Aksiaalne väsimuskatse 20 kHz sagedusega ultraheli vibratsiooniga

Aksiaalne väsimuskatse on materjaliteaduse ja masinaehituse nurgakivi, mille eesmärk on hinnata, kuidas materjalid ja konstruktsioonielemendid käituvad korduva tsüklilise koormuse all. Allutades proove pidevatele tõmbe- ja surujõududele, saavad insenerid määrata kindlaks väsimuspiirid, ennustada kasutusiga ja tuvastada purunemismehhanisme. Traditsioonilised väsimuskatseaparaadid töötavad tavaliselt sagedusalas 10–400 Hz. Kuigi need tavapärased süsteemid on tõhusad standardse kõrgsagedusliku väsimuskatse puhul, muutuvad need väga aeganõudvaks väga kõrgsagedusliku väsimuskatse (VHCF) režiimi iseloomustamisel, mis hõlmab kasutusiga üle 10⁷ kuni 10⁹ tsüklit.

Materjali vastupidavuse katsetamine sagedusel 20 kHz!

Ultraheli-vibratsioonil põhinev väsimuskatse on mõeldud materjaliteadlastele, katselaboritele ja insenerimeeskondadele, kes peavad hindama metalle, sulameid, ühendusi ja uuenduslikke materjale, mille paksus ületab (10⁷) koormustsüklid – ilma tavapäraste väsituskatseaparaatide pikkade katsetusaegadeta.
 
Ideaalne lennundus- ja kosmosetööstusele, autotööstusele, energeetikale, töötlevale tööstusele ja akadeemilisele teadustööle&D-rakendused, kus kiired ja korratavad teljelised väsimuskatseid toetavad materjalide arendamist, vastupidavuse hindamist ja rikkeanalüüsi.
 
20 kHz ergutusallika kasutamisel on teoreetiliselt võimalik koguda miljard tsüklit umbes 14 tunni jooksul pideva töö käigus.

Ultrahelipõhine väsimuskatse (UFT)

Tavapäraste meetodite ajaliste piirangute ületamiseks on ultrahelipõhine väsimuskatse muutunud asendamatuks meetodiks materjalide kiireks iseloomustamiseks. 20 kHz resonantssagedusel töötavad ultrahelisüsteemid kiirendavad tsüklilist koormamist 50–2 000 korda võrreldes traditsiooniliste seadmetega. Selline sageduse märkimisväärne suurenemine lühendab katsetamise kestust mitmest kuust vaid mõne päeva või tunnini, võimaldades kiiresti koostada täielikke pinget-eluea (S-N) kõveraid ning hõlbustades VHCF-käitumise uurimist metallides, sulamites ja kõrgtehnoloogilistes komposiitides.

Sonikatsiooni abil telje suunalise väsimuskatse läbiviimiseks mõeldud koeraluu-kujuline proov

UIP1000hdT sonikaator: tööpõhimõte ja juhtimine

Hielscher UIP1000hdT on suure jõudlusega ultrahelikäsitlusseade, mida kasutatakse laialdaselt materjalide täppiskatsetamiseks. Süsteemi südamikuks on piesoelektrilised andurid, mis muudavad kõrgsageduslikud elektrilised signaalid mehaanilisteks vibratsioonideks. Aksiaalsete väsimuskatseks konfigureerimisel ühendatakse UIP1000hdT võimendaja ja sarvekomplektiga, mis võimendab neid vibratsioone ja suunab need katsekehale.
Peamised tööparameetrid on järgmised:

• 20 kHz resonantssagedus: Süsteem töötab standardsel ultrahelisagedusel, mis suunab tõhusalt teljelisi pingelaineid läbi standardse väsimuskatsekeha geomeetria.
• Reguleeritava amplituudiga edastamine: Seade UIP1000hdT võimaldab täpset amplituudi reguleerimist, mida saab tavaliselt mikromeetrite täpsusega seadistada. See võimaldab teadlastel määrata kindlate deformatsiooni- või koormuseesmärkidega vastavuses olevaid täpseid pingetasemeid.
• Suletud ahela tagasiside: Kaasaegsetes seadmetes on integreeritud nihkeandurid (nagu laser-Doppleri vibromeetrid või deformatsioonimõõturid), mis edastavad reaalajas andmeid sonikaatori juhtseadmele. See tagasisideahel reguleerib dünaamiliselt sisendvõimsust, et säilitada konstantne amplituud, kompenseerides proovi jäikuse, temperatuuri või kinnitustingimuste muutusi.

UIP1000hdT-põhine seadmestik pakub kompaktset platvormi kiirendatud telgsuunaliste väsimuskatse läbiviimiseks suure ja väga suure tsüklisagedusega režiimides. Kuna usaldusväärsed tulemused sõltuvad mitte ainult ultrahelivibratsioonist, vaid ka proovi resonantskonstruktsioonist, amplituudi ja pingetäpsest kalibreerimisest, temperatuuri reguleerimisest ning kogu vibratsioonisüsteemi pidevast seirest, aitab Hielscher teid seadme projekteerimisel ja valmistab teile kohandatud proovikinnitusi.

Mida tuleks arvesse võtta materjalide tugevuse vibratsioonikatsetamisel

20 kHz ultrahelisüsteemi (nt UIP1000hdT) kasutuselevõtmisel teljelise väsimuskatse läbiviimiseks tuleb pöörata erilist tähelepanu mitmele katsetingimusele:

1. Näidise kujundus: 20 kHz resonantsi saavutamiseks töödeldakse proovid tavaliselt liivakella- või koerakont-kujuliseks. Need kujud koondavad pinget kitsasse ristlõikesse, sobides samal ajal ultraheli lainejuhi akustilise lainepikkusega.
2. Soojusjuhtimine: Kõrgsageduslik tsükliline koormus tekitab materjali hüstereesi ja hõõrdumise tõttu märkimisväärset sisemist soojust. Kontrollimatu temperatuuri tõus võib muuta materjali omadusi või põhjustada termilist pehmenemist. Tõhusad jahutussüsteemid, nagu suunatud suruõhk või vedelikuga jahutusmantlid, on hädavajalikud, et hoida proove ümbritseva keskkonna tingimuste lähedastes tingimustes.
3. Joondamine ja kinnitusdetailide projekteerimine: Täpne telgjoondus on äärmiselt oluline, et vältida parasiitsete paindemomentide tekkimist. Spetsiaalselt valmistatud kinnitusseadmed peavad tagama, et ultraheli-sarv edastab puhtad teljelised lained otse proovi, säilitades andmete terviklikkuse.
4. Rikke tuvastamine: Sagedusel 20 kHz põhjustab proovi murdumine resonantssageduse ja amplituudi järsu muutuse. Seiresüsteemid jälgivad neid muutusi reaalajas, et katse automaatselt peatada ja registreerida murdumise hetkel täpne tsüklite arv.

Kiirendage väsimuskatseid ultrasonikaatoriga UIP1000hdT

UIP1000hdT ultraheliseadme abil läbiviidav ultraheliline väsimuskatse on väga tõhus ja täpne meetod materjali vibratsioonitugevuse hindamiseks. Rakendades kontrollitud 20 kHz telgvibratsioone, saavad teadlased kiiresti kindlaks teha materjali väsimusomadused.