Schwingungsermüdung

Was ist Schwingungsermüdung?

Der Vibrationsermüdungstest ist ein Test, bei dem die Probe auf einem Rüttler über einen längeren Zeitraum sinusförmigen oder zufälligen Vibrationen ausgesetzt wird, um Ermüdungsschäden und resonanzbedingte Verschlechterungen zu bewerten.

Zweck von Schwingungsermüdung

Der Zweck besteht darin, die Vibrationen, denen ein Bauteil eines Fahrzeugs, Flugzeugs oder einer Maschine im Laufe seiner Lebensdauer ausgesetzt ist, beschleunigt darzustellen und seine Festigkeit zu überprüfen.

Bei welchen Produkten wird Schwingungsermüdung angewendet?

Automobilelektronik und Verbindungselemente
Avionikeinheiten für die Luft- und Raumfahrt
Ausrüstung von Schienenfahrzeugen
Batteriemodule
Sensoren und Anschlüsse

In welchen Branchen wird Schwingungsermüdung eingesetzt?

MetallStahlMaschinenIndustrieausrüstungKunststoffe

Normen zu Schwingungsermüdung

IEC 60068-2-6Sinusschwingungstest prüfen
IEC 60068-2-64zufälliger Vibrationstest prüfen
ISO 16750-3mechanische Belastungen der Fahrzeugausrüstung prüfen
MIL-STD-810 Methode 514
RTCA DO-160 Abschnitt 8

Prüfbedingungen für Schwingungsermüdung

Vibrationstyp: Sinus-Sweep, zufällig oder Sinus-zu-Zufalls
Profil: Frequenzbereich und Amplitude/PSD sind in der Spezifikation definiert
Zeit: Dauer pro Achse wie definiert (in der Größenordnung von Stunden)
Anzahl der Achsen: Im Allgemeinen getrennt in drei senkrechten Achsen

Prüfgerät für Schwingungsermüdung

Elektrodynamischer Shaker und Leistungsverstärker
Beschleunigungsmesser und Vibrationskontrollsystem
Montagevorrichtung
Funktionsüberwachungsanlage

Probenanforderungen für Schwingungsermüdung

Die Probe muss mit einer Vorrichtung montiert werden, die der tatsächlichen Installationsmethode entspricht
Die Geräteresonanz muss außerhalb des Testbandes liegen
Vor dem Test muss eine Resonanzsuche durchgeführt werden
Die Methode zur Funktionsüberwachung muss definiert werden

Dauer von Schwingungsermüdung

Aufgrund der definierten Dauer pro Achse und drei Achsen beträgt die Gesamtdauer in der Regel mehrere Tage.

Ablauf von Schwingungsermüdung

1Die Probe wird auf der Vorrichtung montiert und Beschleunigungsmesser werden platziert.
2Zur Identifizierung kritischer Frequenzen wird eine Resonanzsuche durchgeführt.
3Das Spezifikationsprofil wird geladen und die Steuerung wird überprüft.
4In jeder Achse wird für die definierte Dauer eine Vibration angewendet.
5Während und nach dem Test wird die Funktion überprüft.
6Die Frequenzverschiebung wird mit einer abschließenden Resonanzsuche beurteilt.

Annahmekriterien für Schwingungsermüdung

Das Akzeptanzkriterium ist in der Spezifikation definiert: keine strukturellen Schäden, Funktionskontinuität und keine Verschiebung der Resonanzfrequenz über den spezifizierten Grenzwert hinaus.

Auswertung der Ergebnisse

Die Resonanzsuchen vor und nach dem Test werden verglichen; Eine Frequenzverschiebung weist auf eine Strukturlockerung oder einen Riss hin. Die Sichtprüfung und die Funktionsprüfung werden gemeinsam ausgewertet.

Prüfbericht zu Schwingungsermüdung

Angewandter Standard und Profil
Frequenzbereich, Amplitude/PSD und Dauer
Achseninformationen und Vorrichtungsbeschreibung
Resonanz-Suchergebnisse (vor/nach)
Funktionsstatus und Sichtprüfung

Akkreditierung

EUROLAB verfügt über eine international anerkannte Akkreditierung, die von Akkreditierungsstellen erhalten wurde, die Vertragspartei der multilateralen Anerkennungsvereinbarungen IAF und ILAC sind, gemäß ISO/IEC 17025 für Labortests, ISO/IEC 17020 für Inspektion und Überwachung sowie ISO/IEC 17021-1 und ISO/IEC 17065 für System- und Produktzertifizierung. Diese Kette stellt sicher, dass die ausgestellten Berichte und Zertifikate weltweit akzeptiert werden.

Ob dieser Test im akkreditierten Rahmen angeboten werden kann, hängt von Ihrem Produkt und der angewandten Norm ab; Da die Akkreditierung methodenbasiert erfolgt, wird der Umfang bereits im Angebotsstadium schriftlich bestätigt.

Geltungsbereich und Berechtigungen

Mekanik Testler — Was umfasst dieser Prüfbereich?

Der folgende Abschnitt beschreibt das Gebiet, zu dem der Test Schwingungsermüdung gehört; die Bedingungen und Abnahmekriterien dieses konkreten Tests stehen in den obigen Abschnitten. Der für Ihr Produkt spezifische Umfang wird schriftlich im Angebotsstadium festgelegt.

Mechanische Prüfungen messen, wie sich ein Werkstoff oder ein Bauteil unter Krafteinwirkung verhält. Die Familie reicht von statischer Belastung (Zug, Druck, Biegung) über zeitabhängiges Verhalten (Ermüdung, Kriechen) bis zu Härte und Verschleiß sowie Bruchzähigkeit.

Das gemeinsame Merkmal dieser Prüfungen ist, dass das Ergebnis als WERKSTOFFEIGENSCHAFT ausgewiesen wird. Streckgrenze oder Härte sind keine Konformitätsentscheidung; sie sind Zahlenwerte, mit denen Konstruktion und Produktnorm verglichen werden. Mechanische Prüfberichte sind daher meist Eingangsgröße für eine technische Entscheidung und nicht für eine Produktzulassung — Werkstoffauswahl, Sicherheitsfaktor, Lebensdauervorhersage.

Die Unterscheidung zwischen statischem und dynamischem Verhalten ist der Schlüssel zum Verständnis des Bereichs. Ein Bauteil kann unter statischer Last völlig unbelastet erscheinen und dennoch unter wiederholter Belastung brechen; der Ermüdungsbruch tritt bei Spannungen weit unter der Streckgrenze auf und gibt keine Vorwarnung. Bei rotierenden, schwingenden oder zyklisch belasteten Bauteilen ist eine Zugprüfung allein daher kein ausreichender Nachweis.

Die Prüfbedingungen bestimmen das Ergebnis, und dies ist entscheidend für die Lesbarkeit des Berichts: Probengeometrie, Belastungsgeschwindigkeit, Temperatur, Konditionierung und Einspannanordnung. Derselbe Werkstoff liefert unter unterschiedlichen Bedingungen unterschiedliche Werte. Bei Kunststoffen ist der Geschwindigkeitseffekt sehr ausgeprägt, bei Metallen der Temperatureffekt; bei Verbundwerkstoffen verändert die Probenausrichtung das Ergebnis vollständig.

Härte ist die am häufigsten missbrauchte Messgröße in diesem Bereich. Da sie schnell, nahezu zerstörungsfrei und kostengünstig ist, wird sie oft anstelle der Festigkeit verwendet. Umrechnungstabellen von Härte zu Festigkeit existieren, sind aber NÄHERUNGSWEISE und hängen von der Werkstoffgruppe ab; sie als einziges Beweismittel bei der Werkstoffabnahme zu verwenden, ist falsch.

Der Bereich der Bruchmechanik erfordert eine besondere Kompetenz. Messungen der Bruchzähigkeit und der Ermüdungsrisswachstumsrate ermöglichen es zu berechnen, wie lange eine rissbehaftete Struktur hält; sie sind die Grundlage schadenstoleranter Auslegung in Bereichen wie Druckgeräten, Flugzeugstrukturen und Rohrleitungen.

Methodengruppen in diesem Bereich

Statische Prüfungen
Zug, Druck, Biegung, Scherung und Torsion. Streckgrenze und Zugfestigkeit, Dehnung und Elastizitätsmodul werden ermittelt.
Kerbschlagprüfungen
Charpy- und Izod-Kerbschlagbiegeversuch; das Sprödbruch-Zäh-Übergangsverhalten des Werkstoffs wird temperaturabhängig ermittelt.
Härte
Brinell, Vickers, Rockwell, Shore und Mikrohärte. Wertvoll für die Tiefe der Oberflächenbehandlung und lokale Festigkeitsunterschiede.
Ermüdung
Kraft- und dehnungsgesteuerte axiale Ermüdung, Biegeermüdung; Wöhlerkurven (S-N) und Dauerfestigkeitsgrenze.
Kriechen und Spannungsrelaxation
Verhalten unter Langzeitbelastung bei hoher Temperatur; entscheidend für Werkstoffe von Kesseln, Turbinen und Druckgeräten.
Bruchmechanik
Ebene-Dehnung-Bruchzähigkeit, J-Integral, CTOD und Ermüdungsrisswachstumsrate.
Verschleiß und Reibung
Taber- und Drehtrommel-Abrasion, Reibungskoeffizientenmessungen.

Häufig verwechselt in diesem Bereich

Die Berechnung der Festigkeit aus der Härte ist näherungsweise; sie kann nicht als alleiniger Nachweis bei der Werkstoffabnahme verwendet werden.
Ausreichende statische Festigkeit belegt nicht die Ermüdungsfestigkeit; ein zyklisch belastetes Bauteil erfordert eine gesonderte Prüfung.
Wird die Prüfgeschwindigkeit und -temperatur nicht angegeben, ist das Ergebnis nicht vergleichbar — insbesondere bei Polymeren und Verbundwerkstoffen.
Ein Prüfkörper und das tatsächliche Bauteil liefern möglicherweise nicht denselben Wert; Formfließrichtung, Bindenähte und Unterschiede in der Oberflächenbehandlung wirken sich alle aus.
Ein für einen Verbundwerkstoff angegebener Festigkeitswert ist ohne Angabe der Probenorientierung bedeutungslos.
Die ASTM- und ISO-Gegenstücke messen dieselbe Größe, verwenden aber unterschiedliche Probengeometrien; die Ergebnisse gelten nicht als direkt gleichwertig.

Welche Entscheidungen diese Ergebnisse unterstützen

Konstruktionsverifikation und Werkstoffauswahl
Wareneingangskontrolle und Lieferantenfreigabe
Erfüllung der mechanischen Anforderungen der Produktnorm
Fehleranalyse, Lebensdauervorhersage und Schadenstoleranzberechnung
Verifizierung von Wärmebehandlungs- und Oberflächenbehandlungsprozessen

Häufige Fragen zu Schwingungsermüdung

Was ist der Unterschied zwischen Sinus- und Zufallsschwingung?

Sinus konzentriert die Energie auf eine einzelne Frequenz und eignet sich zur Identifizierung von Resonanzen. Random wendet Energie gleichzeitig über ein breites Band an und stellt die reale Fahrzeug-/Flugzeugumgebung besser dar.