Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Engineering

Ultralyd tretthet Testing i spenning-komprimering modus

doi: 10.3791/57007 Published: March 7, 2018

Summary

En protokoll for ultralyd tretthet i høy og ultrahøy gjentakelsesområdet i aksial spenning-Komprimeringsmodus lasting.

Abstract

Ultralyd tretthet testing er en av noen metoder som lar undersøker tretthet egenskaper i ultrahøy gjentakelsesområdet. Metoden er basert på utsette å langsgående vibrasjoner på sin resonansfrekvens nær 20 kHz. Med bruk av denne metoden er det mulig å betydelig redusere tiden for testen, sammenlignet med konvensjonelle testing enheter vanligvis arbeider på frekvenser under 200 Hz. Det er også brukt til å simulere lasting av materiale under operasjon i høy hastighet forhold, slik som de av komponenter i jetmotorene eller bil turbo pumper. Det er nødvendig å operere i regionen høy og ultrahøy syklus, på grunn av muligheten for ekstremt høy deformasjon priser, som kan ha en betydelig innflytelse på testresultatene. Prøven form og dimensjoner må være nøye valgt og kalkulert for å oppfylle betingelsen resonans av ultralyd systemet; Dermed er det ikke mulig å teste hele komponenter eller av vilkårlig figur. Før hver test er det nødvendig å harmonisere prøven med frekvensen til ultralyd systemet å kompensere for avvik av den virkelige formen fra den ideelle. Det er ikke mulig å kjøre en test før totale brudd i prøven, siden testen automatisk avsluttes etter initiering og overføring av sprekk til en bestemt lengde, når stivhet av systemet endres nok å skifte systemet ut av resonans frekvens. Dette manuskriptet beskriver prosessen for evaluering av materialers tretthet egenskaper ved høyfrekvente ultralyd tretthet lasting med bruk av mekaniske resonans med en frekvens nær 20 kHz. Protokollen inneholder en detaljert beskrivelse av alle trinnene som er nødvendig for en riktig test, inkludert prøven design, stress beregning, harmonisering med resonans frekvensen test og endelige statiske brudd.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Trøtthet skade av strukturelle materialer er sterkt knyttet industrialisering og hovedsakelig med bruk av dampmaskiner og damplokomotiver jernbanetransport, hvor mange metall komponenter, hovedsakelig jern basert, er blitt brukt og måtte tåle ulike typer syklisk lasting. En av de tidligste testene ble gjort av Albert (Tyskland 1829)1 på sveiset kjeder til min heiser. Lasting frekvensen var 10 svinger per minutt, og maksimale tester innspilte nådde 100000 lasting sykluser1. En annen viktig arbeid ble utført av William Fairbairn i 1864. Testene ble utført på smijern dragere med bruk av en statisk belastning, som ble løftet en spaken og deretter falt forårsaker vibrasjoner. Bjelke var lastet med gradvis øke lessing stress amplitude. Etter å nå flere hundre tusen sykluser på ulike lasting stress amplituder, til slutt bjelke mislyktes etter omtrent fem tusen lasting sykluser på en lasting amplituden til to femtedeler av den ultimate strekkfasthet. Den første omfattende og systematisk studien av påvirkning av gjentatt stress på strukturelle materialer ble gjort av August avslutet i 1860-18701. For disse testene, var han bruker torsjon, bøying og aksial lasting moduser. Avslutet laget mange unike tretthet testing maskiner, men ulempen var lav drift hastighet, for eksempel raskest roterende bøying maskinen drives på 72 rpm (1,2 Hz), dermed gjennomføringen av eksperimentelle programmet tok 12 år1. Etter utfører disse testene, var det ansett som at etter å ha nådd en lasting amplituden som materiale tåler 107 sykluser, tretthet nedbrytning er ubetydelig og materialet tåler et uendelig antall lasting sykluser. Denne lasting amplituden het "tretthet limit" og ble det viktigste parameteren i industriell design for mange år2,3.

Videre utvikling av nye industrielle maskiner som krevde høyere effektivitet og kostnadsbesparelser, hadde å gi mulighet for høyere lasting, operasjon raskere, høyere varighet og høy pålitelighet med lave vedlikeholdskrav. For eksempel komponenter av høyhastighets tog Shinkanzen, etter 10 år, måtte tåle ca 109 sykluser og svikt i viktigste komponenten kan ha fatale konsekvenser4. Videre komponenter jetmotoren opererer ofte på 12 000 rpm, og komponentene i turbo blåsere overstiger ofte 17 000 rpm. De høye operasjonen hastigheter økte krav til trøtthet livet testing i såkalte ultrahøy gjentakelsesområdet og vurdere om tretthet styrken av et materiale kan virkelig anses konstant for mer enn 10 millioner sykluser. Etter de første testene utføres ved å overskride denne utholdenhet, var det tydelig at tretthet feil kan oppstå selv om anvendt stress amplituder lavere enn den tretthet, etter flere sykluser mye mer enn 107, og som skader og manglende mekanismen kan være forskjellig fra vanlig de5.

Opprette et tretthet testprogram rettet undersøker ultrahøy gjentakelsesområdet må utviklingen av nye testing enheter til sterkt øke lessing frekvensen. Et symposium fokusert på dette emnet ble holdt i Paris i juni 1998, der eksperimentelle resultatene ble presentert som ble oppnådd ved Stanzl-Tschegg-6 og Bathias7 på 20 kHz lasting frekvenser, av Ritchie8 med bruk av 1 kHz lukket sløyfe servo-hydraulisk tester maskinen, og av Davidson8 med en 1,5 kHz magneto-strictive testing machine4. Fra den tiden, ble mange løsninger foreslått, men fortsatt mest vanligvis brukte maskinen for denne slags test er basert på konseptet av Manson fra 1950 og bruker frekvenser nær 20 kHz9. Disse maskinene viser en god balanse mellom belastning rate, besluttsomhet nøyaktigheten av antall sykluser, og tidspunktet for tretthet testen (1010 sykluser er oppnådd i ca 6 dager). Andre enheter kunne levere enda høyere lasting frekvenser, som brukes av Girald i 1959-92 kHz og Kikukawa i 1965-199 kHz; men brukes disse sjelden fordi de skaper svært høye deformasjon priser, og siden testen varer bare få minutter, en bemerkelsesverdig feil i den periodiske tellingen forventes. En annen viktig faktor som begrenser lasting frekvensen av resonans enheter for tretthet testing er størrelsen på prøven, som har direkte sammenheng med resonans frekvensen. Jo større forespurte lasting frekvensen, mindre prøven. Dette er grunnen til hvorfor frekvenser over 40 kHz er sjeldent brukte10.

Siden forskyvning amplituden er vanligvis begrenset innen intervallet mellom 3 og 80 µm, ultralyd tretthet testing kan være vellykket anvendt på mest metalliske materialer, skjønt teknikker for testing av polymere materialer som PMMA11 og sammensetninger12 ble også utviklet. Vanligvis ultralyd tretthet testing er mulig å utføre i moduser av aksial lasting: strekk - komprimering symmetrisk syklus13,14, spenning - spenning syklus15, tre-punkts bøying15, og det er også noen studier med spesielle modifikasjoner av systemet for torsjon15,16 og biaxial bøying17. Det er ikke mulig å bruke vilkårlig prøver, fordi denne metoden, geometri er strengt knyttet til å oppnå resonans frekvensen av 20 kHz. For aksial lasting, har flere typer eksemplarer blitt vanlig, vanligvis med en time-glass figur med måle lengden diameter fra 3 til 5 mm. Tre-punkts bøying, tynne ark brukes ofte og for andre spesielle typer prøver er utformet, i henhold til hvilken metode og teste betingelser. Metoden ble utviklet for evaluering av tretthet livet i høy og ultrahøy gjentakelsesområdet, og dette betyr at på 20 kHz lasting, hentes en million sykluser i 50 s; Derfor regnes dette vanligvis nedre grensen på lasting sykluser som kan undersøkes med rimelig nøyaktighet, med hensyn til antall syklus besluttsomhet. Hver prøven har å bli harmonisert med ultralyd Hornet ved å endre prøvens masse for å gi riktig resonans frekvensen av systemet: ultralyd horn med prøven.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Merk: Hver prøven geometri har valgt og beregnet etter de mekaniske og fysiske egenskapene av testet, slik at den har en identisk resonansfrekvens som ultralyd testsystem.

1. fastsettelse av tretthet Test prøven dimensjoner

Merk: Standard "timeglass" spenning-komprimering prøven geometri, med definerte hovedmål, er vist i figur 1. Dimensjoner d, D, og r er brukerdefinerte (independent), mens l og L dimensjoner må beregnes i henhold til betingelsene til riktig resonans frekvensen (avhengig av). Måle lengden l kan resultater fra geometri forholdet mellom d, r og D, og beregnes lett eller hentes fra en komponentmodell; Dermed vil det ikke være et objekt for videre diskusjon.

  1. Fastsettelse av uavhengige dimensjoner
    Merk: De viktigste dimensjonene av prøven (d, D, r) velges parameterne materiale og teste forholdene.
    1. Bestemme måle diameter d etter den nødvendige mengden materiale for testing. Ved en homogen mikrostruktur med ingen interne defekter er mindre måle diameter foretrukket. Ved et materiale med betydelig intern feil (som tomrom og boltbørekonstrukjoner i støpte materialer) er en større måle diameter nødvendig. Måle diameter d er vanligvis fra 3 mm til 5 mm.
    2. Bestemme hodet diameter D etter tilgjengelige eksperimentell materiale størrelse. Brukte hodet diameter D er vanligvis fra 10 mm til 15 mm.
      Merk: Jo større D er, jo kortere hodet (L) vil bli.
  2. Bestemme gauge radius r etter nødvendige mekaniske påkjenninger fordelingen av prøven måle lengde. Jo større måle diameter r er, jo jevnere er mekanisk stress fordelingen. En brukte gauge radius er r = 20 mm eller r = 32 mm.
    Merk: Jo større r er, jo lengre prøven.
  3. Fastsettelse av avhengige dimensjoner
    1. Fastslå hvor wave K etter følgende formel9,18:
      Equation 1
      Merk: Her er den fr resonans frekvensen av ultralyd systemet (Hz), ρ er volum tetthet (kg m-3) og Ed er dynamisk modulus av elastisitet (kg m-3).
    2. Bestemme hyperbolsk tilnærming av gauge radius, i henhold til følgende formel9,19:
      Equation 2
      Merk: L er her måle lengden (m), D er hodet diameter (m) og d er måle diameter (m) (figur 1).
    3. Avgjør den effektive eksentrisiteten i henhold til følgende formel9,18:
      Equation 3
      Merk: Er her den hyperbolske tilnærmingen (m-1) bestemmes av ligningen (2) , og K er wave nummeret (-) bestemmes etter uttrykk (1).
    4. Bestemme lengden på hodet (L) i henhold til følgende formel9,18:
      Equation 4
      Merk: K er her hvor wave (-) bestemmes etter uttrykk (1) punkt 1.2.1 β er den effektive eksentrisiteten (m-1) bestemmes av ligningen (3) og l er måle lengden (m) (figur 1).

2. beregning av mekanisk Stress måle lengden på prøven

  1. Bestemme norming geometriske faktoren Equation 5 i henhold til følgende formel9,18:
    Equation 6
  2. Bestemme deformasjon amplituden ɛ i henhold til følgende formel9,18:
    Equation 7
    Merk: Her Equation 5 er den geometriske faktoren (-) og u er nødvendig forskyvning amplituden til gratis slutten av prøven (m).
  3. Bestemme den mekaniske påkjenninger amplituden σen i henhold til følgende formel9,18:
    Equation 8
    Merk: Ɛ er her deformasjon amplituden (-) bestemmes etter uttrykk (5) Ed er dynamisk modulus av elastisitet (kg m-3). Hvis beregnede mekanisk stress er for lav, er det nødvendig å øke forskyvning amplituden u (m), og omvendt.

3. produksjon av prøven maskinering drift

  1. På grunn av ulike små avvik av de maskinerte fra en ideell figur, produsere prøver med lengre hoder, vanligvis L + 0,5 mm.

4. harmonisering av resonans frekvensen av prøven med ultralyd systemet

Merk: Harmonisering er prosessen med å kompensere ulike lite avvik av virkelige prøven fra figuren ideell, beregnet å få riktig resonans frekvensen, som er i harmoni med den ultrasoniske akustisk sonotrode.

  1. Velge den riktige typen akustisk sonotrode, etter nødvendige forskyvning området, som kan gi riktig mekanisk stress i prøven.
    Merk: Hver type sonotrode er designet og kalibrert for mange forskjellige forskyvning, dermed velges den riktige sonotrode etter nødvendige forskyvning amplituden beregnet i henhold til del 2.
  2. Montere sonotrode på konverteringsprogrammet piezo-elektriske.
    1. Skru tilkobling skruen i de sentrale hullet på sonotrode til den når bunnen.
    2. Spre akustisk gel på sonotrode.
      Merk: En liten mengde gel brukes, akkurat nok til å fylle uregelmessig overflater, som forbedrer overføringen av mekanisk bølgen mellom piezo-elektriske converter og sonotrode.
    3. Skru av sonotrode på konverteringsprogrammet piezo-elektriske.
  3. Kjøre ultralyd systemet med en piezo elektrisk omformer med montert sonotrode å måle resonans frekvensen av bestemt systemet faktisk temperatur.
    1. Kjøre ultralyd testing programvare (f.eksWin20k).
    2. Velg den brukte sonotrode i rullegardinmenyen i "Modell".
    3. Angi laveste mulig forskyvning amplituden for den bestemte sonotrode i boksen "Amplitude".
    4. Klikk på "Start"-knappen.
    5. Lese faktiske resonans frekvensen av systemet i boksen "Frekvens".
    6. Klikk på "Stop" knappen.
  4. Montere prøven på slutten av sonotrode.
    1. Skru skruen tilkobling i sentrale hullet av prøven før den når bunnen.
    2. Skru å sonotrode.
  5. Kjøre ultralyd systemet med en piezo elektrisk omformer med montert sonotrode og prøve å måle resonans frekvensen av bestemt systemet faktisk temperatur.
    1. Kjøre ultralyd testing programvare.
    2. Velg sonotrode i rullegardinmenyen i "Modell".
    3. Angi laveste mulig forskyvning amplituden for den bestemte sonotrode i boksen "Amplitude".
    4. Klikk på "Start"-knappen.
    5. Lese faktiske resonans frekvensen av systemet i boksen "Frekvens".
    6. Klikk på "Stop" knappen.
  6. Når resonans frekvensen av systemet med montert prøven er lavere enn uten prøven, redusere masse prøven ved å kutte av ansiktene til de prøvehodet.
    Merk: Hvis resonans frekvensen med en montert prøven er høyere, vil det være nødvendig å redusere måle diameter d, som ville endre betingelsene for testen. Dette er grunnen til 0,5 mm legges til lengden på hodet i produksjonsprosessen.
    1. Demonter prøven fra sonotrode.
    2. Montere prøven i en dreiebenk og skru ned 0,1 mm av første leder.
    3. Montere prøven i en dreiebenk og skru ned 0,1 mm av andre hodet.
    4. Gjenta trinn 4.6 til resonans frekvensen er innenfor toleransen + 10 Hz.

5. siste montering av prøven til Sonotrode før tretthet testen

  1. Bruke akustisk gel på ansiktene oppretter tilkoblinger mellom sonotrode og prøven.
    1. Skru skruen tilkobling i sentrale hullet av prøven før den når bunnen.
    2. Spre akustisk gel på prøven.
      Merk: Bare en liten mengde akustisk gel brukes til å fylle ut uregelmessigheter på overflaten for å forbedre akustisk bølge overføring fra sonotrode til prøven.
    3. Skru å sonotrode.

6. Kjør kjølesystemet på prøven

  1. Hvis luftkjøling brukes, fokusere luft strømmen direkte på midten av måle lengden av prøven, og vente på om 20 s, så strømmen av luft saturates prøven.
  2. Hvis vannkjøling brukes, fokusere dysene på øverste leder av prøven, og Juster intensiteten etter strømmen slik vannet flyter jevnt langs måle, å unngå kavitasjon.
    Merk: Submerging prøven til vann eller olje er mulig også, men dette kan brukes bare for kort tid tester på grunn av betydelig kavitasjon effekten, som akselererer fatigue sprekk innvielsen prosessen.

7. Kjør kjølesystemet på konverteringsprogrammet Piezo-elektriske

  1. Åpne ventilen for luftstrøm og justere trykket i intervallet mellom 0,5 og 1 bar.

8. Kjør testen på nødvendige forskyvning Amplitude

  1. Kjøre ultralyd testing programvare.
  2. Velg den brukte sonotrode i rullegardinmenyen i "Modell".
  3. Angi ønskede forskyvning amplituden for den bestemte sonotrode i boksen "Amplitude".
  4. Klikk på "Start"-knappen.

9. fatigue sprekk initiering og forplantning

  1. Observere når tretthet sprekk initiering og overføring gjennom en del av tverrsnittet og systemet er flyttet ut av resonans frekvensen test naturlig avsluttes.
  2. Hvis testen ikke slutter med brudd, etter å ha nådd ønsket antall lasting sykluser, (testen er en kjøre ut) avslutte ved hjelp av "Stop" knappen i ultralyd testing programvare.

10. demontere prøven fra Sonotrode

  1. Skru av prøven fra den ultrasoniske sonotrode.

11. statisk innlasting oppsprekking av makt

  1. Bruk statisk lasting kraft til brudd resten av tverrsnittet med bruk av en statisk lasting maskin.
    Merk: Vektor og type lasting kraft for statisk brudd bør samsvare med typen tretthet lasting slik at brudd overflaten har konsekvent karakter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Trøtthet testresultater inkluderer lasting stress, antall lasting sykluser, og test oppsigelse tegnet (brudd eller gå ut) kan sees i tabell 1, der resultatene av tretthet i 50CrMo4 slukket og herdet stål tilbys. Den vanligste tolkningen av tretthet livet testresultatene er såkalte S - N plot (S - stress, N - antall sykluser), også kjent som den avslutet tomten. Avhengigheten av tretthet livet anvendt lasting stress er plottet i et diagram med historisk gitt omvendt akse, der uavhengig verdien (lasting stress) er på y -aksen og avhengige verdien (antall sykluser) er på x -aksen. Ulike typer regresjonsanalyse er anvendt19 tretthet livet resultatene og, i tilfelle en passform er lagt til i diagrammet, er det ofte kalles S - N kurve. Men var det ingen forskjell med originale handlingen, som inkluderer bare en data passform. Hvis testen slutter ikke med et brudd og avsluttes etter å ha nådd det påkrevde antallet av lasting sykluser uten skade, dette resultatet kalles en kjøre ut og i S-N plot vanligvis preget av pilen. Figur 2 viser en typisk S - N tomten av tre testet stål: Hardox 450, Strenx 700 MC og S355 J2.

I tillegg analyseres brudd overflater av de, vanligvis med bruk av skanning elektronmikroskop (SEM), der karakter av tretthet sprekk initiering og overføring er identifisert og tolket. Figur 3 viser en tretthet brudd overflate etter ultralyd tretthet testing av 50CrMo4 slukket og herdet stål. Sprekk ble initiert over et gratis prøven og deretter overført gjennom tverrsnittet til ultralyd systemet ble flyttet av resonans frekvensen (mørke området). Derfor ble resten av tverrsnittet brudd av statisk lessing opprettet lettere området på figuren. Figur 4 viser området fatigue sprekk forplantning i ekstrudert AW 7075 - T6511 aluminiumslegering. Figur 5 viser et hulrom opprettet på overflaten på grunn av submerging av prøven til avkjøling væske (destillert vann med korrosjonshindrende hemmer ved romtemperatur) for en lang tid test (flere timer). Hulrommet akselerert fatigue sprekk initiering og resultatet av denne testen kan anses som gyldig.

Figure 1
Figur 1 : Tegning av standard spenning-komprimering ultralyd tretthet test prøven. Dimensjonene er definert som følger: d -måle diameteren, D - hodet diameter, r - gauge radius, L - hodet lengde, l - måle lengde. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2 : S - N tomt Hardox 450, Strenx 700 MC og S355 J2 stålet. Kjøre ut test er markert med pil. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3 : Frakturstedet overflaten karakter av 50CrMo4 stål prøven lastet på 365 MPa og oppsprukket etter 1.97 × 10 8 lasting sykluser. Sprekken startet på gratis overflaten av prøven. Frakturstedet overflaten består av stabil fatigue sprekk forplantning (mørke området) og området ustabilt sprekk forplantning, såkalte statiske brudd (lys område). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4 : Tretthet sprekk forplantning i AW 7075 aluminiumslegering prøven lastet på 203 MPa og brudd etter 8.3 × 10 6 lasting sykluser. Sprekk overført med transcrystalline trøtthet mekanisme og bandet like karakter brudd overflaten er et resultat av sterk deformasjon teksturen etter ekstrudering av materiale i produksjonsprosessen. Pilen viser retning fatigue sprekk forplantning. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5 : Hulrom over et 50CrMo4 stål prøven når en uriktig kjøling ble brukt. Prøven ble neddykket i væsken (destillert vann med korrosjonshindrende hemmer ved romtemperatur). Hulrom akselerere fatigue sprekk innvielsen prosessen fordi de tjener som stress konsentrasjon hakk, dermed resultatet av denne tretthet test er ikke gyldig. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Prøven nr. Stress amplitude Antall lasting sykluser Resultatet
(MPa)
1 449 1,22 × 107 Brudd
2 505 4.87 × 106 Brudd
3 421 2,08 × 107 Brudd
4 449 8,50 × 106 Brudd
5 421 1,59 × 107 Brudd
6 393 8.90 × 107 Brudd
7 365 1,22 × 108 Brudd
8 337 2.39 × 108 Brudd
9 337 5.55 × 108 Brudd
10 309 7.28 × 108 Brudd
11 365 1,97 × 108 Brudd

Tabell 1: Resultatene av 50CrMo4 stål trøtthet livet analyse av ultralyd tretthet testing. Trøtthet life resultater representerer avhengigheten av antall lasting sykluser på anvendt lasting stress. Testen kan avslutte med brudd, eller ved en kjøre ut når ingen tretthet brudd oppstår etter antallet lasting sykluser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Ultralyd tretthet testing er en av få metoder som gjør testing av strukturelle materialet i ultrahøy gjentakelsesområdet. Prøven form og størrelse er imidlertid svært begrenset med hensyn til resonans frekvensen. For eksempel er testing av tynne ark i modus av aksial lasting vanligvis ikke mulig. I tillegg er testing av store prakteksemplarer vanligvis ikke mulig, fordi testing maskiner gir ikke slik makt, og det ville kreve utformingen av et spesielt ultralyd system.

Riktig design, beregning og harmonisering av prøven bør ikke undervurderes, selv om moderne ultralyd generatorer modulerer ultralyd vinke og vellykket appellerer en prøve med litt forskjellige dimensjoner. Men dette fører til et skifte i noden av ultralyd wave fra den midtre delen av måle lengden, og deretter prøven er ikke riktig lastet måle lengden. Av samme grunn må stor forsiktighet tas å sikre symmetri av testen prøven med hensyn til begge aksene.

En stor diskusjon ble holdt om sammenhengen av testresultatene utført ved høye frekvenser med innhentet på konvensjonelle testing enheter med den lave frekvensen lasting. Mange tester har vist at resultatene av den høye frekvensen tester flytende utvidet resultatene på lave frekvenser, og en del av resultatene har overlappet, når samme lasting modus ble ansett som10. Senere var det allment forstått at frekvensen av lasting er ikke parameteren bestemmer egenskapene tretthet men er deformasjon, og store deformasjoner på lav frekvens av lasting gi lignende deformasjon pr lasting med små deformasjoner på høy frekvens. Men er dette den viktigste grunnen hvorfor denne teknikken kan brukes for tester mellom høy og hovedsakelig ultrahøy gjentakelsesområdet, der deformasjon amplituder er små. En økning av operasjonen frekvenser av ulike komponenter laget denne diskusjonen mindre viktig, også, siden denne metoden gir mer lik lasting forhold enn de i til hurtigbevegelse.

Intern demping evne til testet materialet bestemmer hvor mye varme produsert under testen (intern demping er evnen til materiale å konvertere mekanisk energi til varme). I tilfelle utilstrekkelig kjøling, oppvarmet måle lengden betydelig, hurtigere oppstart av en fatigue sprekk på grunn av lavere mekaniske egenskaper av testet på høye temperaturer. Ved de fleste aluminium og magnesium legeringer er en strøm av kald luft tilstrekkelig nedkjølt prøven under testen. Materialer med høyere interne demping kapasitet som stål, nikkel og Titan legeringer brukes en strøm av flytende kjølevæske. Under kjøling med flytende kjølevæske, har kavitasjon i den midtre delen av måle lengden til unngås, fordi hulrom akselerere initiering av crack, som kan ugyldiggjøre testresultatene.

Trøtthet tester på de fleste konvensjonelle testing enhetene ende med en komplett brudd på tverrprofilen. Etter tverrsnitt av prøven reduseres av stadig voksende sprekk til et såkalt "kritisk tverrsnitt", er prøven brukket i en syklus og har en statisk brudd. Under ultralyd tester, når sprekk lengden når en kritisk lengde som skifter stivhet av systemet ut av resonans frekvensen vibrerende stopper forårsaker en naturlig oppsigelse av testen. Dette betyr at det er ikke mulig å nå det kritiske tverrsnittet, og testen slutter ikke med en full brudd, utføres senere kunstig. Siden tretthet sprekk innvielse i glatt tretthet prøver (uten en kunstig hakk) representerer mer enn 95% av antall sykluser til brudd, når så høyt antall sykluser er vurdert, er forskjellen ansett ubetydelig.

Ultralyd tretthet testing er en veldig viktig metode som tillater simulering av betingelser for rask lasting, og reduserer testing tid. I denne protokollen understreket vi de mest kritiske punkter, muligheter og begrensninger av metoden for vellykkede programmer i materielle forskning og sikkerhet bekreftelse i industrielle drift.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Vi har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Arbeidet ble støttet av prosjekter: "Forskningssenter av universitetet i Žilina - 2nd fase", ITMS 313011D 011, vitenskapelig Grant byrå i departementet for utdanning, vitenskap og sport Slovakia og slovakisk Academy of Sciences, gir nr.: 1/0045 / 17, 1/0951/17 og 1/0123/15 og slovakisk forskning og utvikling byrå nr. APVV-16-0276.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Moore, H. F., Kommers, J. B. The fatigue of metals. McGraw-Hill book company, inc. New York. 321 (1927).
  2. Nicholas, T. High Cycle Fatigue: A Mechanics of Materials Perspective. Elsevier Science. (2006).
  3. Schijve, J. Fatigue of Structures and Materials. Springer. Netherlands. (2008).
  4. Murakami, Y. Metal Fatigue: Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions. Elsevier Science. (2002).
  5. 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).
  6. Stanzl, T. Fracture mechanisms and fracture mechanics at ultrasonic frequencies. Fatigue. Fract. Eng. M. 22, (7), 567-579 (1999).
  7. Bathias, C. There is no infinite fatigue life in metallic materials. Fatigue. Fract. Eng. M. 22, (7), 559-565 (1999).
  8. Ritchie, R. O., et al. High-cycle fatigue of Ti-6Al-4V. Fatigue. Fract. Eng. M. 22, (7), 621-631 (1999).
  9. Bathias, C., Paris, P. C. Gigacycle Fatigue in Mechanical Practice. CRC Press. (2004).
  10. Bokuvka, O., et al. Ultrasonic Fatigue of Materials at Low and High Frequency Loading. 2nd, University of Zilina. Zilina. (2015).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Bathias, C. Piezoelectric fatigue testing machines and devices. Int. J. Fatigue. 28, (11), 1438-1445 (2006).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Kohout, J., Vechet, S. A new function for fatigue curves characterization and its multiple merits. Int. J. Fatigue. 23, (2), 175-183 (2001).
Ultralyd tretthet Testing i spenning-komprimering modus
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Trško, L., Nový, F., Bokůvka, O., Jambor, M. Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode. J. Vis. Exp. (133), e57007, doi:10.3791/57007 (2018).More

Trško, L., Nový, F., Bokůvka, O., Jambor, M. Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode. J. Vis. Exp. (133), e57007, doi:10.3791/57007 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter