Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Engineering

Ультразвуковой усталость, тестирование в режиме напряжение сжатия

doi: 10.3791/57007 Published: March 7, 2018

Summary

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

Abstract

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

Introduction

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

Усталость повреждения конструкционных материалов сильно связаны с индустриализацией и главным образом с использованием паровой двигатель и паровые локомотивы для железнодорожного транспорта, где были использованы много металлических компонентов, главным образом железа на базе и пришлось выдержать различные виды циклических загрузки. Один из первых тестов было сделано Альберт (Германия 1829)1 на сварные цепи для талей шахты. Частота загрузки была 10 изгибы в минуту, и максимального тесты записанные достигла 100 000 загрузки циклов1. Еще одна важная работа была проведена по Уильям Fairbairn в 1864 году. Тесты проводились на балки из кованого железа с использованием статической нагрузки, который был снят на рычаг, а затем упала вызывая вибрацию. Прогон был загружен с постепенно возрастающей нагрузки стресс амплитуды. После достижения несколько сотен тысяч циклов по различным сбой загрузки амплитуды напряжения, в конце балки после всего около пяти тысяч загрузки циклов на загрузку амплитуды две пятых предельной прочности на растяжение. Первое всеобъемлющее и систематическое изучение влияния повторяющегося стресса на конструкционных материалов было сделано в августе Вёлер в 1860-1870-1. Для этих тестов он был с помощью кручения, изгиб и осевой нагрузки режимы. Вёлер разработаны многие уникальные усталость тестирование машины, но их недостаток был низкие эксплуатационные скорости, например быстро вращающейся гибочный станок, действовали на 72/мин (1,2 Гц), таким образом завершение экспериментальной программы 12 лет1. После выполнения этих тестов, было считает, что после достижения загрузки амплитуда, в котором материал выдерживает 107 циклов, деградация усталость является незначительным и материал выдерживают неограниченное число циклов погрузки. Эта загрузка амплитуды был назван «предел усталости» и стал главным параметром в промышленный дизайн для многих лет2,3.

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

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

Так как амплитуда перемещения обычно ограничена в пределах интервала между 3 и 80 мкм, ультразвуковой Усталостные испытания может быть успешно применен на наиболее металлических материалов, хотя методы испытаний полимерных материалов, таких как ПММА11 и композиты12 были также разработаны. Как правило, ультразвуковые усталость тестирования можно выполнять в режимах осевой нагрузки: растяжение - сжатие симметричные цикла13,14, напряжение - напряжение цикла15, три точка изгиба15, и есть также несколько исследования с специальные модификации системы для кручения тестирование15,16 и двухосных изгиб17. Это не позволяет использовать произвольные образцов, потому что для этого метода, геометрия строго относящиеся к достижению резонансной частоте 20 кГц. Для осевой нагрузки, несколько типов образцов широко использовались, обычно с фигурой стойка стекла с датчика длины диаметром от 3 до 5 мм. Для трехточечном изгибе, тонкие листы широко используются и другие методы предназначены специальные виды образцов, согласно типу метода и условий тестирования. Этот метод был разработан для оценки усталости жизни в регионе высокой и сверхвысокой цикла, и это означает, что при нагружении 20 кГц, миллион циклов получается 50 s; Таким образом это обычно считается нижний предел загрузки циклов, которые могут быть исследованы с разумной точностью, в отношении числа определения цикла. Каждый образец должен быть согласован с ультразвуковой Рога путем изменения массы образца предоставлять право резонансная частота системы: ультразвуковой рога с образцом.

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

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

1. Определение размеров образца испытания усталость

Примечание: «Песочные часы» напряжение стандартное образца геометрии, с определенными основными размерами, показано на рисунке 1. Размеры d, D и r , определяемые пользователем (независимый), в то время как l и L размеры должны быть рассчитаны, согласно условий правильного резонансная частота (зависимых). Расстояние между метками l результаты только из геометрии соотношения между d, r и D и может быть легко вычислить или получить из компонентной модели; Таким образом он не будет объектом дальнейшего обсуждения.

  1. Определение размеров независимых
    Примечание: Основные размеры образца (d, D, r) выбраны согласно материальных параметров и условий теста.
    1. Определите диаметр датчика d согласно необходимый объем материала для тестирования. В случае однородной микроструктуры без внутренних дефектов меньшего диаметра датчика является предпочтительным. В случае материала с значительные внутренние дефекты (например, пустот и усадка в ролях материалы) необходим больший диаметр датчика. Диаметр датчика d обычно составляет от 3 мм до 5 мм.
    2. Определите диаметр головки D согласно имеющиеся экспериментальные размер материала. Используемые диаметр головки D обычно составляет от 10 мм до 15 мм.
      Примечание: Чем больше D , тем короче будет голову Длина (L).
  2. Определите датчика радиус r согласно распределению требуемых механических напряжений в длины образца. Чем больше диаметр датчика r , гладкой является распределение механических напряжений. Часто используемых калибровочных радиус- r = 20 мм или r = 32 мм.
    Примечание: Чем больше r , тем больше образца будет.
  3. Определение зависимых измерений
    1. Определите номер волны K согласно следующей формуле9,18:
      Equation 1
      Примечание: Здесь fr -резонансная частота ультразвуковых системы (Гц), ρ — плотность объем (кг м-3), и Ed является динамический модуль упругости (кг м-3).
    2. Определите гиперболической аппроксимации датчика радиуса, согласно следующей формуле9,19:
      Equation 2
      Примечание: Здесь l датчик Длина (м), D -диаметр головки (m), и d – Диаметр датчика (m) (рис. 1).
    3. Определите эффективные эксцентриситет согласно следующей формуле9,18:
      Equation 3
      Примечание: Здесь A является гиперболической аппроксимации (m-1) определяется по формуле (2), а K — число волны (-), определяется в соответствии с выражением (1).
    4. Определите длину головы (L) согласно следующим уравнением9,18:
      Equation 4
      Примечание: K вот волновых чисел (-) определяется в соответствии с выражением (1) в пункте 1.2.1, β-это эффективный эксцентриситет (m-1) определяется по формуле (3) и l -длина датчика (m) (рис. 1).

2. Расчет механического напряжения датчика длины образца

  1. Определить коэффициент геометрической нормирования Equation 5 согласно следующим уравнением9,18:
    Equation 6
  2. Определите ɛ амплитуда деформации согласно следующим уравнением9,18:
    Equation 7
    Примечание: Здесь Equation 5 геометрический фактор (-) и u -амплитуда необходимые перемещения свободного конца образца (m).
  3. Определение механических напряжений амплитуды σ согласно следующим уравнением9,18:
    Equation 8
    Примечание: Здесь ɛ деформации амплитуды (-) определяется в соответствии с выражением (5), и Ed является динамический модуль упругости (кг м-3). Если вычисляемый механических напряжений является слишком низким, это необходимо для увеличения амплитуды перемещения u (m) и наоборот.

3. Изготовление образца с механической обработки операций

  1. Из-за различных небольших отклонений обработанных образцов от идеальной формы изготовление образцов с больше головы, обычно L + 0,5 мм.

4. Согласование резонансной частоты образца с ультразвуковой системой

Примечание: Согласование — это процесс компенсации различные небольшие отклонения реальных образца от идеальной, рассчитанные формы, чтобы получить правильный резонансной частоты, который находится в гармонии с ультразвуковых сонотрода акустическая.

  1. Выберите соответствующий тип акустической сонотрода, согласно необходимые перемещения диапазона, который способен обеспечить надлежащее механических напряжений в в образца.
    Примечание: Каждый тип сонотрода разработан и откалиброван для ряда различных перемещений, таким образом надлежащего сонотрода выбирается в соответствии необходимые перемещения амплитуды, рассчитывается в соответствии с разделом 2.
  2. Смонтируйте сонотрода на пьезо электрической конвертер.
    1. Винт винт подключения внутри центральное отверстие сонотрода до тех пор, пока он не достигнет нижнего.
    2. Распространения акустических гель на лице сонотрода.
      Примечание: Небольшое количество геля используется, просто достаточно, чтобы заполнить нерегулярность поверхности, которая улучшает передачу механической волны между пьезоэлектрических конвертер и сонотрода.
    3. Вверните сонотрода пьезоэлектрических конвертер.
  3. Запустите ультразвуковой системы с пьезо электрические конвертер с подключенного сонотрода для измерения резонансной частоты конкретной системы при фактической температуре.
    1. Запустите ультразвуковой тестирования программного обеспечения (например, Win20k).
    2. Выберите тип используемых сонотрода в раскрывающемся меню в поле «Модель».
    3. Самые низкие возможные перемещения амплитуды для конкретного сонотрода введите в поле «Амплитуда».
    4. Нажмите кнопку «Пуск».
    5. Читайте фактическое резонансная частота системы в поле «Частота».
    6. Нажмите кнопку «Стоп».
  4. Установите образец в конце сонотрода.
    1. Винт винт подключения в центральное отверстие образца до тех пор, пока он не достигнет нижнего.
    2. Винт образца сонотрода.
  5. Запустите ультразвуковой системы с пьезо электрические конвертер с подключенного сонотрода и образцы для измерения резонансной частоты конкретной системы при фактической температуре.
    1. Запустите ультразвуковой тестирования программного обеспечения.
    2. Выберите тип сонотрода, используемых в раскрывающемся меню в поле «Модель».
    3. Самые низкие возможные перемещения амплитуды для конкретного сонотрода введите в поле «Амплитуда».
    4. Нажмите кнопку «Пуск».
    5. Читайте фактическое резонансная частота системы в поле «Частота».
    6. Нажмите кнопку «Стоп».
  6. Когда резонансная частота системы с установлен образец ниже, чем без образца, уменьшить массу образца, отрезав лица образец головы.
    Примечание: Если резонансная частота с подключенного образец выше, было бы необходимо уменьшить датчика диаметром d, который будет изменить условия теста. Это причина, по которой добавляется 0,5 мм Длина головы в производственном процессе.
    1. Демонтируйте образца от сонотрода.
    2. Смонтировать образца в токарном станке и поверните вниз 0,1 мм лица первого руководителя.
    3. Смонтировать образца в токарном станке и поверните вниз 0,1 мм лица второй главы.
    4. Повторите шаг 4.6 до частоты резонанса в пределах допуска ± 10 Гц.

5. Окончательный монтаж образца для сонотрода до испытания на усталость

  1. Примените акустические гель на лицах для создания соединения между сонотрода и образца.
    1. Винт винт подключения в центральное отверстие образца до тех пор, пока он не достигнет нижнего.
    2. Распространения акустических гель на лицевой стороне образца.
      Примечание: Просто небольшое количество акустических геля используется для заполнения неровностей на поверхности для улучшения передачи акустических волн от сонотрода образца.
    3. Винт образца сонотрода.

6. Запустите систему охлаждения для образца

  1. Если используется охлаждение воздуха, сосредоточиться поток воздуха прямо на середине длины образца и ждать около 20 сек, поэтому поток потока воздуха насыщает образца.
  2. Если используется водяного охлаждения, фокус водяные сопла на Топ глав образца и отрегулировать интенсивность потока, так что вода течет гладко вдоль длины, чтобы избежать кавитации.
    Примечание: Погружаясь в воду или масло образца Возможен также, однако может использоваться только на короткое время испытаний из-за значительных Кавитационный эффект, который ускоряет процесс инициации трещины усталости.

7. Запуск системы охлаждения Piezo электрического преобразователя

  1. Открыть клапан воздушный поток и отрегулировать давление в интервале между 0,5 и 1 бар.

8. Запустите тест на необходимые перемещения амплитуда

  1. Запустите ультразвуковой тестирования программного обеспечения.
  2. Выберите тип используемых сонотрода в раскрывающемся меню в поле «Модель».
  3. Введите запрошенные перемещения амплитуды для конкретного сонотрода в поле «Амплитуда».
  4. Нажмите кнопку «Пуск».

9. усталостных трещин и распространение

  1. Обратите внимание, что после того, как усталость трещины посвящения и распространения через часть поперечного сечения, системы смещается из резонансной частоты и тест естественно прекращается.
  2. Если тест не заканчивается с переломом, после достижения запрошенное количество циклов, загрузки (тест это биение) прекратить, используя кнопку «Стоп» в ультразвуковой тестирования программного обеспечения.

10. Демонтируйте образца от сонотрода

  1. Отвинтить образца от ультразвуковых сонотрода.

11. статические загрузки силы ГРП

  1. Используйте силу статической нагрузки для разрушения остальной части поперечного сечения с использованием статической нагрузки машины.
    Примечание: Вектор и тип загрузки силы для статических перелом должен соответствовать с типом усталости, загрузки, так что перелом поверхность имеет последовательный характер.

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

Результаты тестирования усталости включают загрузку стресс, количество циклов, загрузки и символ завершения теста (перелом или биение) можно увидеть в таблице 1, где результаты усталость жизни 50CrMo4 закаленной и отпущенной стали предоставляются. Наиболее распространенные интерпретация результатов тестирования усталости жизни является так называемый S - N участок (S - стресс, N - количество циклов), также известный как Вёлер участок. Зависимость от усталости жизни стресс прикладной загрузки отображается в схеме с исторически данной Перевернутый оси, где независимые (Загрузка стресс) значение по оси y и значение зависимой (количество циклов) находится на оси x . Различные типы регрессионного анализа, прикладной19 на результаты жизни усталость, и, в случае, если к диаграмме добавляется fit, это обычно называется S - кривой N. Однако нет никакой разницы с оригинальный сюжет, который включает в себя только данные нужным. Если тест не заканчивается с переломом, и прекращается после достижения требуемое количество загрузки циклов без ущерба, этот результат называется run-out и в S-N сюжет обычно отмечены стрелкой. На рисунке 2 показан типичный S - участок N три испытания сталей: Hardox 450, Strenx 700 MC и стали S355 J2.

Кроме того разрушение поверхности образцов анализируются, обычно с использованием растровая электронная микроскопия (SEM), где характер усталость трещины посвящения и распространения определены и толковаться. Рисунок 3 показывает поверхности перелома усталость после ультразвуковой усталость тестирование 50CrMo4 из закаленной и отпущенной стали. Трещина была начата на свободной поверхности образца и затем распространяются через поперечное сечение до тех пор, пока ультразвуковая система была перенесена из резонансной частоты (темные области). Следовательно остальная часть поперечного сечения была сломана, статические нагрузки, созданной области светлее на вершине фигуры. Рисунок 4 показывает область распространения усталостной трещины в экструдированные AW 7075 - T6511 алюминиевого сплава. Рисунок 5 показывает полости, созданный на поверхности вследствие погружаясь образца в охлаждающей жидкости (дистиллированной воды с антикоррозионные ингибиторы при комнатной температуре) для длительного теста (несколько часов). Полость ускоренного усталость трещин и результат этого теста не может рассматриваться как действительные.

Figure 1
Рисунок 1 : Рисование образца испытания ультразвуковой усталость стандартное напряжение сжатие. Размеры определяются следующим образом: d -датчик диаметр, D - диаметр головки, r - радиус колеи, L - Длина головы, l - длина датчика. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2 : S - Участок N из стали Hardox 450, Strenx 700 MC и S355 J2. Биение тест помечается стрелкой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3 : Характер разрушения поверхности 50CrMo4 стали образца загружается на 365 МПа и трещиноватых после 1,97 × 10 8 Загрузка циклов. Перелом, начатый на свободной поверхности образца. Перелом поверхность состоит из области распространения стабильной усталостной трещины (темные области) и области распространения нестабильности трещины, так называемые статические перелом (светлую область). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4 : Площадь распространения усталостной трещины в AW 7075 образца алюминиевого сплава, погруженных в 203 МПа и трещиноватых после 8,3 × 10 6 Загрузка циклов. Трещины распространяются с механизмом транскристаллитного усталость и группа вид характер разрушения поверхности является результатом сильной деформации текстуры после выдавливания материала в процессе производства. Стрелка показывает направление распространения усталостной трещины. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 5
Рисунок 5 : Полости на поверхности 50CrMo4 стали образца при использовании неправильного процесс охлаждения. Образец был погружен в жидкость (дистиллированной воды с антикоррозионные ингибиторы при комнатной температуре). Полостей ускорить процесс инициации трещины усталости потому, что они служат подчеркнуть концентрации вырезами, таким образом в результате этого испытания не является допустимым. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Образец № Амплитуда напряжения Число циклов погрузки Результат
(МПа)
1 449 1.22 × 10-7 Перелом
2 505 4.87 × 106 Перелом
3 421 2.08 × 10-7 Перелом
4 449 8.50 × 106 Перелом
5 421 1,59 × 10-7 Перелом
6 393 8.90 × 10-7 Перелом
7 365 1.22 × 108 Перелом
8 337 2.39 × 108 Перелом
9 337 5.55 × 108 Перелом
10 309 7.28 × 108 Перелом
11 365 1.97 × 108 Перелом

Таблица 1: Результаты стали 50CrMo4 усталость анализ жизни путем тестирования ультразвуковой усталость. Усталость жизни результаты представляют собой зависимость числа циклов погрузки на стресс прикладной загрузки. Тест может закончиться с переломом, или биения, когда не перелом усталости происходит после запрошенное количество циклов погрузки.

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

Ультразвуковой усталость тестирование является одним из немногих методов, которые позволяет тестирование конструкционных материалов в регионе ультра-высокой цикла. Однако образец форма и размер весьма ограничены относительно резонансной частоты. Например тестирование тонких листов в режиме осевой нагрузки вообще не возможно. Кроме того тестирование больших образцов обычно не возможно, потому что испытательных машин не предоставляют такую власть, и это потребует разработки специальной ультразвуковой системы.

Правильное проектирование, расчет и согласование образца не следует недооценивать, даже тогда, когда современные ультразвуковые генераторы способны модулировать ультразвуковых волн и успешно резонировать образца с немного различных размеров. Однако это вызывает смещение узла ультразвуковой волны от средней части длины, и затем образец не загружается корректно в длины. По той же причине большое внимание должно быть приняты для обеспечения симметрии испытываемого образца по обеим осям.

Большая дискуссия была проведена о корреляции результатов испытаний, выполненных на высоких частотах с данными, полученными на обычных тестирования устройств с низкой частотой загрузки. Многие тесты показали, что результаты высокой частоты испытаний свободно расширенные результаты, полученные на низких частотах, а также часть результатов перекрываться, когда тот же режим загрузки считался10. Позже было понятно, что частота загрузки не является параметром, определение свойств, усталость, но скорость деформации, и больших деформаций низкой частотой загрузки предоставляют аналогичные тарифы деформации как загрузка с малыми деформации на высокой частоте. Однако это основная причина, почему этот метод может использоваться для испытаний в диапазоне высокой и главным образом ультра-высокой цикличного региона, где амплитуд деформаций являются небольшими. Увеличение частоты работы различных компонентов сделал это обсуждение менее важно, в также, так как этот метод обеспечивает более аналогичные условия нагрузки чем в высокоскоростной операции.

Внутреннего демпфирования способность проверенных материалов определяет количество тепла в ходе испытания (внутреннего демпфирования является способность материала для преобразования механической энергии в тепло). В случае недостаточного охлаждения, контрольными значительно нагревается, который ускоряет начало усталостной трещины из-за нижней механических свойств материалов, протестированных при повышенных температурах. В случае большинства алюминиевых и магниевых сплавов поток холодного воздуха достаточно для охлаждения образца в ходе испытания. Для материалов с большей емкостью внутреннего демпфирования как сталь, никелевые и титановые сплавы используется поток охлаждающей жидкости. Во время охлаждения с охлаждающей жидкости, кавитации в средней части длины имеет следует избегать, потому что полостей ускорить начало трещина, которая может сделать недействительными результаты испытаний.

Усталостные испытания на большинстве обычных окончания тестирования устройств с полным перелом поперечного сечения. После поперечного сечения образца уменьшается на постоянно растущий трещины к так называемой «критического сечения», образец то перелом в одном цикле и имеет характер перелома статический. В процессе ультразвуковой тестирования, когда длина трещины достигает критической длины, которая переносит жесткость системы из частоты резонанса, вибрирующие останавливается, вызывая естественным прекращение теста. Это означает, что невозможно достичь критического сечения и тест не заканчивается с полной перелом, который позже производится искусственно. Так как усталость трещины посвящения в гладкой усталость образцов (без искусственного паз) представляет более чем 95% от числа циклов для разрушения, когда такое большое количество циклов считается, разница считается незначительным.

Ультразвуковой усталость тестирование является очень важным метод, который позволяет моделирование условий высокоскоростной загрузки и уменьшает время тестирования. В этом протоколе мы выделили наиболее критических точек, возможности и ограничения метода для успешного применения материалов научных исследований и безопасности проверки в промышленную эксплуатацию.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

У нас есть ничего не разглашать.

Acknowledgments

Работа была поддержана проектов: «Исследовательский центр университета Žilina - 2-й фазы», ITMS 313011D 011, науки гранта Агентства министерства образования, науки и спорта Словацкой Республики и Словацкой академии наук, предоставляет №: 1/0045 / 17, 1/0951/17 и 1/0123/15 и словацкий агентство исследованиям и развитию, Грант № 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).
Ультразвуковой усталость, тестирование в режиме напряжение сжатия
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