Высокоцикловая усталость

Что такое Многоцикловая усталость?

Испытание на многоцикловую усталость подвергает образец повторяющемуся напряжению ниже предела упругости и определяет количество циклов до разрушения. Повторяясь при различных амплитудах напряжения, это создает кривую цикла напряжения (S-N). Нагрузка обычно контролируется стрессом.

Многоцикловая усталость: цель

Цель состоит в том, чтобы определить срок службы материала при повторяющихся нагрузках, значительно ниже статической прочности. Для деталей, подвергающихся множеству циклов малой амплитуды, например вибрации и вращения, проектирование опирается на эти данные.

К каким изделиям применяется Многоцикловая усталость?

Вращающиеся детали, такие как коленчатые валы, оси и валы.
Пружины и крепеж
Конструктивные элементы аэрокосмической отрасли
Сварные детали конструкции
Детали автомобильной подвески

В каких отраслях применяется Многоцикловая усталость?

МеталлАвтомобильная промышленностьАэрокосмическая промышленностьСтроительствоМашиностроениеЭнергетика

Стандарты, связанные с Многоцикловая усталость

ISO 1099 (металлические материалы. Испытание на усталость под контролем осевой силы)
ASTM E466 (испытания на осевую усталость с постоянной амплитудой)
ASTM E739 (статистический анализ данных усталости)
ISO 12107 (статистическое планирование данных об усталости)

Многоцикловая усталость: условия

Тип загрузки: Контролируемая нагрузка, постоянная амплитуда
Коэффициент напряжения (R): Из спецификации; выбирается как растяжение-напряжение или растяжение-сжатие
Частота: Выбрано так, чтобы не вызывать нагревания образца.
Прекращение действия: Разрушение или достижение количества циклов, определенного в спецификации (биение)

Оборудование для Многоцикловая усталость

Сервогидравлическая или резонансная усталостная машина
Тензодатчик и приспособление для выравнивания
Счетчик циклов и система сбора данных
Оборудование для контроля температуры образцов
Стереомикроскоп для исследования поверхности излома

Требования к образцам для Многоцикловая усталость

Поверхность образца должна быть обработана и отполирована в соответствии со стандартом; шероховатость поверхности напрямую влияет на жизнь.
Геометрия образца должна минимизировать концентрацию напряжений.
Для построения кривой S-N требуется множество образцов с разными уровнями напряжения.
Место отбора проб и ориентация должны быть записаны.
Для сварных образцов необходимо указать геометрию сварного шва и состояние шлифовки, если таковое имеется.

Многоцикловая усталость: продолжительность

Многоцикловая усталость по своей природе длительна: один образец может достигать миллионов циклов и длиться несколько дней. Учитывая количество образцов, необходимое для получения полной кривой S-N, исследование занимает несколько недель.

Многоцикловая усталость: порядок проведения

1Образцы обрабатываются, измеряются и регистрируется состояние их поверхности.
2Проверяется центровка машины.
3Устанавливаются уровень стресса и коэффициент стресса.
4Образец подвергается циклическому воздействию с определенной частотой.
5Регистрируется количество циклов при переломе; образцы, которые не разрушаются, отмечаются как биения.
6Тест повторяется при различных уровнях стресса.
7Кривая S-N строится и оценивается статистически.

Многоцикловая усталость: 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

Результаты интерпретируются как распределение, а не индивидуально; Данные об усталости по своей сути разрознены. При оценке используются статистические подходы, такие как ASTM E739, и для заданного уровня достоверности выводится расчетная кривая.

Многоцикловая усталость: 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 Многоцикловая 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

Многоцикловая усталость: частые вопросы

В чем разница между многоцикловой и малоцикловой усталостью?

При многоцикловой усталости напряжение остается в упругой области, а срок службы составляет от сотен тысяч до миллионов циклов; тест является стресс-контролируемым. При малоцикловой усталости преобладает пластическая деформация, срок службы значительно короче, испытание проводится под контролем деформации.

Что значит исчерпание?

Это означает, что образец достигает количества циклов, указанного в спецификации, без разрушения. Это не точка данных об отказе и рассматривается отдельно при статистической оценке.