassônico. Use o software de controle para encontrar a frequência de ressonância real do sistema.Agora trabalhe para montar o espécime. Aparafuse o parafuso de conexão na amostra até atingir o fundo e, em seguida, aparafuse a amostra ao sonotrodo. Este corpo de prova está devidamente montado para a próxima medição de frequência de ressonância.Agora use o software de controle para encontrar a frequência de ressonância do sistema com a amostra. Prepare-se para modificar a amostra se a frequência de ressonância for menor que a do sistema. Para as modificações, tenha um torno pronto.Em seguida, remova a amostra do sonotrodo e, em seguida, monte a amostra em um torno para reduzir sua massa. Use o torno para diminuir um décimo de milímetro em cada cabeça, removendo massa igual de cada lado da amostra para aumentar a frequência de ressonância e manter sua geometria. Quando terminar, devolva a amostra ao sonotrodo.Em seguida, meça novamente a frequência de ressonância do sistema com a amostra. Continue a remover a amostra do sonotrodo e reduza sua massa até que as duas frequências de ressonância estejam dentro de dez hertz. Comece no dispositivo de teste com a amostra removida.Certifique-se de que o parafuso de conexão atinja a parte inferior da amostra e, em seguida, espalhe na face da amostra uma pequena quantidade de gel acústico. Leve a amostra de volta ao sonotrodo e aparafuse-a no lugar. Para este sistema resfriado a água, concentre os bicos de água na cabeça superior da amostra para que a água flua suavemente ao longo do comprimento do medidor.Por fim, ajuste o sistema de refrigeração do conversor piezoelétrico. No computador de controle, inicie o teste. O teste termina automaticamente quando uma trinca por fadiga é iniciada na amostra.Pare os sistemas de resfriamento e desmonte a amostra. Como neste caso, muitas vezes é possível ver a rachadura na superfície da amostra. O início da trinca por fadiga na amostra causa uma mudança na rigidez do sistema ultrassônico, o que desloca o sistema para fora da frequência de ressonância, portanto, o teste é naturalmente encerrado quando a trinca é iniciada.Se a fissura por fadiga não se iniciar antes do número máximo de ciclos no ensaio, o ensaio é anotado como esgotado e que apresenta a amplitude de carga segura. Esses dados são para três aços diferentes, Hardox 450, Strenx 700MC e S355J2. A tensão de carregamento é ao longo do eixo vertical.O número de ciclos de carga do teste é ao longo do eixo horizontal. Todos os testes terminaram em fratura antes do décimo ao décimo ciclo, exceto um, o ponto de dados marcado com uma seta. Este teste foi encerrado como um esgotamento.Esta imagem de microscopia eletrônica de varredura fornece informações sobre o início e a propagação da trinca por fadiga. A rachadura por fadiga começou na superfície livre. A propagação de rachaduras terminou quando o sistema ultrassônico saiu da ressonância e o teste chegou ao fim.A área mais leve corresponde à fratura por carga estática. A amostra é 50 maliptinum de cromo quatro temperado em aço temperado. Esta é uma imagem de microscópio eletrônico de varredura de uma cavidade na superfície de uma amostra de aço maliptinum de 50 cromos quatro após um processo de resfriamento inadequado.As cavidades aceleram o processo de iniciação da trinca por fadiga, servindo como entalhes de concentração de tensão. O resultado deste ensaio de fadiga não é aceitável. Esta imagem de microscopia eletrônica de varredura é da área de propagação de trincas por fadiga de uma amostra de liga de alumínio AW7075.A seta indica a direção da propagação da trinca por fadiga. A trinca se propagou com mecanismo de fadiga transcristalina. A principal vantagem dessa técnica é que ela é capaz de simular anos de operação em apenas algumas horas ou dias.Uma vez dominado, o espécime pode ser harmonizado e executado em vinte minutos se for projetado na máquina corretamente. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de resfriar intensamente o medidor da amostra corretamente. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da fadiga explorarem a região do ciclo ultra-alto.Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como harmonizar, executar e resfriar as amostras de teste de fadiga ultrassônica. Não se esqueça de que trabalhar com ultrassom pode ser extremamente perigoso para os ouvidos e precauções, como tampões de ouvido, devem sempre ser tomadas durante a realização deste procedimento. Nosso grupo gostaria de reconhecer as contribuições do professor Otakar Bokuvka para nossos esforços de pesquisa.

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Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

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