Ультразвуковой усталость, тестирование в режиме напряжение сжатия

Общая цель этого эксперимента — оценить усталостную долговечность материала в области сверхвысоких циклов. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы о безопасности и надежности металлических компонентов, которые должны выдерживать десять миллионов циклов нагрузки во время работы. Этот метод основан на введении образца в продольную вибрацию с частотой резонанса 20 килогерц каждая, что означает, что в секунду выполняется примерно 20 000 циклов нагружения.

Чтобы иметь возможность приводить образец в действие на этой конкретной резонансной частоте, его размер и форма должны быть тщательно спроектированы для условий резонанса. Испытания будут проводиться с помощью ультразвукового усталостного испытательного устройства. Образцы экспериментального материала должны быть обработаны таким образом, чтобы они имели стандартную геометрию песочных часов для испытаний на сжатие при растяжении.

На этом чертеже образца указаны соответствующие размеры. Выберите диаметр головки, диаметр манометра и радиус манометра в соответствии с параметрами материала и условиями испытания, которые определяют расчетную длину. Длина головы определяет общую массу образца и должна быть рассчитана для выполнения условия резонанса при частоте 20 килогерц.

Начните с подготовки испытательного устройства. Выберите подходящий сонотрод для требуемого диапазона смещения. Вкрутите соединительный винт в сонотрод до тех пор, пока он не достигнет дна, затем нанесите небольшое количество акустического геля на поверхность сонотрода.

Далее вкручиваем сонотрод в пьезопреобразователь. Подойдите к компьютеру для работы ультразвуковой системы. Используйте управляющее программное обеспечение, чтобы найти фактическую резонансную частоту системы.

Теперь приступаем к монтажу образца. Вкрутите соединительный винт в образец до тех пор, пока он не достигнет дна, затем прикрутите образец к сонотроду. Этот образец правильно установлен для следующего измерения резонансной частоты.

Теперь с помощью управляющего программного обеспечения можно найти резонансную частоту системы с образцом. Подготовьтесь к модификации образца, если резонансная частота ниже, чем у системы. Для модификаций имейте наготове токарный станок.

Затем извлеките образец из сонотрода, затем установите образец на токарный станок, чтобы уменьшить его массу. С помощью токарного станка поворачивайте вниз на десятую долю миллиметра на каждой головке, удаляя одинаковую массу с каждой стороны образца, чтобы повысить резонансную частоту и сохранить его геометрию. Когда закончите, верните образец в сонотрод.

Затем снова измерьте резонансную частоту системы с образцом. Продолжайте извлекать образец из сонотрода и уменьшать его массу до тех пор, пока две резонансные частоты не окажутся в пределах десяти герц. Начните с испытательного устройства со снятым образцом.

Убедитесь, что соединительный винт доходит до дна образца, затем на поверхность образца нанесите небольшое количество акустического геля. Верните образец обратно в сонотрод и прикрутите его на место. Для этой системы с водяным охлаждением сфокусируйте водяные форсунки в верхней головке образца так, чтобы вода плавно текла по расчетной длине.

Наконец, отрегулируйте систему охлаждения пьезоэлектрического преобразователя. За пультом управления компьютером начинают тестирование. Испытание автоматически завершается, когда в образце образуется усталостная трещина.

Остановите системы охлаждения и демонтируйте образец. Как и в этом случае, часто можно увидеть трещину на поверхности образца. Образование усталостной трещины в образце приводит к изменению жесткости ультразвуковой системы, что приводит к смещению системы от резонансной частоты, таким образом, испытание естественным образом прекращается при возникновении трещины.

Если усталостная трещина не возникает до максимального числа циклов в испытании, то испытание считается выбитым и что он представляет безопасную амплитуду нагружения. Эти данные относятся к трем различным стаям: Hardox 450, Strenx 700MC и S355J2. Нагруженное напряжение находится вдоль вертикальной оси.

Количество циклов нагружения теста указано по горизонтальной оси. Все тесты заканчивались переломом до десятого-десятого циклов, за исключением одного, точка данных отмечена стрелкой. Этот тест был прекращен как ран-аут.

Это изображение с помощью сканирующей электронной микроскопии дает информацию о зарождении и распространении усталостной трещины. Усталостная трещина начиналась на свободной поверхности. Распространение трещин закончилось, когда ультразвуковая система вышла из резонанса и испытание подошло к концу.

Более светлая область соответствует разрушению под действием статического нагружения. Образец представляет собой 50 хрома малиптина, четыре закаленных в закаленной стали. Это изображение полости на поверхности образца из 50-хромовой стали maliptinum four с помощью сканирующего электронного микроскопа после неправильного процесса охлаждения.

Полости ускоряют процесс зарождения усталостной трещины, выступая в качестве надрезов для концентрации напряжений. Результат этого усталостного испытания неприемлем. На этом изображении, полученном методом сканирующей электронной микроскопии, показана область распространения усталостной трещины образца из алюминиевого сплава AW7075.

Стрелка указывает направление распространения усталостной трещины. Трещина распространяется с помощью транскристаллического усталостного механизма. Главное преимущество этой методики заключается в том, что она способна смоделировать годы эксплуатации всего за несколько часов или дней.

После освоения образец может быть гармонизирован и запущен в течение двадцати минут, если он правильно спроектирован на машине. При попытке выполнить эту процедуру важно помнить об интенсивном охлаждении датчика образца правильно. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области усталости к исследованию области сверхвысоких циклов.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как гармонизировать, запускать и охлаждать образцы для ультразвуковых усталостных испытаний. Не забывайте, что работа с ультразвуком может быть чрезвычайно опасной для ушей, и при выполнении этой процедуры всегда следует соблюдать меры предосторожности, такие как беруши. Наша группа хотела бы выразить признательность профессору Отакару Бокувке за его вклад в наши исследования.