Усталость

Что такое Усталость?

Испытание на усталость — это испытание, при котором к образцу прикладывают повторяющиеся напряжения ниже статической прочности и определяют количество циклов до разрушения. Результаты представлены в виде кривой стресс-цикл (S-N).

Усталость: цель

Цель состоит в том, чтобы спрогнозировать срок службы деталей, работающих при повторяющихся нагрузках, и определить предел усталостной прочности для проектирования.

К каким изделиям применяется Усталость?

Валы, оси и компоненты трансмиссии
Пружины и крепеж
Сварные соединения конструкций
Компоненты для аэрокосмической и автомобильной промышленности
Сосуды и трубы под давлением

В каких отраслях применяется Усталость?

МеталлСтальМашиныПромышленное оборудованиеПластмассы

Стандарты, связанные с Усталость

ISO 1099
ISO 1143
АСТМ Е466
АСТМ Е606
ISO 12107

Усталость: условия

Тип загрузки: Осевое растяжение-сжатие, вращательный изгиб или кручение.
Коэффициент напряжения: R = σmin/σmax; определено в спецификации
Частота: Выбран так, чтобы предотвратить нагрев; обычно 5–100 Гц
Прекращение действия: Перелом или достижение определенного количества циклов (например, 10⁷)

Оборудование для Усталость

Сервогидравлическая или резонансно-усталостная машина.
Вращательно-изгибочная усталостная машина
Счетчик циклов и автоматическое отключение
Мониторинг температуры

Требования к образцам для Усталость

Поверхность образца должна быть обработана до шероховатости, определенной в стандарте.
Поверхность должна быть безупречной, если не предполагается наличие зазубрин или разрывов.
Для кривой S-N необходимы образцы с несколькими уровнями напряжения.
Рекомендуется не менее трех образцов на уровень.

Усталость: продолжительность

Это длительный тест. Тест с 10⁷ циклом может занять от нескольких дней до нескольких недель, в зависимости от частоты.

Усталость: порядок проведения

1Образцы обрабатываются и измеряются их размеры.
2Определяются уровни стресса и коэффициент стресса.
3Образец монтируется в машине в осевом направлении.
4Повторная загрузка начинается с определенной частоты.
5Нагрузка продолжает разрыв или прерывание цикла.
6Регистрируют количество циклов для каждого уровня и строят кривую S-N.

Усталость: критерии приёмки

Критерий приемки указан в спецификации как минимальное количество циклов при заданном уровне напряжения или минимальная усталостная прочность.

Оценка результатов

Кривая S-N и разброс оцениваются вместе. Перелом в месте захвата или нарушение целостности могут сделать результат недействительным; Поверхность разрушения исследуется для определения точки зарождения.

Усталость: протокол

Применяемый стандарт и тип загрузки
Уровни стресса и коэффициент стресса
Частота и условия окружающей среды
Количество циклов для каждого образца
Кривая S-N и оценка поверхности излома

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

Спецификации компонентов для аэрокосмической и автомобильной промышленности
Стандарты проектирования сосудов под давлением

Mekanik Testler — Что охватывает эта область испытаний?

В разделе ниже описывается область, к которой относится испытание Усталость; 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

Усталость: частые вопросы

Сколько времени занимает испытание на усталость?

Это зависит от целевого количества циклов и частоты. Тесты с высоким циклом (10⁷) могут занять недели; Таким образом, планирование уточняется на этапе ценового предложения.