ما هو الكلال؟
اختبار التعب هو اختبار يتم فيه تطبيق ضغوط متكررة أقل من القوة الثابتة على العينة بينما يتم تحديد عدد دورات الفشل. يتم عرض النتائج على شكل منحنى دورة الإجهاد (SN).
الغرض من الكلال
والغرض من ذلك هو التنبؤ بعمر الأجزاء التي تعمل تحت الحمل المتكرر وتحديد حد قوة الكلال للتصميم.
على أي منتجات يُطبَّق الكلال؟
- مهاوي والمحاور ومكونات نظام الدفع
- الينابيع والسحابات
- المفاصل الهيكلية الملحومة
- مكونات الطيران والسيارات
- أوعية الضغط والأنابيب
في أي قطاعات يُستخدم الكلال؟
المواصفات المتعلقة بـ الكلال
- ISO 1099
- ISO 1143
- أستم E466
- أستم E606
- ISO 12107
شروط الكلال
- نوع التحميل
- التوتر المحوري - الضغط أو الانحناء الدوار أو الالتواء
- نسبة الإجهاد
- R = σmin/σmax؛ المحددة في المواصفات
- تكرار
- تم اختياره بحيث يمنع التسخين؛ عادة 5-100 هرتز
- الإنهاء
- الكسر، أو الوصول إلى العدد المحدد من الدورات (على سبيل المثال 10⁷)
جهاز الكلال
- آلة التعب الهيدروليكية أو الرنينية
- آلة التعب الدوارة والانحناء
- عداد الدورة والإغلاق التلقائي
- مراقبة درجة الحرارة
متطلبات العينة لـ الكلال
- يجب تشكيل سطح العينة بالخشونة المحددة في المعيار
- يجب أن يكون السطح خاليًا من العيوب إذا لم يكن المقصود حدوث أي قطع أو انقطاع
- العينات عند مستويات الإجهاد المتعددة مطلوبة لمنحنى SN
- يوصى بثلاث عينات على الأقل لكل مستوى
مدة الكلال
هذا اختبار طويل الأمد. يمكن أن يستغرق اختبار الدورة 10⁷ من عدة أيام إلى عدة أسابيع، حسب التردد.
إجراء الكلال
- 1يتم تشكيل العينات وقياس أبعادها.
- 2يتم تحديد مستويات الإجهاد ونسبة الإجهاد.
- 3يتم تركيب العينة بشكل محوري في الجهاز.
- 4يبدأ التحميل المتكرر بالتردد المحدد.
- 5يستمر التحميل في الكسر أو دورة الإنهاء.
- 6يتم تسجيل عدد الدورات لكل مستوى ويتم رسم منحنى SN.
معايير قبول الكلال
يتم تحديد معيار القبول في المواصفات كحد أدنى لعدد الدورات عند مستوى إجهاد محدد، أو الحد الأدنى من قوة الكلال.
تقييم النتائج
يتم تقييم منحنى S-N والتشتت معًا. يمكن أن يؤدي الكسر في القبضة أو عند انقطاعها إلى إبطال النتيجة؛ يتم فحص سطح الكسر لتحديد نقطة البداية.
تقرير الكلال
- المعيار المطبق ونوع التحميل
- مستويات التوتر ونسبة التوتر
- التردد والظروف المحيطة
- عدد الدورات لكل عينة
- منحنى SN وتقييم سطح الكسر
الاعتماد
حصلت EUROLAB على اعتماد معترف به دوليًا تم الحصول عليه من هيئات الاعتماد الأطراف في ترتيبات الاعتراف المتعددة الأطراف IAF وILAC، بموجب ISO/IEC 17025 للاختبارات المعملية، وISO/IEC 17020 للتفتيش والمراقبة، وISO/IEC 17021-1 وISO/IEC 17065 لشهادة النظام والمنتجات. تضمن هذه السلسلة قبول التقارير والشهادات الصادرة في جميع أنحاء العالم.
تعتمد إمكانية تقديم هذا الاختبار ضمن النطاق المعتمد على منتجك والمعيار المطبق؛ وبما أن الاعتماد يعتمد على الطريقة، يتم تأكيد النطاق كتابيًا في مرحلة عرض الأسعار.
النطاق والتفويضاتاللوائح ذات الصلة
- مواصفات مكونات الطيران والسيارات
- معايير تصميم أوعية الضغط
Mekanik Testler — ما الذي يغطيه مجال الاختبار هذا؟
يصف القسم أدناه المجال الذي ينتمي إليه اختبار الكلال؛ أما شروط ومعايير قبول هذا الاختبار تحديدًا فترد في الأقسام أعلاه. يتم تأكيد النطاق الخاص بمنتجكم كتابيًا في مرحلة العرض السعري.
تقيس الاختبارات الميكانيكية كيفية تصرف مادة أو قطعة تحت القوة. وتمتد العائلة من الحمل الساكن (الشد والانضغاط والانحناء) إلى السلوك المرتبط بالزمن (الإجهاد والزحف)، ومن الصلادة والتآكل إلى متانة الكسر.
القاسم المشترك بين هذه الاختبارات هو أن النتيجة تُبلَّغ كخاصية للمادة. فمقاومة الخضوع أو الصلادة ليست قرار مطابقة؛ بل بيانات رقمية سيقارن بها التصميم ومعيار المنتج. لذا تكون تقارير الاختبار الميكانيكي عادة مدخلًا لقرار هندسي لا لاعتماد منتج — اختيار المادة، معامل الأمان، تقدير العمر.
التمييز بين السلوك الساكن والديناميكي هو مفتاح فهم هذا الميدان. فقد تبدو قطعة غير مجهدة تمامًا تحت حمل ساكن لكنها تنكسر تحت حمل متكرر؛ ويحدث كسر الإجهاد عند إجهادات أقل بكثير من مقاومة الخضوع ودون سابق إنذار. لذا لا يكفي اختبار الشد وحده كدليل للقطع الدوارة أو المهتزة أو الخاضعة لحمل دوري.
تحدد ظروف الاختبار النتيجة، وهذا أمر حاسم لوضوح التقرير: هندسة العينة وسرعة التحميل ودرجة الحرارة والتكييف وترتيب القبض. وتعطي المادة نفسها قيمًا مختلفة في ظروف مختلفة. وفي اللدائن يكون تأثير السرعة واضحًا جدًا، وفي المعادن تأثير درجة الحرارة؛ أما في المركبات فيغيّر اتجاه العينة النتيجة تمامًا.
الصلادة هي القياس الأكثر إساءة استخدام في هذا الميدان. ونظرًا لكونها سريعة وشبه غير متلفة ورخيصة، تُستخدم غالبًا بدلًا من المقاومة. وتوجد جداول تحويل من الصلادة إلى المقاومة لكنها تقريبية وتعتمد على فئة المادة؛ واستخدامها كدليل وحيد في قبول المواد خطأ.
يتطلب جانب ميكانيكا الكسر كفاءة خاصة. وتتيح قياسات متانة الكسر ومعدل نمو تشقق الإجهاد حساب المدة التي ستصمد فيها بنية متشققة؛ وهي أساس تصميم تحمل الضرر في مجالات مثل معدات الضغط وهياكل الطائرات وخطوط الأنابيب.
مجموعات الطرق في هذا المجال
الاختبارات الساكنة
الشد والانضغاط والانحناء والقص والالتواء. وتُستخرج مقاومة الخضوع ومقاومة الشد والاستطالة ومعامل المرونة.
اختبارات الصدم
صدم شاربي وإيزود المُشقوق؛ ويُحدَّد سلوك انتقال المادة من الهش إلى المطاوع بحسب درجة الحرارة.
صلابة
برينل وفيكرز وروكويل وشور والصلادة الدقيقة. وهي مفيدة لعمق المعالجة السطحية والاختلافات المحلية في المقاومة.
الإجهاد (كلال)
إجهاد محوري مضبوط بالقوة والانفعال، إجهاد الانحناء؛ منحنيات S-N وحد التحمل.
الزحف واسترخاء الإجهاد
السلوك تحت الحمل طويل الأمد عند درجة حرارة عالية؛ وهو حاسم في مواد الغلايات والتوربينات ومعدات الضغط.
ميكانيكا الكسر
متانة الكسر بالانفعال المستوي والتكامل J وCTOD ومعدل نمو تشقق الإجهاد.
التآكل والاحتكاك
تآكل تابر والأسطوانة الدوارة، وقياسات معامل الاحتكاك.
أمور يشيع الخلط بينها في هذا المجال
- حساب المقاومة من الصلادة تقريبي؛ ولا يمكن استخدامه كدليل وحيد في قبول المواد.
- لا تُثبت المقاومة الساكنة الكافية مقاومة الإجهاد؛ وتتطلب القطعة الخاضعة لحمل دوري اختبارًا منفصلًا.
- إذا لم يُذكر معدل الاختبار ودرجة الحرارة، فلا يمكن مقارنة النتيجة — خصوصًا في البوليمرات والمواد المركبة.
- قد لا تعطي عينة الاختبار والجزء الفعلي القيمة نفسها؛ فاتجاه القولبة وخطوط اللحام والاختلافات في المعالجة السطحية كلها لها تأثير.
- قيمة المقاومة المذكورة لمادة مركبة دون تحديد اتجاه العينة لا معنى لها.
- تقيس نظيرتا ASTM وISO الكمية نفسها لكنهما تستخدمان هندسة عينة مختلفة؛ ولا تُعامل النتائج على أنها متكافئة تمامًا.
ما القرارات التي تدعمها هذه النتائج
- التحقق من التصميم واختيار المواد
- فحص المواد الواردة واعتماد المورد
- تلبية المتطلبات الميكانيكية لمعيار المنتج
- تحليل الأعطال والتنبؤ بالعمر وحساب تحمل الضرر
- التحقق من عمليات المعالجة الحرارية ومعالجة السطح
الاختبارات ذات الصلة
الأسئلة الشائعة حول الكلال
كم من الوقت يستغرق اختبار التعب؟
يعتمد ذلك على العدد المستهدف للدورات والتكرار. يمكن أن تستغرق اختبارات الدورة العالية (10⁷) أسابيع؛ ولذلك يتم توضيح الجدولة في مرحلة الاقتباس.