Изпитване на умора при аксиално натоварване с ултразвукови вибрации при 20 kHz

Осевото изпитване на умора е основен елемент от науката за материалите и машиностроенето, предназначен да оцени поведението на материалите и конструктивните елементи при повтарящо се циклично натоварване. Чрез подлагането на образците на непрекъснати опънни и натискови напрежения инженерите могат да определят границите на умора, да прогнозират експлоатационния срок и да идентифицират механизмите на разрушаване. Традиционните машини за изпитване на умора обикновено работят при честоти между 10 и 400 Hz. Въпреки че са ефективни за стандартни изпитвания на умора с висок брой цикли, тези конвенционални системи отнемат много време при характеризиране на режима на умора с много висок брой цикли (VHCF), който включва експлоатационен живот, надвишаващ 10⁷ до 10⁹ цикъла.

Изпитайте издръжливостта на материала при 20 kHz!

Изпитването на умора чрез ултразвукови вибрации е предназначено за изследователи в областта на материалите, изпитвателни лаборатории и инженерни екипи, които трябва да оценяват метали, сплави, съединения и съвременни материали с дебелина над (10⁷) цикли на натоварване – без дългите цикли на работа, характерни за конвенционалните машини за изпитване на умора.
 
Идеален за аерокосмическата, автомобилната, енергийната и производствената промишленост, както и за академични изследвания&D приложения, при които бързите и повторяеми аксиални изпитвания на умора подпомагат разработването на материали, оценката на дълготрайността и анализа на повреди.
 
При използване на източник на възбуждане с честота 20 kHz теоретично могат да се натрупат един милиард цикъла за приблизително 14 часа непрекъсната работа.

Ултразвуково изпитване за умора (UFT)

За да се преодолеят времевите ограничения на конвенционалните методи, ултразвуковото изпитване на умора се превърна в незаменима техника за бързо определяне на характеристиките на материалите. Работейки при резонансна честота от 20 kHz, ултразвуковите системи ускоряват цикличното натоварване с коефициент от 50 до 2 000 в сравнение с традиционните машини. Това драстично увеличение на честотата съкращава продължителността на изпитването от няколко месеца до само няколко дни или часа, което позволява бързото изготвяне на пълни криви на напрежение-живот (S-N) и улеснява изследването на поведението при VHCF в метали, сплави и съвременни композитни материали.

Образец във формата на „кучешка кост“ за аксиално изпитване на умора чрез ултразвуково въздействие

Устройството за ултразвукова обработка UIP1000hdT: Принцип на действие и управление

Hielscher UIP1000hdT е високопроизводителен ултразвуков процесор, широко използван за прецизно изпитване на материали. В основата си системата използва пиезоелектрически преобразуватели, които преобразуват високочестотни електрически сигнали в механични вибрации. Когато е конфигуриран за аксиално изпитване на умора, UIP1000hdT се съчетава с усилвател и рог, които усилват тези вибрации и ги предават към изпитвания образец.
Основните експлоатационни характеристики включват:

• Резонансна честота 20 kHz: Системата работи на стандартна ултразвукова честота, която ефективно предава аксиални вълни на напрежение през стандартни геометрии на образци за изпитване на умора.
• Доставка с контролирана амплитуда: UIP1000hdT осигурява прецизен контрол на амплитудата, който обикновено се регулира с точност до микрометри. Това позволява на изследователите да задават точни нива на напрежение, съответстващи на конкретни целеви стойности на деформацията или натоварването.
• Обратна връзка в затворен контур: Съвременните системи включват сензори за измерение на преместването (като лазерни доплерови виброметри или тензодатчици), които подават данни в реално време към контролера на ултразвуковия апарат. Тази верига за обратна връзка динамично регулира входната мощност, за да поддържа постоянна амплитуда, като компенсира промените в твърдостта на пробата, температурата или условията на закрепване.

Конфигурацията, базирана на UIP1000hdT, може да осигури компактна платформа за ускорени аксиални изпитвания на умора в режими с висок и много висок брой цикли. Тъй като надеждността на резултатите зависи не само от ултразвуковите вибрации, но и от резонансния дизайн на пробата, точното калибриране на амплитудата спрямо напрежението, контрола на температурата и непрекъснатото наблюдение на цялата вибрационна система, Hielscher ви подпомага при проектирането на конфигурацията и произвежда приспособления за проби по поръчка.

Какво трябва да имате предвид при изпитването на якостта на материалите чрез вибрационни методи

Прилагането на ултразвукова система с честота 20 kHz, като например UIP1000hdT, за аксиални изпитвания на умора изисква да се обърне специално внимание на няколко експериментални фактора:

1. Дизайн на образеца: За да се постигне резонанс при 20 kHz, образците обикновено се изработват с форма на пясъчен часовник или „кучешка кост“. Тези форми концентрират напрежението в тесен участък от профила, като същевременно съответстват на акустичната дължина на вълната на ултразвуковия вълновод.
2. Управление на топлината: Високочестотните цикли генерират значителна вътрешна топлина в резултат на хистерезиса на материала и триенето. Неконтролираното повишаване на температурата може да промени свойствата на материала или да доведе до термично омекване. Ефективните системи за охлаждане, като насочен сгъстен въздух или охлаждащи кожуси с течност, са от съществено значение за поддържането на пробите в условия, близки до околните.
3. Проектиране на ориентация и приспособления: Точното аксиално центриране е от решаващо значение за избягване на възникването на паразитни огъващи моменти. Специално изработените приспособления трябва да гарантират, че ултразвуковият рог предава чисти аксиални вълни директно в пробата, като по този начин се запазва целостта на данните.
4. Откриване на неизправности: При 20 kHz счупването на пробата води до рязко изменение на резонансната честота и амплитудата. Системите за мониторинг проследяват тези промени в реално време, за да спрат автоматично изпитването и да запишат точния брой цикли в момента на разрушаване.

Ускорете изпитванията за износване с уреда за ултразвукова обработка Sonicator UIP1000hdT

Ултразвуковото изпитване на умора с помощта на ултразвуковия генератор UIP1000hdT представлява изключително ефективна и прецизна методология за оценка на якостта на материала при вибрации. Чрез прилагането на контролирани аксиални вибрации с честота 20 kHz изследователите могат бързо да определят характеристиките на материала при умора.