{"id":1690,"date":"2019-05-22T02:47:38","date_gmt":"2019-05-22T02:47:38","guid":{"rendered":"http:\/\/www.meetyoucarbide.com\/single-post-the-introduction-of-fatigue-test-methods\/"},"modified":"2020-05-04T13:12:07","modified_gmt":"2020-05-04T13:12:07","slug":"the-introduction-of-fatigue-test-methods","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wprowadzenie-metod-testow-zmeczeniowych\/","title":{"rendered":"Wprowadzenie metod badania zm\u0119czenia"},"content":{"rendered":"
\n
\n
Gdy punkt elementu zostanie poddany wystarczaj\u0105co du\u017cemu napr\u0119\u017ceniu zak\u0142\u00f3caj\u0105cemu, po odpowiedniej liczbie cykli powstaje p\u0119kni\u0119cie, kt\u00f3re nazywamy zm\u0119czeniem. P\u0119kanie zm\u0119czeniowe jest g\u0142\u00f3wn\u0105 przyczyn\u0105 awarii konstrukcji i element\u00f3w in\u017cynierskich. W obecnym zastosowaniu i badaniach wyr\u00f3\u017cnia si\u0119 cztery g\u0142\u00f3wne rodzaje metod bada\u0144 zm\u0119czeniowych:<\/div>\n
1. Metoda napr\u0119\u017ce\u0144 i odkszta\u0142ce\u0144 nominalnych;<\/div>\n
2. Metoda lokalnych napr\u0119\u017ce\u0144 i odkszta\u0142ce\u0144;<\/div>\n
3. Metoda energetyczna;<\/div>\n
4. Metoda mechaniki p\u0119kania.<\/div>\n
W tym artykule pokr\u00f3tce przedstawiono cztery rodzaje metod i ich zastosowania.<\/div>\n

1. Metoda napr\u0119\u017ce\u0144 nominalnych<\/h2>\n
Metoda napr\u0119\u017ce\u0144 nominalnych jest metod\u0105 zastosowania testu napr\u0119\u017ce\u0144 znamionowych do elementu standardowego i jest klasyfikowana jako zm\u0119czenie napr\u0119\u017ceniowe i zm\u0119czenie odkszta\u0142ceniowe zgodnie z zale\u017cno\u015bci\u0105 mi\u0119dzy maksymalnym napr\u0119\u017ceniem cyklicznym a granic\u0105 plastyczno\u015bci.<\/div>\n
Po pierwsze, wprowadza si\u0119 zm\u0119czenie napr\u0119\u017ceniowe, kt\u00f3re definiuje si\u0119 jako zm\u0119czenie napr\u0119\u017ceniowe, je\u015bli maksymalne napr\u0119\u017cenie cykliczne Smax jest mniejsze ni\u017c granica plastyczno\u015bci Sy. Ze wzgl\u0119du na test zm\u0119czenia napr\u0119\u017ceniowego \u017cywotno\u015b\u0107 materia\u0142u jest ponad 104 razy wi\u0119ksza, wi\u0119c zm\u0119czenie napr\u0119\u017ceniowe jest r\u00f3wnie\u017c nazywane zm\u0119czeniem wysokocyklowym. Zgodnie z teori\u0105 zm\u0119czenia napr\u0119\u017ceniowego, napr\u0119\u017cenie S materia\u0142u metalowego i liczba N cykli zniszczenia maj\u0105 rozk\u0142ad nieliniowy. Dost\u0119pne funkcje pot\u0119gowe: we\u017a logarytm: , lub u\u017cyj wyk\u0142adniczego: we\u017a logarytm do reprezentowania, ta metoda nazywa si\u0119 metod\u0105 SN. Wyniki analizowano za pomoc\u0105 krzywej SN lub krzywej p (wsp\u00f3\u0142czynnik prze\u017cycia)-SN w rzeczywistym te\u015bcie.<\/div>\n
Zm\u0119czenie napr\u0119\u017ceniowe jest generalnie u\u017cywane dla krzywej zm\u0119czenia materia\u0142u SN. Jak pokazano na rys. 1 i rys. 2, granic\u0119 zm\u0119czeniow\u0105 stopu magnezu AZ31B (stosunek napr\u0119\u017ce\u0144 wynosi 0,1, a trwa\u0142o\u015b\u0107 zm\u0119czeniowa 107 odpowiada obci\u0105\u017ceniu zm\u0119czeniowemu) bada si\u0119 metod\u0105 podnoszenia. Granica zm\u0119czeniowa pr\u00f3bki stopu magnezu AZ31B na rysunku wynosi 97,29 MPa.<\/div>\n
Rysunek 1. Test zm\u0119czeniowy stopu magnezu AZ31B<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 2. Krzywa SN testu zm\u0119czeniowego stopu magnezu AZ31B<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Zm\u0119czenie odkszta\u0142ceniowe jest stosowane do testowania element\u00f3w o du\u017cym obci\u0105\u017ceniu i niskiej projektowej trwa\u0142o\u015bci. Definicja brzmi: je\u015bli maksymalne napr\u0119\u017cenie cykliczne Smax jest wi\u0119ksze ni\u017c granica plastyczno\u015bci Sy, jest to zm\u0119czenie odkszta\u0142ceniowe. Test zm\u0119czenia napr\u0119\u017ceniowego s\u0142u\u017cy do badania elementu przy du\u017cym obci\u0105\u017ceniu i niskiej cz\u0119stotliwo\u015bci. Na przyk\u0142ad, w okresie eksploatacji zbiornika ci\u015bnieniowego, ca\u0142kowita liczba cykli jest rz\u0119du 104. Dlatego odkszta\u0142cenie jest u\u017cywane jako opis parametru wytrzyma\u0142o\u015bci zm\u0119czeniowej. Zm\u0119czenie stresem jest r\u00f3wnie\u017c znane jako zm\u0119czenie niskocyklowe.<\/div>\n
Na podstawie bada\u0144 zm\u0119czenia odkszta\u0142ceniowego uczeni wysun\u0119li nast\u0119puj\u0105c\u0105 teori\u0119 zale\u017cno\u015bci napr\u0119\u017cenie-odkszta\u0142cenie (elastoplastyczne napr\u0119\u017cenie-odkszta\u0142cenie Remberga-Osgooda):<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

We wzorze amplituda odkszta\u0142cenia spr\u0119\u017cystego \u03b5e, \u03b5p jest amplitud\u0105 odkszta\u0142cenia plastycznego.<\/div>\n
W te\u015bcie symetrycznego odkszta\u0142cenia o sta\u0142ej amplitudzie, ze wzgl\u0119du na odkszta\u0142cenie plastyczne materia\u0142u, napr\u0119\u017cenie nie mo\u017ce zosta\u0107 zredukowane przez pierwotn\u0105 \u015bcie\u017ck\u0119, gdy odkszta\u0142cenie jest zmniejszone, a krzywa napr\u0119\u017cenie-odkszta\u0142cenie jest pier\u015bcieniowa. Ta krzywa nazywana jest p\u0119tl\u0105 histerezy. Wraz ze wzrostem liczby cykli, to samo napr\u0119\u017cenie amplitudy odkszta\u0142cenia b\u0119dzie si\u0119 zwi\u0119ksza\u0107 lub zmniejsza\u0107. Odpowied\u017a tego napr\u0119\u017cenia odpowiadaj\u0105ca zmianie nazywana jest cyklicznym utwardzaniem lub cyklicznym zmi\u0119kczaniem. Cykl wystarcza na kilka cykli, a niekt\u00f3re materia\u0142y utworz\u0105 stabiln\u0105 p\u0119tl\u0119 histerezy.<\/div>\n
W zm\u0119czeniu odkszta\u0142ceniowym do opisania tendencji materia\u0142u do cyklicznego twardnienia lub cyklicznego zmi\u0119kczania stosuje si\u0119 krzyw\u0105 napr\u0119\u017cenie-odkszta\u0142cenie. W przypadku materia\u0142\u00f3w z symetryczn\u0105 krzyw\u0105 p\u0119tli histerezy nazywa si\u0119 to materia\u0142em masowym.<\/div>\n
Poni\u017cszy rysunek przedstawia krzyw\u0105 \u03c3-\u03b5 stopu magnezu ZK60 obci\u0105\u017conego w kierunku walcowania i kierunku poprzecznym. W kierunku poprzecznym zjawisko cyklicznego utwardzania jest oczywiste.<\/div>\n
Rysunek 3. Obci\u0105\u017cenie stopem magnezu ZK60A wzd\u0142u\u017c krzywej toczenia \u03c3-\u03b5<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 4. Obci\u0105\u017cenie stopem magnezu ZK60A wzd\u0142u\u017c poprzecznej krzywej \u03c3-\u03b5<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

2. Lokalna metoda napr\u0119\u017ce\u0144 i odkszta\u0142ce\u0144<\/h2>\n
W przypadku pr\u00f3bek z karbem i sk\u0142adnik\u00f3w skoncentrowanych napr\u0119\u017ceniu stosuje si\u0119 lokaln\u0105 analiz\u0119 napr\u0119\u017cenie-odkszta\u0142cenie. Z dotychczasowych bada\u0144 wynika, \u017ce trwa\u0142o\u015b\u0107 zm\u0119czeniowa pr\u0119t\u00f3w jest lokalnym maksymalnym odkszta\u0142ceniem i napr\u0119\u017ceniem i zaproponowano koncepcj\u0119 wsp\u00f3\u0142czynnika koncentracji napr\u0119\u017ce\u0144. Nadaje si\u0119 do obliczania trwa\u0142o\u015bci powstawania p\u0119kni\u0119\u0107 materia\u0142u i przewidywania resztkowej trwa\u0142o\u015bci zm\u0119czeniowej komponent\u00f3w.<\/div>\n
Teoria zaproponowana przez metod\u0119 napr\u0119\u017ce\u0144 lokalnych ma wz\u00f3r Neubera (wz\u00f3r koncentracji napr\u0119\u017ce\u0144)<\/div>\n
Teoria Minnera (teoria skumulowanych uszkodze\u0144 zm\u0119czeniowych): Trwa\u0142o\u015b\u0107 zm\u0119czeniowa elementu przy sta\u0142ym napr\u0119\u017ceniu S wynosi N, a nast\u0119pnie uszkodzenie w n cyklach wynosi:<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

W przypadku poddania ni cyklom pod k sta\u0142ym napr\u0119\u017ceniem Si, ca\u0142kowite uszkodzenie mo\u017cna okre\u015bli\u0107 jako:<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Kryteria uszkodzenia to:<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Zastosowanie metody napr\u0119\u017ce\u0144 lokalnych pokazano na Rysunku 5 i Rysunku 6.<\/div>\n
Rysunek 5. Przewidywana trwa\u0142o\u015b\u0107 zm\u0119czeniowa pr\u00f3bek z karbem<\/div>\n
Rysunek 6. Przewidywanie trwa\u0142o\u015bci zm\u0119czeniowej \u017curawia (mapa rozk\u0142adu punkt\u00f3w testowych napr\u0119\u017ce\u0144 i odkszta\u0142ce\u0144 \u017curawia)<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Trwa\u0142o\u015b\u0107 zm\u0119czeniow\u0105 w punkcie koncentracji napr\u0119\u017ce\u0144 oblicza si\u0119 wed\u0142ug nast\u0119puj\u0105cego wzoru:<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Where: Sf – equivalent stress smooth sample fatigue life<\/div>\n
Rysunek 6 Metoda obliczania trwa\u0142o\u015bci zm\u0119czeniowej \u017curawia polega na wprowadzeniu mapy historii czasu r\u00f3\u017cnych punkt\u00f3w testowych i wprowadzeniu r\u00f3wnania trwa\u0142o\u015bci zm\u0119czeniowej ka\u017cdego punktu oraz obliczeniu resztkowej trwa\u0142o\u015bci zm\u0119czeniowej ka\u017cdego punktu. Domy\u015blny punkt minimalnej trwa\u0142o\u015bci to pozosta\u0142a trwa\u0142o\u015b\u0107 zm\u0119czeniowa urz\u0105dzenia. W przypadku d\u017awig\u00f3w uczeni zasugerowali, \u017ce skumulowana warto\u015b\u0107 uszkodze\u0144 D zwyk\u0142ej stali si\u0119ga 0,68.<\/div>\n

3. metoda energetyczna<\/h2>\n
Termografia w podczerwieni jest metod\u0105 przewidywania w\u0142a\u015bciwo\u015bci zm\u0119czeniowych w oparciu o prawo sta\u0142ej energii procesu zm\u0119czenia materia\u0142u. Metoda termicznego obrazowania zm\u0119czenia opiera si\u0119 na energii termodynamicznej U, energii kinetycznej K oraz innych formach rozpraszania energii w procesie zm\u0119czenia. Suma zmian energii E i zmiany termicznej Q poch\u0142oni\u0119tej lub rozproszonej przez obiekt powinna by\u0107 prac\u0105 W dzia\u0142aj\u0105c\u0105 na obiekt. ten sam.<\/div>\n
Obrazowanie termiczne zm\u0119czeniowe ma zalety nieniszcz\u0105cej, bezkontaktowej pracy w czasie rzeczywistym. Jednocze\u015bnie ze wzgl\u0119du na nieliniow\u0105 zale\u017cno\u015b\u0107 mi\u0119dzy rozpraszaniem energii a obci\u0105\u017ceniem zm\u0119czeniowym oraz b\u0142\u0105d rozpraszania temperatury z wykorzystaniem rozpraszania ciep\u0142a nadal nie nadaje si\u0119 do pomiar\u00f3w przemys\u0142owych.<\/div>\n
W obecnych badaniach zaproponowano nast\u0119puj\u0105c\u0105 teori\u0119 modeli predykcyjnych, metod\u0119 Luonga, \u2206Tmax i trwa\u0142o\u015b\u0107 zm\u0119czeniow\u0105 Nf:<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Gdzie: C1, C2 s\u0105 sta\u0142ymi.<\/div>\n
Dlatego granic\u0119 zm\u0119czenia mo\u017cna przewidzie\u0107 metod\u0105 dwuprzewodow\u0105. Na podstawie rozpraszania ciep\u0142a naukowcy zaproponowali nast\u0119puj\u0105ce modele:<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

R-nachylenie wzrostu temperatury<\/div>\n
Poni\u017cej przedstawiono studium metody termicznego obrazowania zm\u0119czeniowego przeprowadzone przez zesp\u00f3\u0142 nauczyciela Zhang Hongxia z Politechniki w Taiyuan. Trwa\u0142o\u015b\u0107 zm\u0119czeniowa stopu AZ31B Mg zosta\u0142a szybko przewidziana za pomoc\u0105 obrazowania termicznego. Aby przewidzie\u0107 granic\u0119 zm\u0119czeniow\u0105 materia\u0142u metod\u0105 dwuliniow\u0105, wystarczy zbada\u0107 wzrost temperatury pierwszego stopnia pr\u00f3bki. Rysunek 7, Rysunek 8, Rysunek 9, odpowiednio.<\/div>\n
Rysunek 7. Temperatura powierzchni pr\u00f3bki stopu magnezu AZ31B przy r\u00f3\u017cnych czasach cyklu w te\u015bcie zm\u0119czeniowym<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 8. Krzywa temperatury powierzchni pr\u00f3bki procesu zm\u0119czeniowego AZ31B<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 9. Zmiana temperatury przy obci\u0105\u017ceniu zm\u0119czeniowym<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

4. Metoda mechaniki p\u0119kania<\/h2>\n
Liniowa mechanika p\u0119kania spr\u0119\u017cystego stanowi teoretyczn\u0105 podstaw\u0119 badania rozwoju p\u0119kni\u0119\u0107 zm\u0119czeniowych. Propagacj\u0119 p\u0119kni\u0119\u0107 zm\u0119czeniowych mo\u017cna r\u00f3wnie\u017c ilo\u015bciowo opisa\u0107 wsp\u00f3\u0142czynnikiem intensywno\u015bci napr\u0119\u017ce\u0144 K.<\/div>\n
Pod obci\u0105\u017ceniem zm\u0119czeniowym szybko\u015b\u0107 zmiany a d\u0142ugo\u015bci p\u0119kni\u0119cia a wraz z liczb\u0105 cykli N, da\/dN jest szybko\u015bci\u0105 narastania p\u0119kni\u0119cia zm\u0119czeniowego, odzwierciedlaj\u0105c\u0105 szybko\u015b\u0107 propagacji p\u0119kni\u0119cia. Dla danej d\u0142ugo\u015bci p\u0119kni\u0119cia a, da\/dN wzrasta wraz ze wzrostem amplitudy napr\u0119\u017ce\u0144 cyklicznych \u2206\u03c3 (im wi\u0119ksze \u2206\u03c3, tym wi\u0119ksze \u2206K). W oparciu o to zjawisko naukowcy zbadali da\/dN-\u2206K (propagacj\u0119 p\u0119kni\u0119\u0107). Krzywa wzrostu intensywno\u015bci napr\u0119\u017ce\u0144, krzyw\u0105 mo\u017cna podzieli\u0107 na trzy strefy: niskie tempo, \u015brednie tempo, wysokie tempo. Formu\u0142a paryska stwierdza, \u017ce istnieje liniowa zale\u017cno\u015b\u0107 mi\u0119dzy stabilnym rozszerzeniem \u015bredniej stawki:<\/div>\n
Empiryczna formu\u0142a kszta\u0142tu ko\u0144c\u00f3wki p\u0119kni\u0119cia:<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Tworzenie i rozszerzanie si\u0119 p\u0119kni\u0119\u0107 zm\u0119czeniowych mo\u017cna ujednolici\u0107 w ramach mechaniki uszkodze\u0144.<\/div>\n
Poni\u017cej przedstawiono badanie szybko\u015bci p\u0119kania stopu magnezu AZ31B i ocen\u0119 stabilnej szybko\u015bci rozszerzania si\u0119 AZ31B.<\/div>\n
Rysunek 10. Schemat ideowy mechanizmu konkurencji wierzcho\u0142ka p\u0119kni\u0119cia zm\u0119czeniowego<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 11. Schematyczny diagram trzech r\u00f3\u017cnych obszar\u00f3w pola napr\u0119\u017cenie-odkszta\u0142cenie na wierzcho\u0142ku p\u0119kni\u0119cia<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 12. Schemat ideowy krzywej aN mechanizmu konkurencji wierzcho\u0142ka p\u0119kni\u0119cia zm\u0119czeniowego<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 13. Schematyczny wykres krzywej da\/dN-\u0394K dla mechanizmu konkurencyjnego wierzcho\u0142ka p\u0119kni\u0119cia zm\u0119czeniowego<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Segment AB (strefa \u015bredniego tempa): da\/dN=4,57\u00d710-7(\u0394K)3,25 (7,2\uff1c\u0394K\u226413,5 MPa\u2022m1\/2)<\/div>\n
Segment BC (strefa wysokiej szybko\u015bci): da\/dN=3,16\u00d710-10(\u0394K)6,21(13,5\uff1c\u0394K\u226422,1 MPa\u2022m1\/2)<\/div>\n
Wniosek:<\/div>\n
Te cztery rodzaje metod r\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 pod wzgl\u0119dem zastosowania. Metoda napr\u0119\u017ce\u0144 nominalnych i metoda napr\u0119\u017ce\u0144 lokalnych s\u0105 odpowiednie do badania wydajno\u015bci materia\u0142\u00f3w i komponent\u00f3w w dziedzinie przemys\u0142owej. Metoda energetyczna pozwala przewidzie\u0107 trwa\u0142o\u015b\u0107 zm\u0119czeniow\u0105 materia\u0142u, a metoda mechaniki p\u0119kania z powodzeniem ujednolica powstawanie i rozszerzanie si\u0119 p\u0119kni\u0119\u0107 zm\u0119czeniowych.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

When a point of the component is subjected to a sufficiently large disturbance stress, a crack is formed after a sufficient number of cycles, and this phenomenon is called fatigue. Fatigue fracture is the main cause of failure of engineering structures and components. In the current application and research, there are four main types of…<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[79],"tags":[],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1690"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1690"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1690\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1690"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1690"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1690"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}