Crack Growth | EUROLAB

Что такое Crack Growth?

Испытание на рост трещин измеряет, насколько быстро трещина в предварительно растрескавшемся образце растет при многократном нагружении. Результат представлен в виде зависимости между продвижением трещины за цикл (da/dN) и диапазоном коэффициента интенсивности напряжений (ΔK).

Crack Growth: цель

Цель состоит в том, чтобы получить данные для проектирования, устойчивого к повреждениям, и расчета остаточного срока службы. Когда в конструкции обнаруживается трещина, эти данные используются для расчета, сколько времени потребуется для достижения критического размера; Интервалы проверок устанавливаются соответствующим образом.

К каким изделиям применяется Crack Growth?

Конструктивные элементы аэрокосмической отрасли
Сосуды и трубопроводы под давлением
Детали моста и стальной конструкции
Детали турбины и ротора
Сварные соединения

В каких отраслях применяется Crack Growth?

МеталлАвтомобильная промышленностьАэрокосмическая промышленностьСтроительствоМашиностроениеАэрокосмическая промышленностьЭнергетика

Стандарты, связанные с Crack Growth

ASTM E647 (измерение скорости роста усталостных трещин)
ISO 12108 (металлические материалы — рост усталостных трещин)
ASTM E399 (вязкость разрушения при плоской деформации — родственный метод)
ASTM E1820 (упругопластическая вязкость разрушения — родственный метод)

Crack Growth: условия

Тип пробы: Компактный образец растяжения (CT) или среднего напряжения (M(T))
Предварительная трещина: Инициируется контролируемым утомлением перед испытанием
Коэффициент напряжения (R): Из спецификации; результат сильно зависит от R
Измерение трещин: Оптическое отслеживание, потенциальное падение или метод соответствия

Оборудование для Crack Growth

Сервогидравлическая система испытаний на усталость
Датчик смещения раскрытия устья трещины (CMOD)
Система потенциального падения или оптическая система отслеживания трещин.
Система сбора данных высокого разрешения
Микроскоп для исследования поверхности излома

Требования к образцам для Crack Growth

Геометрия и толщина образца должны соответствовать соотношениям, определенным в стандарте.
Надрез и предварительная трещина должны быть выполнены в соответствии со стандартом.
Нагрузка, прикладываемая при предварительном растрескивании, не должна превышать испытательную нагрузку.
Необходимо указать ориентацию образца (например, LT, TL).
Поверхность должна быть подготовлена так, чтобы можно было оптически отслеживать вершину трещины.

Crack Growth: продолжительность

Тест длительный, поскольку в области с низким ΔK рост очень медленный; исследование, охватывающее пороговую область, может занять несколько дней. Продолжительность сокращается, если требуется только область стабильного роста.

Crack Growth: порядок проведения

1Образец подвергается механической обработке, надрезается и предварительно трескается.
2Образец монтируется в машину и настраивается система измерения трещин.
3Задаются коэффициент напряжения и диапазон начальных нагрузок.
4Применяется циклическая нагрузка; Длина трещины постоянно контролируется.
5Записываются данные о длине цикла трещины.
6Рассчитываются da/dN и ΔK и строится кривая.
7Поверхность излома исследуется для проверки измерения.

Crack Growth: критерии приёмки

Стандарт метода определяет, как проводится тест, а не каким должен быть результат. Предел приемки определяется стандартом материала, спецификацией продукта или техническим чертежом клиента; поэтому на этой странице нет числовых ограничений.

Оценка результатов

Результат представлен в виде кривой da/dN–ΔK в логарифмическом масштабе. Линейная средняя часть кривой называется парижским режимом; пороговая область и область неустойчивого роста интерпретируются отдельно. Результаты зависят от коэффициента напряжений и не могут напрямую сравниваться при различных значениях R.

Crack Growth: протокол

Идентификация образца, тип материала и номер отливки/партии, если таковые имеются.
Геометрия, размеры и метод подготовки образца
Применяются стандартные и испытательные условия
Температура испытания и условия окружающей среды
Измеренные значения и расчетные величины
Фотографии поверхности излома или вмятин (если применимо)
Неопределенность измерения (по запросу)
Заявление о том, что результат применим только к образцу, представленному на испытания.

Аккредитация

EUROLAB имеет международно признанную аккредитацию, полученную от органов по аккредитации, являющихся участниками многосторонних соглашений о признании IAF и ILAC, в соответствии с ISO/IEC 17025 для лабораторных испытаний, ISO/IEC 17020 для инспекций и надзора, а также ISO/IEC 17021-1 и ISO/IEC 17065 для сертификации систем и продукции. Эта цепочка гарантирует, что выданные отчеты и сертификаты принимаются по всему миру.

Возможность проведения этого теста в рамках аккредитованной области зависит от вашего продукта и применяемого стандарта; поскольку аккредитация основана на методе, объем работ подтверждается в письменной форме на этапе предложения.

Область применения и разрешения

Соответствующие правила

EN 10204 (документы по контролю металлических изделий)
Регламент ЕС 305/2011 о строительной продукции (для продукции, используемой в строительстве)
Гармонизированные стандарты, применяемые в зависимости от семейства продуктов

Mekanik Testler — Что охватывает эта область испытаний?

В разделе ниже описывается область, к которой относится испытание Crack Growth; условия и критерии приемки именно этого испытания приведены в разделах выше. Объём, специфичный для вашего продукта, подтверждается письменно на этапе коммерческого предложения.

Механические испытания измеряют поведение материала или детали под нагрузкой. Семейство охватывает статическое нагружение (растяжение, сжатие, изгиб), зависящее от времени поведение (усталость, ползучесть), а также твёрдость и износ вплоть до трещиностойкости.

Общая черта этих испытаний в том, что результат сообщается как СВОЙСТВО МАТЕРИАЛА. Предел текучести или твёрдость — не решение о соответствии; это числовые данные, с которыми будут сравниваться конструкция и стандарт продукта. Поэтому протоколы механических испытаний обычно служат исходными данными для инженерного решения, а не для утверждения продукта — выбор материала, коэффициент запаса, прогноз срока службы.

Различие между статическим и динамическим поведением — ключ к пониманию этой области. Деталь может казаться совершенно ненапряжённой под статической нагрузкой, но сломаться при повторной нагрузке; усталостное разрушение происходит при напряжениях значительно ниже предела текучести и не даёт предупреждения. Для вращающихся, вибрирующих или циклически нагружаемых деталей испытание на растяжение само по себе поэтому не является достаточным доказательством.

Условия испытания определяют результат, и это критично для читаемости отчёта: геометрия образца, скорость нагружения, температура, кондиционирование и схема захвата. Один и тот же материал даёт разные значения при разных условиях. В пластиках эффект скорости очень выражен, в металлах — эффект температуры; в композитах ориентация образца полностью меняет результат.

Твёрдость — наиболее неправильно используемое измерение в этой области. Поскольку она быстрая, почти неразрушающая и недорогая, её часто используют вместо прочности. Таблицы пересчёта твёрдости в прочность существуют, но они ПРИБЛИЗИТЕЛЬНЫ и зависят от группы материала; использовать их как единственное доказательство при приёмке материала неправильно.

Область механики разрушения требует особой компетенции. Измерения трещиностойкости и скорости роста усталостной трещины позволяют рассчитать, как долго продержится растрескавшаяся конструкция; они являются основой проектирования, допускающего повреждения, в таких областях, как оборудование под давлением, авиационные конструкции и трубопроводы.

Группы методов в этой области

Статические испытания
Растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг и кручение. Получают предел текучести и прочность на растяжение, удлинение и модуль упругости.
Испытания на удар
Ударная вязкость по Шарпи и Изоду с надрезом; вязко-хрупкий переход материала определяется в зависимости от температуры.
Твердость
Бринелль, Виккерс, Роквелл, Шор и микротвёрдость. Ценно для глубины поверхностной обработки и локальных различий прочности.
Усталость
Осевая усталость с контролем силы и деформации, усталость при изгибе; кривые Вёлера (S-N) и предел выносливости.
Ползучесть и релаксация напряжений
Поведение под долговременной нагрузкой при высокой температуре; определяющий фактор для материалов котлов, турбин и оборудования под давлением.
Механика разрушения
Трещиностойкость в условиях плоской деформации, J-интеграл, CTOD и скорость роста усталостной трещины.
Износ и трение
Истирание по Табору и на вращающемся барабане, измерения коэффициента трения.

Часто путаемое в этой области

Расчёт прочности по твёрдости приблизителен; его нельзя использовать как единственное доказательство при приёмке материала.
Достаточная статическая прочность не подтверждает усталостную прочность; циклически нагружаемая деталь требует отдельного испытания.
Если скорость и температура испытания не указаны, результат нельзя сравнивать — особенно для полимеров и композитов.
Испытательный образец и реальная деталь могут давать разные значения; ориентация при формовании, линии спая и различия в обработке поверхности — всё это влияет на результат.
Значение прочности, указанное для композита без указания ориентации образца, не имеет смысла.
Аналоги ASTM и ISO измеряют одну и ту же величину, но используют разную геометрию образцов; результаты не считаются напрямую эквивалентными.

Какие решения подкрепляют эти результаты

Верификация конструкции и выбор материала
Входной контроль материалов и одобрение поставщика
Выполнение механических требований стандарта на продукцию
Анализ отказов, прогнозирование срока службы и расчёт живучести при повреждении
Проверка процессов термической и поверхностной обработки

Связанные тесты

Crack Growth: частые вопросы

Результат дает жизнь напрямую?

Нет, это входные данные для расчета жизни. Остаточный срок службы рассчитывается путем интегрирования его с распределением напряжений конструкции и начальным размером трещины.

Почему пороговое значение (ΔKth) имеет значение?

На практике считается, что ниже этого значения трещина не растет. Порог имеет решающее значение при установке интервала проверки и допустимого размера дефекта.