الموجات فوق الصوتية التعب الاختبار في وضع ضغط التوتر

الأضرار التعب من المواد الإنشائية بشدة متصلة بالتصنيع، وأساساً مع استخدام محرك بخارى والقاطرات البخارية للنقل بالسكك الحديدية، التي استخدمت فيها الكثير من المكونات المعدنية، أساسا من الحديد، وقد تحمل مختلف أنواع التحميل دوري. أحد الاختبارات أقرب فعل ألبرت (ألمانيا عام 1829)¹ في سلاسل ملحومة لروافع الألغام. تواتر تحميل 10 الانحناءات الدقيقة، واختبارات الأعلى 100,000 بلغت مسجل تحميل دورات¹. عمل مهم آخر نفذه فيربيرن ويليام في عام 1864. وأجريت اختبارات على عوارض الحديد المطاوع مع استخدام حمولة ساكنة، التي رفعت برافعة وأسقط تسبب الاهتزازات. العارضة كانت محملة بتحميل ضغط متزايد تدريجيا السعة. بعد التوصل إلى عدة مئات من الآلاف دورات على مختلف فشل تحميل ستريك الإجهاد، في نهاية المطاف العارضة بعد فقط حوالي خمسة آلاف تحميل دورات في سعة تحميل خمسي من قوة الشد في نهاية المطاف. كان ذلك أول دراسة شاملة ومنهجية عن تأثير الإجهاد المتكررة على المواد الإنشائية قبل آب/أغسطس Wöhler في 1860-1870¹. لهذه الاختبارات، أنه تم استخدام التواء والانحناء وطرق التحميل المحوري. Wöhler صمم العديد من التعب فريدة اختبار آلات، ولكن صالحهم سرعات التشغيل منخفضة، على سبيل المثال آلة الانحناء الدورية الأسرع يعمل 72 لفة في الدقيقة (1.2 هرتز)، ومن ثم الانتهاء من البرنامج التجريبي استغرق 12 سنة¹. بعد إجراء هذه الاختبارات، فقد اعتبر أن بعد بلوغ سعة تحميل الذي يقاوم المواد 10⁷ دورات، تدهور التعب لا يكاد يذكر والمواد التي يمكن أن تحمل عدد لا حصر له من تحميل دورات. السعة تحميل هذا كان اسمه “حد التعب” وأصبحت المعلمة الرئيسية في التصميم الصناعي للعديد من السنوات^2،3.

أن المزيد من تطوير الآلات الصناعية الجديدة، التي تتطلب مستوى أعلى من الكفاءة وتحقيق وفورات في التكاليف، توفر إمكانية تحميل أعلى، أعلى بسرعة العملية والمدد العالي وموثوقية عالية مع متطلبات صيانة منخفضة. على سبيل المثال، العناصر للقطار فائق السرعة شينكانزين، بعد 10 سنوات عملية، يجب أن تحمل حوالي 10⁹ دورات، ويمكن أن يكون فشل المكون الرئيسي عواقب مهلكة⁴. وعلاوة على ذلك، كثيرا ما تعمل مكونات المحركات النفاثة في 12,000 دورة في الدقيقة، وكثيراً ما تتجاوز مكونات المخبرين توربو 17,000 لفة في الدقيقة. بسرعة هذه العملية عالية زيادة الاحتياجات من التعب اختبار الحياة في منطقة ما يسمى دورة فائقة، وتقييم ما إذا كانت قوة التعب من مادة يمكن حقاً النظر المستمر لدورات أكثر من 10 مليون. بعد التجارب الأولى التي يؤديها تتجاوز هذا التحمل، فمن الواضح أن فشل التعب يمكن أن يحدث حتى في الاتساع الإجهاد المطبق أقل من الحد الأقصى، والتعب بعد عدد من دورات أكثر بكثير من 10⁷، وأن الآلية الأضرار والفشل يمكن أن يكون مختلفاً عن المعتاد منها⁵.

إنشاء برنامج اختبار تعب الرامية إلى التحقيق في منطقة دورة فائقة تتطلب تطوير أجهزة الاختبار الجديد بشدة زيادة تواتر تحميل. وركزت على هذا الموضوع عقدت ندوة في باريس في حزيران/يونيه 1998، حيث تجريبية عرضت النتائج التي تم الحصول عليها التي ستنزل تشيج⁶ وأغلقت باتيس⁷ في 20 كيلوهرتز تحميل الترددات، ريتشي⁸ باستخدام 1 كيلو هرتز حلقة مضاعفات الهيدروليكية اختبار الجهاز، وقبل ديفيدسون⁸ مع آلة اختبار 1.5 كيلو هرتز مغناطيسي-ستريكتيفي⁴. من ذلك الوقت، تم اقتراح العديد من الحلول، لكن لا يزال الأكثر استخداماً تستخدم آلة لهذا النوع من اختبار يستند إلى مفهوم مانسون من عام 1950 ويستخدم ترددات قريبة من 20 كيلوهرتز⁹. هذه الآلات يحمل توازن جيد بين معدل الإجهاد، ودقة تحديد عدد الدورات، ووقت الاختبار التعب (10¹⁰ دورات تتحقق في 6 أيام تقريبا). أجهزة أخرى كانت قادرة على توفير ترددات التحميل حتى أعلى، مثل تلك المستخدمة من قبل جيرالد في 1959-92 كيلو هرتز وكيكوكاوا في عام 1965-199 كيلوهرتز؛ ومع ذلك، نادراً ما تستخدم هذه نظراً لأنها تخلق معدلات عالية للغاية من التشوه، وحيث يستمر الاختبار لبضع دقائق فقط، خطأ ملحوظ في عد دورة المتوقع. عامل مهم آخر الحد من تواتر تحميل أجهزة الرنين لاختبار التعب هو حجم العينة، وفي علاقة مباشرة مع تردد صدى. كلما زاد التردد التحميل المطلوبة، وكلما صغر حجم العينة. وهذا هو السبب الذي يجعل ترددات فوق 40 كيلو هرتز نادراً ما تستخدم¹⁰.

منذ السعة التشرد يقتصر عادة ضمن الفاصل الزمني بين 3 و 80 ميكرومتر، الفحص بالموجات فوق الصوتية التعب يمكن بنجاح تطبيقها على المواد المعدنية الأكثر، على الرغم من تقنيات لاختبار المواد البوليمرية مثل البولي ميثيل ميثا اكريلات¹¹ و كما تم تطوير المركبة¹² . اختبار الموجات فوق الصوتية التعب عموما، أن من الممكن لتنفيذ في وسائط التحميل المحوري: الشد-ضغط متناظرة دورة^13،14، التوتر–دورة التوتر¹⁵، ثلاث نقاط الانحناء¹⁵، وهناك أيضا عدد قليل دراسات مع تعديلات خاصة للنظام لالتواء اختبار^15،16 و¹⁷بياكسيال الانحناء. من غير الممكن استخدام عينات عشوائية، لأن لهذا الأسلوب، والهندسة دقة تتصل بتحقيق تردد صدى 20 كيلوهرتز. للتحميل المحوري، عدة أنواع من العينات قد تم استخداماً، عادة مع شكل زجاج ساعة قياس طول قطرها من 3 إلى 5 مم. للانحناء ثلاث نقاط، ويشيع استخدام صفائح رقيقة، لأساليب أخرى يتم تصميم أنواع خاصة من العينات، وفقا لنوع الأسلوب واختبار الشروط. الأسلوب الذي صمم للتقييم لحياة التعب في منطقة دورة عالية وعالية جداً، وهذا يعني أنه في التحميل 20 كيلوهرتز، هو الحصول على دورات 1 مليون في 50 ثانية؛ ولذلك، وهذا يعتبر عادة الحد السفلي لتحميل الدورات التي يمكن أن تحقق بدرجة معقولة من الدقة، وفيما يتعلق بعدد تصميم دورة. كل العينة يجب أن تكون متسقة مع القرن الأفريقي بالموجات فوق الصوتية عن طريق تغيير كتلة العينة توفير تردد صدى الحق للنظام: القرن بالموجات فوق الصوتية مع العينة.