Die Arbeit wurde durch Projekte unterstützt: "Research Centre der University of Žilina - 2Nd -Phase", räumt ITMS 313011 011, wissenschaftliche Grant Agentur des Ministeriums für Bildung, Wissenschaft und Sport der Slowakischen Republik und der Slowakischen Akademie der Wissenschaften, Nr.: 1/0045 / 17, 1/0951/17 und 1/0123/15 und Slowakische Forschung und Entwicklung Agentur, grant Nr. APVV-16-0276.

Hinweis: Jede Probe Geometrie hat ausgewählt und entsprechend den mechanischen und physikalischen Eigenschaften des geprüften Materials berechnet werden, so dass es eine identische Resonanzfrequenz als Ultraschall Testsystem hat.

1. Ermittlung des Prüflings Müdigkeit Abmessungen
Hinweis: Die standard "Sanduhr" Zug-Druck-Exemplar-Geometrie mit definierten Hauptabmessungen, ist in Abbildung 1angezeigt. Abmessungen d, D, und r sind benutzerdefinierte (parteilos), während l und L Abmessungen werden berechnet müssen, gemäß den Bedingungen der richtigen Resonanzfrequenz (abhängig). Die Spurweite Länge l kann ergibt sich nur aus der Geometrie-Verhältnis zwischen dund R, D, und leicht berechnet oder aus einem Komponentenmodell gewonnen; Somit werden nicht Gegenstand der weiteren Diskussion.
<ol><li>
Bestimmung der unabhängigen Dimensionen Hinweis: Die Hauptabmessungen der Probe (d, D, R) sind nach der Materialparameter und die Prüfbedingungen gewählt.<ol>
<li>Bestimmen Sie das Messgerät Durchmesser d nach das erforderliche Volumen des Materials zu Testzwecken. Im Falle einer homogenen Mikrostruktur mit keine interne Defekte ist ein kleinerer Durchmesser Gauge bevorzugt. Bei einem Material mit erheblichen inneren Fehlern (z. B. Hohlräume und Schrumpfprozesse in Gusswerkstoffe) ist ein größere Spurweite Durchmesser notwendig. Das Messgerät Durchmesser d ist in der Regel von 3 mm bis 5 mm.</li>
		<li>Bestimmen Sie der Kopfdurchmesser D nach verfügbaren experimentellen materielle Größe. Der verwendete Kopfdurchmesser D ist in der Regel von 10 mm bis 15 mm. Hinweis: Je größer die D ist, desto kürzer die Kopf Länge (L) werden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Dem Messgerät Radius R nach erforderlichen mechanischen Spannungsverteilung in der Probe Messgerät Länge zu bestimmen. Je größer die Spurweite Durchmesser R ist, desto glatter wird die mechanischen Spannungsverteilung. Ein häufig verwendete Messgerät Radius ist R = 20 mm oder R = 32 mm. Hinweis: Je größer die R ist, desto länger die Probe werden.</li>
	<li>
Bestimmung der abhängigen Abmessungen
	<ol>
<li>Bestimmen Sie die Wellenzahl K nach der folgenden Formel9,18: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq1.jpg"> Hinweis: Hier ist die fR die Resonanzfrequenz des Ultraschall-System (Hz), ρ ist die Volumen-Dichte (kg m-3) und Ed dynamischen Elastizitätsmoduls (kg m-3).</li>
		<li>Bestimmen Sie die hyperbolische Angleichung des Messgeräts Radius, gemäß der folgenden Formel9,19: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq2.jpg"> Hinweis: Hier l ist die Spurweite Länge (m), D ist der Kopfdurchmesser (m), und d ist der Messgerät-Durchmesser (m) (Abbildung 1).</li>
		<li>Bestimmen Sie die effektive Exzentrizität nach folgenden Formel9,18: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq3.jpg"> Hinweis: Hier A ist die hyperbolische Annäherung (m-1) bestimmt durch die Gleichung (2), und K ist die Wellenzahl (-) nach Ausdruck (1) bestimmt.</li>
		<li>Bestimmen Sie die Länge des Kopfes (L) nach der folgenden Gleichung9,18: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq4.jpg"> Hinweis: Hier ist K die Wellenzahl (-) bestimmt sich nach Ausdruck (1) unter Punkt 1.2.1, β ist die effektive Exzentrizität (m-1) bestimmt durch die Gleichung (3) und l ist die Spurweite Länge (m) (Abbildung 1).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Berechnung der mechanischen Spannung in der Spurweite Länge der Probe
<ol><li>Bestimmen den Normierung geometrische Faktor <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq5.jpg"> nach der folgenden Gleichung9,18: <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq6.jpg">
</li>
	<li>Bestimmen Sie die Verformung Amplitude Mundarten nach der folgenden Gleichung9,18: <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq7.jpg"> Hinweis: Hier <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq5.jpg"> ist der geometrische Faktor (-) und u ist die erforderliche Verdrängung Amplitude des freien Endes der Probe (m).</li>
	<li>Bestimmen Sie die mechanische Beanspruchung Amplitude σeine nach der folgenden Gleichung9,18: <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq8.jpg"> Hinweis: Mundarten ist hier die Verformung Amplitude (-) bestimmt sich nach Ausdruck (5), und Ed ist die dynamische Elastizitätsmodul (kg m-3). Wenn die berechnete mechanische Spannung zu niedrig ist, ist es notwendig, die Verdrängung Amplitude u (m), zu erhöhen und umgekehrt.</li>
</ol>3. Herstellung der Probe mit Bearbeitungen
<ol><li>Fertigen Sie durch verschiedene kleine Abweichungen der bearbeiteten Proben von einer Idealform Exemplare mit längeren Köpfe, in der Regel L + 0,5 mm.</li>
</ol>(4) Harmonisierung der Resonanzfrequenz der Probe mit dem Ultraschall-System
Hinweis: Harmonisierung ist der Prozess verschiedene kleine Abweichungen der echte Probe aus der ideale, berechnete Form, um die korrekte Resonanzfrequenz zu erhalten, die im Einklang mit dem Ultraschall akustische Sonotrode ist zu kompensieren.
<ol><li>Wählen Sie den richtigen Typ von akustischen Sonotrode je nach erforderlichen Verschiebung, die in der Lage, richtige mechanischen Beanspruchung in der Probe ist. Hinweis: Jede Art der Sonotrode ist entworfen und für vielfältige unterschiedliche Verschiebung kalibriert, ist so die richtige Sonotrode nach der erforderlichen Verdrängung Amplitude berechnet gemäß § 2 gewählt.</li>
	<li>
Montieren Sie die Sonotrode auf dem piezoelektrischen Wandler.
	<ol>
<li>Schrauben Sie die Verbindungsschraube in der zentralen Bohrung auf der Sonotrode, bis es den Boden erreicht.</li>
		<li>Akustische Gel auf den ersten Blick die Sonotrode zu verbreiten. Hinweis: Eine kleine Menge des Gels verwendet wird, gerade genug, um die Unregelmäßigkeit der Oberflächen zu füllen, die die Übertragung der mechanischen Welle zwischen Piezo-elektrische Wandler und die Sonotrode verbessert.</li>
		<li>Schrauben Sie die Sonotrode in der piezoelektrischen Wandler.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Führen Sie das Ultraschall-System mit einem Piezo-elektrische Wandler mit montierten Sonotrode, die Resonanzfrequenz des Systems der besonderen auf tatsächliche Temperatur zu messen.<ol>
<li>Führen Sie die Ultraschall-Test-Software (z.B.Win20k).</li>
		<li>Wählen Sie die Art der verwendeten Sonotrode im Dropdown-Menü im Feld "Modell".</li>
		<li>Geben Sie die niedrigste mögliche Verschiebung Amplitude für die bestimmten Sonotrode in Feld "Amplitude".</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche "Start".</li>
		<li>Die tatsächliche Resonanzfrequenz des Systems im Feld "Frequenz" zu lesen.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche "Stopp".</li>
	</ol>
</li>
	<li>Montieren Sie die Probe am Ende der Sonotrode.<ol>
<li>Schrauben Sie die Verbindungsschraube in das mittlere Loch der Probe, bis es den Boden erreicht.</li>
		<li>Schrauben Sie die Probe auf die Sonotrode.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Führen Sie das Ultraschall-System mit einem Piezo-elektrische Wandler mit montierten Sonotrode und Probe um die Resonanzfrequenz des Systems der besonderen auf tatsächliche Temperatur zu messen.<ol>
<li>Laufen Sie die Ultraschall-Test-Software.</li>
		<li>Wählen Sie den Typ der Sonotrode in der Drop-Down-Menü im Feld "Modell" verwendet.</li>
		<li>Geben Sie die niedrigste mögliche Verschiebung Amplitude für die bestimmten Sonotrode in Feld "Amplitude".</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche "Start".</li>
		<li>Die tatsächliche Resonanzfrequenz des Systems im Feld "Frequenz" zu lesen.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche "Stopp".</li>
	</ol>
</li>
	<li>Wenn die Resonanzfrequenz des Systems mit montierten Exemplar ist niedriger als die ohne Probe, die Masse der Probe durch das Abschneiden der Gesichter der Objektkopf reduzieren. Hinweis: Wenn die Resonanzfrequenz mit einer montierten Probe höher ist, wäre es notwendig, die Spurweite Durchmesser d, zu verringern, die die Bedingungen des Tests ändern würde. Dies ist der Grund, warum 0,5 mm Länge der Leiter im Herstellungsprozess hinzugefügt wird.<ol>
<li>Demontieren Sie die Probe von der Sonotrode.</li>
		<li>Montieren Sie die Probe in eine Drehbank und drehen Sie 0,1 mm des Gesichts des ersten Leiters.</li>
		<li>Montieren Sie die Probe in eine Drehbank und 0,1 mm des Gesichts des zweiten ablehnen.</li>
		<li>Wiederholen Sie Schritt 4.6 bis die Resonanzfrequenz innerhalb der Toleranz von ist ± 10 Hz.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. abschließende Montage der Probe auf die Sonotrode vor Müdigkeit Test
<ol><li>Tragen Sie akustische Gel auf den Gesichtern zum Erstellen von Verbindungen zwischen der Sonotrode und der Probe.<ol>
<li>Schrauben Sie die Verbindungsschraube in das mittlere Loch der Probe, bis es den Boden erreicht.</li>
		<li>Das akustische Gel auf der Oberfläche der Probe zu verbreiten. Hinweis: Nur eine kleine Menge von akustischen Gel dient zum Ausfüllen der Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche, die acoustic-Wave-Übertragung von der Sonotrode auf die Probe zu verbessern.</li>
		<li>Schrauben Sie die Probe auf die Sonotrode.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. führen Sie das Kühlsystem für Probe
<ol><li>Wenn Luftkühlung verwendet wird, den Luftstrom direkt in der Mitte der Spurweite Länge der Probe zu konzentrieren, und warten Sie ca. 20 s, so dass die Strömung des Luftstromes Probe sättigt.</li>
	<li>Wenn Wasserkühlung verwendet wird, konzentriert sich die Wasserdüsen an der oberen Spitze der Probe und passen Sie die Stream-Intensität, so das Wasser sanft entlang der Länge der Spurweite fließt, um Kavitation zu vermeiden. Hinweis: Eintauchen der Probekörpers in Wasser oder Öl ist ebenfalls möglich, aber dies nur für kurze Zeit verwendet werden kann aufgrund der erheblichen Kavitationseffekt, die Müdigkeit Riss Einleitung Prozess beschleunigt prüft.</li>
</ol>7. führen Sie das Kühlsystem des Piezo-elektrische Wandler
<ol><li>Öffnen Sie das Ventil des Luftstromes und stellen Sie den Druck in dem Intervall zwischen 0,5 und 1 Bar.</li>
</ol>8. führen Sie den Test bei erforderlichen Verdrängung Amplitude
<ol><li>Laufen Sie die Ultraschall-Test-Software.</li>
	<li>Wählen Sie die Art der verwendeten Sonotrode im Dropdown-Menü im Feld "Modell".</li>
	<li>Geben Sie die angeforderten Verdrängung Amplitude für bestimmte Sonotrode im Feld "Amplitude".</li>
	<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche "Start".</li>
</ol>9. Müdigkeit Rissinitiierung und Vermehrung
<ol><li>Beachten Sie, dass, nachdem die Müdigkeit zu knacken, Initiierung und Ausbreitung durch einen Teil des Querschnitts, das System aus der Resonanz-Frequenz verschoben ist und der Test ist natürlich beendet.</li>
	<li>Wenn der Test nicht mit einer Fraktur, nach erreichen der gewünschten Anzahl von Ladezyklen, endet (der Test ist ein Auslauf) kündigen, mit dem "Stop" Knopf im Ultraschall Prüfsoftware.</li>
</ol>10. die Probe von der Sonotrode demontieren
<ol><li>Das Exemplar aus dem Ultraschall Sonotrode abschrauben.</li>
</ol>11. statische Kraft Fracturing be-
<ol><li>Statische Aufladung gewaltsam den Rest des Querschnitts mit Einsatz einer Statik-Maschine zu Bruch. Hinweis: Den Vektor und die Art der Belastung Kraft für die statische Fraktur sollte die Art der Erschöpfung geladen, so dass die Bruchfläche konsistent Charakter hat entsprechen.</li>
</ol>

<ol>
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Power. 1 (1), 29-35 (2012).</li><li>Kohout, J., Vechet, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+function+for+fatigue+curves+characterization+and+its+multiple+merits.">A new function for fatigue curves characterization and its multiple merits.</a> Int. J. Fatigue. 23 (2), 175-183 (2001).</li></ol>

Wir haben nichts zu veröffentlichen.

Ultraschall Ermüdungsprüfung ist eine der wenigen Methoden, wodurch der strukturellen Materialien in der ultra-high Cycle-Bereich testen. Die Probenform und Größe sind jedoch sehr beschränkt in Bezug auf die Resonanzfrequenz. Prüfung von dünnen Blechen im Modus der axialen Belastung ist zum Beispiel in der Regel nicht möglich. Darüber hinaus ist Prüfung der große Exemplare in der Regel nicht möglich, weil die Prüfmaschinen keine solche macht bieten und das Design eines speziellen Ultraschall Systems erforder...

Ermüdungsschäden von Strukturmaterialien ist stark verbunden mit der Industrialisierung und vor allem mit Einsatz von Dampfmaschine und Dampflokomotiven für den Eisenbahnverkehr, wo eine Menge von metallischen Bauteilen, vor allem Eisen basiert, verwendet wurden und verschiedene standhalten musste Arten von zyklischen Belastung. Eines der frühesten Tests erfolgte durch Albert (Deutschland 1829)1 auf geschweißte Ketten für Hebezeuge Mine. Die Beladung Frequenz war 10 Bögen pro Minute, und die maximale tests aufgezeichneten erreichte 100.000 Zyklen1laden. Eine weitere wichtige Arbeit erfolgte durch William Fairbairn in 1864. Tests wurden auf schmiedeeisernen Trägern mit einer statischen Belastung durchgeführt, die durch einen Hebel angehoben wurde und fiel dann verursachende Vibrationen. Der Träger wurde mit allmählich zunehmender Belastung Stress geladen Amplitude. Nachdem erreichen mehrere hunderttausend auf verschiedene Zyklen Fehler beim Laden von Stress Amplituden, am Ende der Träger nach nur etwa fünf tausend Ladezyklen bei einer Belastungsamplitude von zwei Fünftel der Zugfestigkeit. Die erste umfassende und systematische Studie über den Einfluss von wiederholter Belastung auf strukturelle Materialien erfolgte durch August Wöhler in 1860-18701. Für diese Tests wurde er mit dem Torsion, Biegung und axiale Belastung Modi. Wöhler entwickelt viele einzigartige Müdigkeit Prüfmaschinen, aber ihr Nachteil war gering Betrieb Geschwindigkeiten, zum Beispiel die schnellsten rotierende Biegemaschine betrieben bei 72 u/min (1,2 Hz), also Abschluss des experimentellen Programms dauerte 12 Jahre1. Nach Durchführung dieser Tests, wurde davon ausgegangen, dass nach Erreichen einer Belastungsamplitude, an dem das Material 107 Zyklen widersteht, die Müdigkeit Degradation ist zu vernachlässigen und das Material kann eine unendliche Anzahl von Ladezyklen standhalten. Diese Belastungsamplitude hieß "Dauerfestigkeit" und wurde der wichtigste Parameter im Industriedesign für viele Jahre2,3.
Weitere Entwicklung der neuen industriellen Maschinen, die erforderliche höheren Effizienz und Kosteneinsparungen zu erzielen, musste die Möglichkeit, höhere Belastung, Betrieb Geschwindigkeiten, höhere Laufzeiten und hohe Zuverlässigkeit mit geringer Wartungsaufwand bieten. Zum Beispiel Bestandteil der Hochgeschwindigkeitszug Shinkanzen, nach 10 Jahren Betrieb, ca. 109 Zyklen standhalten und Ausfall der Hauptbestandteil kann fatale Folgen4haben. Darüber hinaus Komponenten von Strahltriebwerken arbeiten oft bei 12.000 u/min, und Komponenten des Turbo-Gebläse oft mehr als 17.000 u/min. Diese hohe Betrieb Geschwindigkeiten erhöhte Anforderungen an die Ermüdungsprüfung Leben, in der so genannten Ultra-high Cycle-Bereich und zu beurteilen, ob die Dauerfestigkeit eines Materials wirklich konstant für mehr als 10 Millionen Zyklen betrachtet werden könnte. Nach den ersten Tests durchgeführt durch das Überschreiten dieser Ausdauer, war es offensichtlich, dass Ermüdungsversagen auch bei angelegten Spannung Amplituden niedriger als die Dauerfestigkeit nach einer Anzahl von Zyklen mehr als 10 auftreten können7, und dass die Schäden und Ausfällen Mechanismus anders als die üblichen diejenigen-5könnte.
Müdigkeit Testprogramm zur Untersuchung der ultra-high Cycle-Bereich erstellen, erforderte die Entwicklung der neuen Testgeräte, die Beladung Häufigkeit stark erhöhen. Ein Symposium zu diesem Thema konzentriert fand in Paris im Juni 1998, wo experimentelle Ergebnisse wurden vorgestellt, die durch Stanzl-Tschegg6 gewonnen wurden und Bathias7 bei 20 kHz Frequenzen von Ritchie8 mit dem Einsatz von 1 kHz Laden geschlossen Loop Servo-hydraulische Maschine, und von Davidson8 mit einem 1,5 kHz Magneto-Strictive Test Maschine4testen. Aus dieser Zeit wurden viele Lösungen vorgeschlagen, aber immer noch am häufigsten gebrauchte Maschine für diese Art von Test basiert auf dem Konzept der Manson von 1950 und nutzt Frequenzen in der Nähe von 20 kHz9. Diese Maschinen weisen eine gute Balance zwischen Verformungsgeschwindigkeit, die Entschlossenheit Genauigkeit die Anzahl der Zyklen und die Zeit der Dauertest (1010 Zyklen erreichen wir in ca. 6 Tagen). Andere Geräte konnten noch höhere Beladung Frequenzen, wie die von Girald in 1959-92 kHz und Kikukawa in 1965-199 kHz verwendet; Allerdings sind diese selten verwendet, da sie extrem hohen Verformungsgeschwindigkeiten und, da der Test nur wenige Minuten dauert, wird ein bemerkenswerte Fehler in der Cycle-counting erwartet. Ein weiterer wichtiger Faktor, die Begrenzung der Belastung Frequenz Resonanz Geräte für Ermüdungsprüfung ist die Größe der Probe, die in unmittelbarem Zusammenhang mit der Resonanzfrequenz ist. Je größer die angeforderte laden Frequenz, desto kleiner der Probe. Dies ist der Grund, warum Frequenzen über 40 kHz selten verwendete10 sind.
Da die Verdrängung Amplitude innerhalb des Intervalls zwischen 3 und 80 µm in der Regel begrenzt ist, erfolgreich sein kann Ultraschall Ermüdungsprüfung angewendet auf die meisten metallischen Werkstoffe, aber Techniken für die Prüfung von Polymeren Materialien wie z. B. PMMA11 und Verbundwerkstoffe12 wurden auch entwickelt. In der Regel Ultraschall Ermüdungsprüfung ist möglich, in den Modi der axialen Belastung durchzuführen: Zug - Kompression symmetrischen Zyklus13,14, Spannung - Spannung Zyklus15, drei-Punkt-Biegung15, und es gibt auch ein paar Studien mit speziellen Modifikationen des Systems für Torsion Test15,16 und zweiachsige Biegung17. Es ist nicht möglich, beliebige Exemplare zu verwenden, da für diese Methode die Geometrie, zur Erreichung der Resonanz-Frequenz von 20 kHz eng ist. Für die axiale Belastung, haben verschiedene Arten von Proben häufig, in der Regel mit einer Sanduhr Form mit einem Messgerät Länge Durchmesser von 3 bis 5 mm eingesetzt. Für die drei-Punkt-Biegung, dünne Bleche werden häufig verwendet, und für andere Methoden sind spezielle Arten von Proben entwickelt, je nach Methodentyp und Prüfbedingungen. Die Methode wurde entwickelt, für die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit im Bereich hoch- und Zyklus, und dies bedeutet, dass bei 20 kHz Belastung ergibt sich 1 Million Zyklen im 50 s; Daher gilt dies in der Regel die untere Grenze der Ladezyklen, die mit hinreichender Genauigkeit in Bezug auf die Anzahl der Zyklus Bestimmung untersucht werden können. Jedes Exemplar hat mit dem Ultraschall Horn harmonisiert werden, durch Veränderung der Probe Masse, um die richtigen Resonanzfrequenz des Systems zur Verfügung stellen: Ultraschall Horn mit Probe.

<table><tbody><tr><td>Ultrasonic fatigue testing device</td><td>Lasur</td><td>-</td><td>20 kHz, used for fatigue tests</td></tr><tr><td>Nyogel 783</td><td>Nye Lubricants</td><td>-</td><td>Used as acoustic gel for connection of the parts of the ultrasonic system</td></tr><tr><td>Win 20k software</td><td>Lasur</td><td>-</td><td>Software for operation of the Lasur fatigue testing machine</td></tr></tbody></table>

ultrasonic fatigue testing in the tension-compression mode

Ultraschall Ermüdungsprüfung ist eine der wenigen Methoden, die Ermüdungseigenschaften im Großraum ultrahohe Zyklus zu untersuchen. Die Methode basiert auf die Probe longitudinale Schwingungen auf seiner Resonanzfrequenz in der Nähe von 20 kHz auszusetzen. Bei Verwendung dieser Methode ist es möglich, den Zeitaufwand für den Test im Vergleich zu herkömmlichen Testgeräte in der Regel arbeiten bei Frequenzen unter 200 Hz deutlich zu verringern. Es dient auch zur Simulation Laden des Materials während des Betriebs in high-Speed-Bedingungen, wie diejenigen von Komponenten der Düsentriebwerke oder Auto Turbopumpen erlebt. Es ist notwendig, nur im Bereich hoch- und Zyklus durch die Möglichkeit der extrem hohen Verformungsgeschwindigkeiten zu betreiben, die einen wesentlichen Einfluss auf die Testergebnisse haben können. Probenform und Abmessungen müssen sorgfältig ausgewählt werden und berechnet die Resonanzbedingung das Ultraschall-System zu erfüllen; so ist es nicht möglich, die volle Komponenten oder Exemplare von beliebiger Form zu testen. Vor jedem Test ist es notwendig, die Probe mit der Frequenz des Ultraschall-System zum Ausgleich von Abweichungen der realen Form von der idealen in Einklang zu bringen. Es ist nicht möglich, führen Sie einen Test bis zum totalen Bruch der Probe, da der Test automatisch nach Einführung und Ausbreitung des Risses auf eine bestimmte Länge beendet wird, wenn die Steifigkeit des Systems ändert sich genug, um das System aus der Resonanz Frequenz. Dieses Manuskript beschreibt den Prozess der Bewertung der Materialien Müdigkeit Eigenschaften bei Hochfrequenz-Ultraschall Zyklusbelastung mit der mechanischen Resonanz bei einer Frequenz in der Nähe von 20 kHz zu verwenden. Das Protokoll enthält eine detaillierte Beschreibung aller Schritte, die erforderlich für einen richtigen Test, einschließlich Probe Design, Stress-Berechnung, Harmonisierung mit der Resonanzfrequenz, Durchführung der Test und die endgültige statische Fraktur.

Müdigkeit Testergebnisse gehören Stress, Anzahl der Ladezyklen, laden und der Test Kündigung Charakter (Bruch oder Auslauf) sehen in Tabelle 1, wo Ergebnisse der Ermüdungsfestigkeit der 50CrMo4 gestillt und gehärtetem Stahl werden zur Verfügung gestellt. Die häufigste Interpretation der Testergebnisse Müdigkeit Leben ist die so genannte S - N Grundstück (S - Stress, N - Anzahl der Zyklen), auch bekannt als die Wöhler Plot. Die Abhängigkeit der Ermüdungsfestigk...

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Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ein Protokoll für Ultraschall Ermüdungsprüfung im Bereich hoch- und Zyklus in axialer Zug-Druck-Lademodus.

Ultraschall Ermüdungsprüfung im Zug-Druck-Modus

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

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Bending

SCIENTISTS IN ACTION

10.6K Aufrufe.  University of Žilina. Ein Protokoll für Ultraschall Ermüdungsprüfung im Bereich hoch- und Zyklus in axialer Zug-Druck-Lademodus.

Serie: Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

A Testing Platform for Durability Studies of Polymers and Fiber-reinforced Polymer Composites under Concurrent Hygrothermo-mechanical Stimuli

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs and condition-based maintenance. These materials are adopted in a wide range of engineering applications, from aircraft and ship structures, to bridges, wind turbine blades, biomaterials and biomedical implants. Polymers are viscoelastic materials, and their response may be highly nonlinear and thus make it challenging to predict and monitor their in-service performance. The laboratory-scale testing platform presented herein assists the investigation of the influence of concurrent mechanical loadings and environmental conditions on these materials. The platform was designed to be low-cost and user-friendly. Its chemically resistant materials make the platform adaptable to studies of chemical degradation due to in-service exposure to fluids. An example of experiment was conducted at RT on closed-cell polyurethane foam samples loaded with a weight corresponding to ~50% of their ultimate static and dry load. Results show that the testing apparatus is appropriate for these studies. Results also highlight the larger vulnerability of the polymer under concurrent loading, based on the higher mid-point displacements and lower residual failure loads. Recommendations are made for additional improvements to the testing apparatus.

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites in service is a critical aspect for their designs and condition-based maintenance. We present a novel low-cost laboratory testing platform for the investigation of the influence of concurrent mechanical and environmental loadings, and may help design more efficient yet safer composite structures.

Eine Testplattform in Haltbarkeit Studien von Polymeren und faserverstärkten Polymerverbundwerkstoffe unter Concurrent Hygrothermogeber mechanischen Stimuli

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs ...

Forschung

Ingenieurwesen

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at a frequency above the acoustic range (20 kHz). As a solid-state technology, ultrasonic lubrication can be used where conventional lubricants are unfeasible or undesirable. Further, ultrasonic lubrication allows for electrical modulation of the effective friction coefficient between two sliding surfaces. This property enables adaptive systems that modify their frictional state and associated dynamic response as the operating conditions change. Surface wear can also be reduced through ultrasonic lubrication. We developed a protocol to investigate the dependence of friction force reduction and wear reduction on the linear sliding velocity between ultrasonically lubricated surfaces. A pin-on-disc tribometer was built which differs from commercial units in that a piezoelectric stack is used to vibrate the pin at 22 kHz normal to the rotating disc surface. Friction and wear metrics including effective friction force, volume loss, and surface roughness are measured without and with ultrasonic vibrations at a constant pressure of 1 to 4 MPa and three different sliding velocities: 20.3, 40.6, and 87 mm/sec. An optical profilometer is utilized to characterize the wear surfaces. The effective friction force is reduced by 62% at 20.3 mm/sec. Consistently with existing theories for ultrasonic lubrication, the percent reduction in friction force diminishes with increasing speed, down to 29% friction force reduction at 87 mm/sec. Wear reduction remains essentially constant (49%) at the three speeds considered.

We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties.

Experimente an Ultraschall-Schmierung Verwenden eines piezoelektrisch unterstützten Tribometer und optische Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ultrasonic welding process described in this paper is based on three main pillars. Firstly, flat energy directors are used for preferential heat generation at the joining interface during the welding process. A flat energy director is a neat thermoplastic resin film that is placed between the parts to be joined prior to the welding process and heats up preferentially owing to its lower compressive stiffness relative to the composite substrates. Consequently, flat energy directors provide a simple solution that does not require molding of resin protrusions on the surfaces of the composite substrates, as opposed to ultrasonic welding of unreinforced plastics. Secondly, the process data provided by the ultrasonic welder is used to rapidly define the optimum welding parameters for any thermoplastic composite material combination. Thirdly, displacement control is used in the welding process to ensure consistent quality of the welded joints. According to this method, thermoplastic-composite flat coupons are individually welded in a single lap configuration. Mechanical testing of the welded coupons allows determining the apparent lap shear strength of the joints, which is one of the properties most commonly used to quantify the strength of thermoplastic composite welded joints.

A straightforward procedure for ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for basic mechanical testing is described. Key characteristics of this ultrasonic welding process are the use of flat energy directors for simplified process preparation and the use of process data for the fast definition of optimum processing conditions.

Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbund Coupons für Mechanische Charakterisierung von Schweißverbindungen durch Einzelüberlappungsscherprüfung

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

Full-field Strain Measurements for Microstructurally Small Fatigue Crack Propagation Using Digital Image Correlation Method

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the growth of microstructurally small fatigue cracks. The proposed strain field analysis methodology is based on the use of a unique pattering technique with a characteristic speckle size of approximately 10 &#181;m. The developed methodology is applied to study the small fatigue crack behavior in body centered cubic (bcc) Fe-Cr ferritic stainless steel with a relatively large grain size allowing a high spatial measurement accuracy at the sub-grain level. This methodology allows the measurement of small fatigue crack growth retardation events and associated intermittent shear strain localization zones ahead of the crack tip. In addition, this can be correlated with the grain orientation and size. Thus, the developed methodology can provide a deeper fundamental understanding of the small fatigue crack growth behavior, required for the development of robust theoretical models for the small fatigue crack&#160;propagation in polycrystalline materials.

Microstructurally small fatigue crack growth behavior is investigated using a novel methodological approach combining crack growth rate measurement and strain-field analysis to reveal the cumulative deformation field at sub-grain level.

Flächenhafte Dehnungsmessungen für Microstructurally kleine Müdigkeit Rissausbreitung Digitalbild Korrelation Methode

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the ...

Intermediate Strain Rate Material Characterization with Digital Image Correlation

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common quasistatic equipment and procedures used for material characterization are not applicable for materials under dynamic loads. The dynamic response of a material depends on its deformation rate and is broadly categorized into high (i.e., greater than 200/s), intermediate (i.e., 10&#8722;200/s) and low strain rate regimes (i.e., below 10/s). Each of these regimes calls for specific facilities and testing protocols to ensure the reliability of the acquired data. Due to the limited access to high-speed servo-hydraulic facilities and validated testing protocols, there is a noticeable gap in the results at the intermediate strain rate. The current manuscript presents a validated protocol for the characterization of different materials at these intermediate strain rates. Strain gauge instrumentation and digital image correlation protocols are also included as complimentary modules to extract the utmost level of detailed data from every single test. Examples of raw data, obtained from a variety of materials and test setups (e.g., tensile and shear) is presented and the analysis procedure used to process the output data is described. Finally, the challenges of dynamic characterization using the current protocol, along with the limitations of the facility and methods of overcoming potential problems are discussed.

Here we present a methodology for the dynamic characterization of tensile specimens at intermediate strain rates using a high-speed servo-hydraulic load frame. Procedures for strain gauge instrumentation and analysis, as well as for digital image correlation strain measurements on the specimens, are also defined.

Mittlere Belastung Rate Materialcharakterisierung mit digitaler Bildkorrelation

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common ...

Crack Monitoring in Resonance Fatigue Testing of Welded Specimens Using Digital Image Correlation

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It is intended as a practical and reproducible procedure to identify macroscopic cracks at an early stage and monitor crack propagation during fatigue tests. It consists of strain field measurements at the weld using DIC. Images are taken at fixed load cycle intervals. Cracks become visible in the computed strain field as elevated strains. This way, the whole width of a small-scale specimen can be monitored to detect where and when a crack initiates. Subsequently, it is possible to monitor the development of the crack length. Because the resulting images are saved, the results are verifiable and comparable. The procedure is limited to cracks initiating at the surface and is intended for fatigue tests under laboratory conditions. By visualizing the crack, the presented procedure allows direct observation of macrocracks from their formation until rupture of the specimen.

Digital image correlation is used in fatigue tests on a resonance testing machine to detect macroscopic cracks and monitor crack propagation in welded specimens. Cracks on the specimen surface become visible as increased strains.

Rissüberwachung bei Derresonanceermüdungstests von geschweißten Proben mit Digital Bildkorrelation

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It ...

Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing

Regenerative medicine aims to engineer materials to replace or restore damaged or diseased organs. The mechanical properties of such materials should mimic the human tissues they are aiming to replace; to provide the required anatomical shape, the materials must be able to sustain the mechanical forces they will experience when implanted at the defect site. Although the mechanical properties of tissue-engineered scaffolds are of great importance, many human tissues that undergo restoration with engineered materials have not been fully biomechanically characterized. Several compressive and tensile protocols are reported for evaluating materials, but with large variability it is difficult to compare results between studies. Further complicating the studies is the often destructive nature of mechanical testing. Whilst an understanding of tissue failure is important, it is also important to have knowledge of the elastic and viscoelastic properties under more physiological loading conditions.
This report aims to provide a minimally destructive protocol to evaluate the compressive and tensile properties of human soft tissues. As examples of this technique, the tensile testing of skin and the compressive testing of cartilage are described. These protocols can also be directly applied to synthetic materials to ensure that the mechanical properties are similar to the native tissue. Protocols to assess the mechanical properties of human native tissue will allow a benchmark by which to create suitable tissue-engineered substitutes.

Tissue biomechanics is important for maintaining cell shape and function and for determining phenotype. This report demonstrates non-destructive mechanical protocols for characterizing elastic and viscoelastic properties of human soft tissues, which can be directly applied to tissue-engineered substrates to allow a close matching of engineered materials to native tissue.

Biomechanische Charakterisierung humaner Weichgewebeproben mit Einrückungen und Zugprüfung

Regenerative medicine aims to engineer materials to replace or restore damaged or diseased organs. The mechanical properties of such materials should ...

Biotechnik

Biomechanical Testing of Murine Tendons

Tendon disorders are common, affect people of all ages, and are often debilitating. Standard treatments, such as anti-inflammatory drugs, rehabilitation, and surgical repair, often fail. In order to define tendon function and demonstrate efficacy of new treatments, the mechanical properties of tendons from animal models must be accurately determined. Murine animal models are now widely used to study tendon disorders and evaluate novel treatments for tendinopathies; however, determining the mechanical properties of mouse tendons has been challenging. In this study, a new system was developed for tendon mechanical testing that includes 3D-printed fixtures that exactly match the anatomies of the humerus and calcaneus to mechanically test supraspinatus tendons and Achilles tendons, respectively. These fixtures were developed using 3D reconstructions of native bone anatomy, solid modeling, and additive manufacturing. The new approach eliminated artifactual gripping failures (e.g., failure at the growth plate failure rather than in the tendon), decreased overall testing time, and increased reproducibility. Furthermore, this new method is readily adaptable for testing other murine tendons and tendons from other animals.

The protocol describes efficient and reproducible tensile biomechanical testing methods for murine tendons through the use of custom-fit 3D printed fixtures.

Biomechanische Prüfung von Murine tendons

Tendon disorders are common, affect people of all ages, and are often debilitating. Standard treatments, such as anti-inflammatory drugs, rehabilitation, ...

<meta charset="utf8"></head><body>Beurteilung des kortikalen Knochens mit dem Ultraschallgerät BDAT

Cortical Bone Assessment Using Ultrasonic Guided Waves: A Reproducibility Study in a Healthy Population

Fragility fractures are still a worldwide health burden in the context of population aging. In particular, the global number of hip fractures is expected to double between 2020 and 2050. Therefore, it is essential to detect patients at risk of fragility fracture at the population scale. The current golden standard is dual X-ray absorptiometry (DXA), providing the areal bone mineral density (aBMD). Ultrasonic devices, usually more portable and cheaper than X-ray devices, represent interesting DXA alternatives as screening tools. However, operator dependency is usually recognized as their main drawback. In this study, the measurement protocol of the bi-directional axial transmission (BDAT) ultrasonic device is presented in detail. The dedicated ultrasonic probe is placed at the one-third distal radius of the non-dominant forearm using conventional coupling gel. The guided interface provides in quasi-real time (about 2 Hz) four parameters of interest: velocities of the first arriving signal (vFAS) and the A0 mode (vA0),&#160;cortical thickness (Ct.Th) and porosity (Ct.Po), as well as four quality parameters. The operator moves the probe slowly at the measurement site, carefully observing the feedback provided by the interface until finding a stable position and starting a series of 10 acquisitions. When at least four consistent series are obtained, the measurement ends, and an automatic report is generated. The measurement usually takes about 5 min to complete. To determine the robustness of this protocol, a reproducibility study was conducted among 3 operators (one expert and two novices) and 14 healthy participants (6 women, 8 men, 21-53 years old). The intraclass correlation coefficients (ICC) were found good for vA0 (0.76), Ct.Po (0.80) or excellent for Ct.Th (0.87) and vFAS (0.91). The standard deviations were found to be less than 10% of the total ranges in clinical practice.

<meta charset="utf8"></head><body>Beurteilung des kortikalen Knochens mit ultraschallgeführten Wellen: Eine Reproduzierbarkeitsstudie in einer gesunden Population

Here, we present the measurement protocol of the bi-directional axial transmission (BDAT) ultrasonic device in detail and test it in a reproducibility study, considering 14 healthy participants and 3 operators. Reliability, measured with the intraclass correlation coefficients (ICC), was good to excellent for four parameters of interest.

Beurteilung des kortikalen Knochens mit ultraschallgeführten Wellen: Eine Reproduzierbarkeitsstudie in einer gesunden Population

Fragility fractures are still a worldwide health burden in the context of population aging. In particular, the global number of hip fractures is expected ...

Ultraschall Ermüdungsprüfung im Zug-Druck-Modus

Zusammenfassung

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