Le travaux ont été subventionnés par les projets : subventions de ITMS 313011 011, Agence Grant scientifique du ministère de l’éducation, des sciences et des Sports de la République slovaque et l’Académie des Sciences slovaque, « Centre de recherche de l’Université de Žilina - 2ème phase », no : 1/0045 / 17, 1/0951/17 et 1/0123/15 et accorde le slovaque Agence de recherche et développement, no APVV-16-0276.

Remarque : La géométrie de chaque échantillon doit être sélectionnée et calculé selon les propriétés physiques et mécaniques du matériau testé, afin qu’il ait une fréquence de résonance identique comme le système d’essai par ultrasons.

1. détermination des Dimensions des éprouvettes Test de la Fatigue
Remarque : La géométrie de spécimen « sablier » standard de traction-compression, avec des dimensions principales définies, est illustrée à la Figure 1. Dimensions d, D et r sont définies par l’utilisateur (indépendant), tandis que l et L dimensions doivent être calculées, conformément aux conditions de la fréquence de résonance correcte (dépendante). La jauge de longueur l résulte uniquement de la ratio de géométrie entre d, r et D et peut être calculé facilement ou obtenus à partir d’un modèle de composant ; ainsi, il ne sera pas un objet d’un examen plus approfondi.
<ol><li>
Détermination des Dimensions indépendantes Remarque : Les principales dimensions de l’échantillon (d, D, r) sont choisies selon les paramètres du matériau et les conditions d’essai.<ol>
<li>Déterminer le diamètre de jauge d selon le volume requis de matériel pour les tests. Dans le cas d’une microstructure homogène avec aucun défaut interne, un plus petit diamètre de jauge est préféré. Dans le cas d’un matériau ayant des défauts internes importants (tels que des vides et des contractions dans les matériaux de cast), un plus grand diamètre de jauge est nécessaire. La jauge de diamètre d est généralement de 3 mm à 5 mm.</li>
		<li>Déterminer le diamètre de tête D selon taille disponible de matériel expérimental. Le diamètre de tête D utilisé est généralement de 10 mm à 15 mm. Remarque : Le D n’est plus, la longueur de la tête (L) sera le plus court.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Déterminer la jauge de rayon r selon la distribution des contraintes mécaniques requis en longueur entre repères de l’éprouvette. Plus le diamètre de jauge r , l’outil Lissage de trajectoire est la distribution des contraintes mécaniques. Un rayon jauge couramment utilisés est r = 20 mm ou r = 32 mm. Remarque : Plus le r est, plus l’échantillon sera.</li>
	<li>
Détermination des Dimensions dépendantes
	<ol>
<li>Déterminer le nombre d’onde K selon le suivant formule9,18: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq1.jpg"> Remarque : Ici, le fr est la fréquence de résonance du système à ultrasons (Hz), ρ est la densité volumique (kg m-3), et Ed est le module dynamique d’élasticité (kg m-3).</li>
		<li>Déterminer l’approximation hyperbolique du rayon jauge, conformément à la formule9,, suivant19: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq2.jpg"> Remarque : Ici, l est la longueur entre repères (m), D est le diamètre de tête (m) et d est le diamètre de jauge (m) (Figure 1).</li>
		<li>Déterminer l’excentricité apparente selon suivant formule9,18: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq3.jpg"> Remarque : Ici A est l’approximation hyperbolique (m-1), déterminée par l’équation (2), et K est le nombre d’onde (-) déterminé selon l’expression (1).</li>
		<li>Déterminer la longueur de la tête (L) selon l’équation suivante9,18: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq4.jpg"> Remarque : Ici, K est le nombre d’onde (-) déterminée selon l’expression (1) au point 1.2.1, β est l’excentricité apparente (m-1), déterminée par l’équation (3), et l est la longueur entre repères (m) (Figure 1).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. calcul de l’effort mécanique dans la longueur entre repères de l’éprouvette
<ol><li>Déterminer le facteur géométrique de normalisation <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq5.jpg"> selon l’équation suivante9,18: <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq6.jpg">
</li>
	<li>Déterminer la déformation amplitude ɛ selon l’équation suivante9,18: <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq7.jpg"> Remarque : Ici <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq5.jpg"> est le facteur géométrique (-) et u est l’amplitude de déplacement requis de l’extrémité libre de l’échantillon (m).</li>
	<li>Déterminer les contraintes mécaniques amplitude σune selon l’équation suivante9,18: <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq8.jpg"> Remarque : Ɛ Voici l’amplitude de déformation (-) déterminée selon l’expression (5), et Ed est le module dynamique d’élasticité (kg m-3). Si la tension mécanique calculée est trop faible, il est nécessaire d’augmenter la cylindrée amplitude u (m) et vice versa.</li>
</ol>3. fabrication de l’échantillon avec les opérations d’usinage
<ol><li>En raison de diverses petites déviations des spécimens usinés d’une forme idéale, fabriquer des spécimens avec plus longues têtes, habituellement L + 0,5 mm.</li>
</ol>4. harmonisation de la fréquence de résonance de l’échantillon avec le système à ultrasons
Remarque : Harmoniser est le processus de compensation diverses petites déviations de l’échantillon réel de la forme idéale, calculée, pour obtenir la fréquence de résonance correct, qui est en harmonie avec la sonotrode acoustique ultrasonore.
<ol><li>Choisir le bon type d’acoustique sonotrode, selon la gamme de déplacement nécessaire, qui est en mesure de fournir des contraintes mécaniques appropriées dans l’échantillon. Remarque : Chaque type de sonotrode est conçu et étalonné pour une gamme de différents déplacements, donc la sonotrode appropriée est choisie en fonction de l’amplitude de déplacement requis calculé conformément à l’article 2.</li>
	<li>
Monter la sonotrode sur le convertisseur piézo-électrique.
	<ol>
<li>Visser la vis de connexion à l’intérieur de l’orifice central sur la sonotrode jusqu'à ce qu’il atteigne le fond.</li>
		<li>Propagation acoustique gel sur le visage de la sonotrode. Remarque : Une petite quantité de gel est utilisée, juste assez pour remplir l’irrégularité des surfaces, qui améliore le transfert de l’onde mécanique entre convertisseur piézo-électrique et la sonotrode.</li>
		<li>Visser la sonotrode dans le convertisseur piézo-électrique.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Faire fonctionner le système à ultrasons avec un convertisseur électrique piezo monté sonotrode pour mesurer la fréquence de résonance du système particulier à la température réelle.<ol>
<li>Lancez le logiciel de test ultrasonique (p. ex., Win20k).</li>
		<li>Choisissez le type de la sonotrode utilisé dans la liste déroulante dans la boîte de « Modèle ».</li>
		<li>Entrer l’amplitude de déplacement possible le plus bas pour la sonotrode particulier dans la zone « Amplitude ».</li>
		<li>Cliquez sur le bouton « Démarrer ».</li>
		<li>Lire la fréquence de résonance réelle du système dans la zone « Fréquence ».</li>
		<li>Cliquez sur le bouton « Stop ».</li>
	</ol>
</li>
	<li>Monter le spécimen à la fin de la sonotrode.<ol>
<li>Visser la vis de connexion dans le trou central de l’échantillon jusqu'à ce qu’il atteigne le fond.</li>
		<li>Vissez le spécimen à la sonotrode.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Faire fonctionner le système à ultrasons avec un convertisseur électrique piezo avec montée sonotrode spécimen pour mesurer la fréquence de résonance du système particulier à la température réelle.<ol>
<li>Lancez le logiciel de test par ultrasons.</li>
		<li>Choisissez le type de sonotrode utilisé dans la liste déroulante dans la boîte de « Modèle ».</li>
		<li>Entrer l’amplitude de déplacement possible le plus bas pour la sonotrode particulier dans la zone « Amplitude ».</li>
		<li>Cliquez sur le bouton « Démarrer ».</li>
		<li>Lire la fréquence de résonance réelle du système dans la zone « Fréquence ».</li>
		<li>Cliquez sur le bouton « Stop ».</li>
	</ol>
</li>
	<li>Lorsque la fréquence de résonance du système avec montée de l’échantillon est inférieure à celui sans le spécimen, réduire la masse de l’échantillon en coupant les visages de la tête de l’échantillon. Remarque : Si la fréquence de résonance avec une montée de l’échantillon est plus élevée, il serait nécessaire de réduire le calibre diamètre d, qui modifierait les conditions de l’essai. C’est la raison pour laquelle 0,5 mm est ajoutée à la longueur de la tête du processus de fabrication.<ol>
<li>Démonter le spécimen de la sonotrode.</li>
		<li>Monter le spécimen dans un tour et baisser de 0,1 mm de la face de la tête première.</li>
		<li>Monter le spécimen dans un tour et baisser de 0,1 mm de la face de la seconde tête.</li>
		<li>Répétez l’étape 4.6 jusqu'à ce que la fréquence de résonance est dans la tolérance de ± 10 Hz.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. final montage de l’échantillon à la Sonotrode avant l’essai de Fatigue
<ol><li>Appliquez le gel acoustique sur les visages pour créer des connexions entre l’échantillon et la sonotrode.<ol>
<li>Visser la vis de connexion dans le trou central de l’échantillon jusqu'à ce qu’il atteigne le fond.</li>
		<li>Étaler le gel acoustique sur le visage de l’échantillon. Remarque : Juste une petite quantité de gel acoustique est utilisée pour remplir les irrégularités à la surface pour améliorer le transfert de l’onde acoustique de la sonotrode au modèle de formulaire.</li>
		<li>Vissez le spécimen à la sonotrode.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. faire fonctionner le système de refroidissement pour échantillon
<ol><li>Si le refroidissement par air est utilisé, se concentrer le flux d’air directement sur le milieu de la longueur entre repères de l’éprouvette et attendre environ 20 s, de sorte que l’écoulement du flux d’air sature l’échantillon.</li>
	<li>Si l’eau de refroidissement est utilisé, se concentrent les buses d’eau sur le dessus de l’échantillon et ajuster l’intensité du flux de l’eau s’écoule en douceur le long de la voie, pour éviter la cavitation. Remarque : Submergeant l’échantillon dans l’eau ou l’huile est possible aussi bien, cependant, ceci peut être utilisé que pour peu de temps effectue des tests en raison de l’effet de cavitation significative, qui accélère le processus d’initiation de crack fatigue.</li>
</ol>7. faire fonctionner le système de refroidissement du convertisseur piézoélectrique
<ol><li>Ouvrir la vanne du flux d’air et régler la pression dans l’intervalle entre 0,5 et 1 bar.</li>
</ol>8. Exécutez le Test à Amplitude de déplacement nécessaire
<ol><li>Lancez le logiciel de test par ultrasons.</li>
	<li>Choisissez le type de la sonotrode utilisé dans la liste déroulante dans la boîte de « Modèle ».</li>
	<li>Entrez l’amplitude de déplacement demandée pour la sonotrode particulier dans la zone « Amplitude ».</li>
	<li>Cliquez sur le bouton « Démarrer ».</li>
</ol>9. la fatigue Crack Initiation et la Propagation
<ol><li>Observer que, après la fatigue crack initiation et la propagation à travers une partie de la section efficace, le système se déplace hors de la fréquence de résonance et le test se termine naturellement.</li>
	<li>Si le test ne se termine pas avec une fracture, après avoir atteint le nombre requis de cycles, de chargement (le test est un run-out) mettre fin à l’aide de la touche « Stop » dans le logiciel de test par ultrasons.</li>
</ol>10. Démonter le spécimen de la Sonotrode
<ol><li>Dévissez le spécimen de la sonotrode par ultrasons.</li>
</ol>11. statique chargement Force fracturation
<ol><li>Recourir à la force de charge statique pour fracturer le reste de la section efficace avec l’utilisation d’une machine de chargement statique. Remarque : Le vecteur et le type de l’équipe de chargement pour la rupture statique doivent correspondre au type de la fatigue de chargement afin que la surface de rupture a caractère cohérent.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Moore, H. F., Kommers, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The fatigue of metals. , 321 (1927).</li><li>Nicholas, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> High Cycle Fatigue: A Mechanics of Materials Perspective. , (2006).</li><li>Schijve, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fatigue of Structures and Materials. , (2008).</li><li>Murakami, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Metal Fatigue: Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions. , (2002).</li><li>Trsko, L., Bokuvka, O., Novy, F., Guagliano, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+severe+shot+peening+on+ultra-high-cycle+fatigue+of+a+low-alloy+steel.">Effect of severe shot peening on ultra-high-cycle fatigue of a low-alloy steel.</a> Mater. Design. 57, 103-113 (2014).</li><li>Stanzl, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fracture+mechanisms+and+fracture+mechanics+at+ultrasonic+frequencies.">Fracture mechanisms and fracture mechanics at ultrasonic frequencies.</a> Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 567-579 (1999).</li><li>Bathias, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=There+is+no+infinite+fatigue+life+in+metallic+materials.">There is no infinite fatigue life in metallic materials.</a> Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 559-565 (1999).</li><li>Ritchie, R. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-cycle+fatigue+of+Ti-6Al-4V.">High-cycle fatigue of Ti-6Al-4V.</a> Fatigue. Fract. Eng. 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Technol. 141, 130-136 (2017).</li><li>Tr&#353;ko, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Severe+Shot+Peening+on+the+Surface+State+and+Ultra-High-Cycle+Fatigue+Behavior+of+an+AW+7075+Aluminum+Alloy.">Influence of Severe Shot Peening on the Surface State and Ultra-High-Cycle Fatigue Behavior of an AW 7075 Aluminum Alloy.</a> J. Mater. Eng. Perform. 26 (6), 2784-2797 (2017).</li><li>Mayer, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyclic+torsion+very+high+cycle+fatigue+of+VDSiCr+spring+steel+at+different+load+ratios.">Cyclic torsion very high cycle fatigue of VDSiCr spring steel at different load ratios.</a> Int. J. Fatigue. 70, 322-327 (2015).</li><li>Bathias, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Piezoelectric+fatigue+testing+machines+and+devices.">Piezoelectric fatigue testing machines and devices.</a> Int. J. Fatigue. 28 (11), 1438-1445 (2006).</li><li>Mayer, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+torsion+and+tension-compression+fatigue+testing:+Measuring+principles+and+investigations+on+2024-T351+aluminium+alloy.">Ultrasonic torsion and tension-compression fatigue testing: Measuring principles and investigations on 2024-T351 aluminium alloy.</a> Int. J. Fatigue. 28 (11), 1446-1455 (2006).</li><li>Brugger, C., Palin-Luc, T., Osmond, P., Blanc, M. <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+ultrasonic+fatigue+testing+device+for+biaxial+bending+in+the+gigacycle+regime.">A new ultrasonic fatigue testing device for biaxial bending in the gigacycle regime.</a> Int. J. Fatigue. 100, Part 2, 619-626 (2017).</li><li>Wagner, D., Cavalieri, F. J., Bathias, C., Ranc, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+fatigue+tests+at+high+temperature+on+anaustenitic+steel.">Ultrasonic fatigue tests at high temperature on anaustenitic steel.</a> J. Propul. 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>

Nous n’avons rien à divulguer.

Essais de fatigue par ultrasons est l’une des rares méthodes qui permet de tester les matériaux de construction dans la région de cycle ultra haute. Cependant, la forme de l’échantillon et la taille sont très limitées en ce qui concerne la fréquence de résonance. Par exemple, essais de voiles dans le mode de chargement axial est généralement pas possible. En outre, essais de gros spécimens est habituellement impossible, parce que les machines d’essai ne fournissent pas une telle puissance et il faudrait ...

Dommages de fatigue des matériaux structurels sont fortement connecté avec l’industrialisation et surtout avec l’utilisation de la machine à vapeur et les locomotives à vapeur pour le transport ferroviaire, où un grand nombre de composants métalliques, principalement de fer basé, ont été utilisés et devait résister à divers types de charges cycliques. Un des premiers essais a été réalisé par Albert (Allemagne 1829)1 sur des chaînes soudées pour les palans de mine. La fréquence de chargement était 10 coudes par minute, et teste de la maximale enregistrée a atteint 100 000 cycles1de chargement. Une autre œuvre importante a été réalisée par William Fairbairn en 1864. Tests ont été effectués sur des poutres en fer forgé avec utilisation d’une charge statique, ce qui a été soulevée par un levier et ensuite chuté provoquant des vibrations. La poutre a été chargée avec augmentant graduellement le contraintes de chargement amplitude. Après atteignant plusieurs centaines de milliers de cycles à différentes amplitudes de contrainte, à l’extrémité de la poutre de chargement a échoué après à peu près 5 000 cycles de chargement à une amplitude de chargement des deux cinquièmes de la résistance à la traction. La première étude complète et systématique de l’influence des stress répétés sur les matériaux de construction a été faite par August Wöhler en 1860-1870,1. Pour ces tests, il a été à l’aide de torsion, flexion et modes de chargement axial. Wöhler a conçu beaucoup de fatigue unique tests automatiques, mais leur inconvénient était les vitesses de fonctionnement faible, par exemple la rotation plus rapide cintreuse fonctionne à 72 tr/min (1,2 Hz), ainsi l’achèvement du programme expérimental a eu 12 ans1. Après avoir effectué ces tests, il a été jugé qu’après avoir atteint une amplitude de chargement au cours de laquelle le matériel supporte 10 cycles de7 , la dégradation de la fatigue est négligeable et que le matériau peut supporter un nombre infini de cycles de chargement. Cette amplitude de chargement est nommé la « limite de fatigue » et est le paramètre principal en design industriel pour les nombreuses années2,3.
Poursuite du développement de nouvelles machines industrielles, qui exigeait une plus grande efficacité et des économies de coûts, a dû fournir la possibilité d’un chargement plus élevé, des vitesses de fonctionnement supérieures, durées supérieures et haute fiabilité avec peu de maintenance. Par exemple, les composants du train à grande vitesse Shinkanzen, après 10 ans de fonctionnement, doivent résister à environ 109 cycles et défaillance d’un composant principal peut avoir des conséquences fatales,4. En outre, composants de moteurs à réaction souvent exploitée à 12 000 tr/min, et composants de ventilateurs turbo dépassent souvent les 17 000 tr/min. Ces opération haute vitesse accrue des exigences pour les essais dans la région de ce qu’on appelle cycle ultra-haute et d’évaluer si la résistance à la fatigue d’un matériau pouvait être vraiment considéré comme constante pendant plus de 10 millions de cycles de fatigue de la vie. Après des premiers essais effectués en dépassant cette endurance, il était évident que fatigue échecs peuvent se produire même à des amplitudes de contrainte appliquée inférieures à la limite de fatigue, après un certain nombre de cycles beaucoup plus que 107et que le mécanisme de l’endommagement et l’échec pourrait être différent de l’habituel ceux5.
Création d’un programme de test de fatigue visant à déterminer la région ultra-haute cycle a nécessité le développement de nouveaux dispositifs d’essai fortement augmenter la fréquence de chargement. Un symposium axé sur ce sujet s’est tenue à Paris en juin 1998, lorsque expérimentale résultats ont été présentés qui ont été obtenues par Stanzl-Tschegg6 et Bathias de7 à 20 kHz, fréquences, de chargement par Ritchie8 avec l’utilisation de 1kHz fermée boucle servo-hydraulique à l’essai et la machine, par Davidson8 avec un magnéto-strictive 1,5 kHz machine essai4. Dès lors, plusieurs solutions ont été proposées, mais encore le plus souvent une machine utilisée pour ce genre de test est basée sur le concept de Manson de 1950 et utilise des fréquences proches de 20kHz9. Ces machines présentent un bon équilibre entre la vitesse de déformation, de l’exactitude de la détermination du nombre de cycles et au moment de l’essai de fatigue (10 cycles de10 sont réalisés en environ 6 jours). Autres appareils étaient en mesure de fournir des fréquences de chargement encore plus élevés, comme celui utilisé par Girald en 1959-92 kHz et Kikukawa en 1965-199 kHz ; Cependant, ceux-ci sont rarement utilisés car ils créent des taux de déformation extrêmement importante et, puisque le test dure seulement quelques minutes, une erreur de remarquable dans le cycle de comptage est prévue. Un autre facteur important limitant la fréquence de chargement des appareils de résonance pour les essais de fatigue est la taille de l’échantillon, qui est en relation directe avec la fréquence de résonance. Plus la fréquence de chargement requis, le plus petit spécimen. C’est la raison pourquoi les fréquences supérieures à 40 kHz sont rarement utilisés10.
L’amplitude de déplacement étant généralement limitée au sein de l’intervalle entre 3 et 80 µm, essais de fatigue par ultrasons peut être appliqué sur des matériaux plus métalliques, bien que techniques pour les essais des matériaux polymères comme le PMMA11 et composites12 ont également été développés. En règle générale, essais de fatigue par ultrasons est possible d’effectuer dans les modes de chargement axial : traction - compression symétrique cycle13,14, tension - tension cycle15,15, de flexion trois points et il y a aussi quelques études avec des modifications du système de torsion essai15,16 et flexion biaxiale17. Il n’est pas possible d’utiliser les échantillons arbitraires, car pour cette méthode, la géométrie est strictement liée à la réalisation de la fréquence de résonance de 20 kHz. Pour le chargement axial, plusieurs types de spécimens ont été couramment utilisés, généralement avec une forme de sablier avec une jauge de longueur diamètre de 3 à 5 mm. Pour la flexion trois points, feuilles minces sont couramment utilisés, et pour les autres méthodes visent certains types particuliers de spécimens, selon le type de méthode et conditions d’essai. La méthode a été conçue pour l’évaluation de la région de cycle haute et ultra haute résistance à la fatigue, et cela signifie qu’au chargement de 20 kHz, 1 million de cycles est obtenue dans 50 s ; par conséquent, il est généralement considéré comme la limite inférieure de cycles qui peuvent être étudiées avec une précision raisonnable, en ce qui concerne le nombre de cycle de détermination de chargement. Chaque échantillon doit être harmonisé avec l’avertisseur ultrasonique en changeant la masse de l’échantillon pour fournir la fréquence de résonance droite du système : avertisseur ultrasonique avec spécimen.

<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

Essais de fatigue par ultrasons est l’un des quelques méthodes qui permettent d’étudier les propriétés de fatigue dans la région de cycle ultra haute. La méthode est basée sur exposer l’échantillon à des vibrations longitudinales sur sa fréquence de résonance à proximité de 20kHz. Avec l’utilisation de cette méthode, il est possible de diminuer considérablement le temps requis pour le test, par rapport à des appareils d’essai conventionnelles qui travaillent habituellement à des fréquences moins 200 Hz. Il est également utilisé pour simuler le chargement de matériel au cours de l’opération dans des conditions de haute vitesse, tels que ceux vécus par des composants de moteurs à réaction ou voiture turbo pompes. Il faut n'agir que dans la région de haute et ultra haute du cycle, à cause du risque de taux de déformation extrêmement importante, qui peut avoir une influence significative sur les résultats des tests. Dimensions et forme de l’échantillon ont été soigneusement sélectionnés et calculée pour remplir la condition de résonance du système à ultrasons ; ainsi, il n’est pas possible de tester les composants complets ou spécimens de forme arbitraire. Avant chaque essai, il est nécessaire d’harmoniser le spécimen avec la fréquence du système ultrasonique pour compenser les écarts de la forme réelle de l’idéal. Il n’est pas possible d’effectuer un test avant une rupture totale de l’échantillon, puisque le test est automatiquement interrompue après initiation et la propagation de la fissure à une certaine longueur, lorsque la rigidité du système de change assez pour changer le système de la résonance fréquence. Cet article décrit le processus d’évaluation de la fatigue des matériaux propriétés à haute fréquence ultrasonique fatigue chargement avec utilisation de résonance mécanique à une fréquence proche de 20 kHz. Le protocole inclut une description détaillée de toutes les étapes requises pour un bon critère, y compris la conception de l’échantillon, calcul de la tension, l’harmonisation avec la fréquence de résonance, effectuer le test et la rupture statique finale.

Résultats d’essai de fatigue inclure le stress, nombre de cycles, de chargement de chargement et le caractère d’arrêt test (fracture ou battement) peut être vu dans le tableau 1, où les résultats de la fatigue de la 50CrMo4 trempé et en acier trempé sont fournis. L’interprétation des résultats des tests de vie fatigue plus est le soi-disant S - parcelle N (S - stress, N - nombre de cycles), également connu sous le nom des parcelles de la Wöhler. La dépe...

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Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Un protocole pour la fatigue ultrasons essais dans la région de haute et ultra haute du cycle en mode chargement axial de traction-compression.

Ultrasons Fatigue Testing dans le Mode de traction-Compression

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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10.6K vues.  University of Žilina. Un protocole pour la fatigue ultrasons essais dans la région de haute et ultra haute du cycle en mode chargement axial de traction-compression.

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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.

Une plate-forme d&#39;essais pour une durabilité études de polymères renforcés de fibres et polymères Composites sous stimuli Concurrent Hygrothermo-mécanique

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

Recherche

Ingénierie

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.

Les expériences sur les ultrasons lubrification aide d&#39;un Tribomètre piézoélectriquement-assistée et Profilomètre optique

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.

Soudage par ultrasons des Coupons composite thermoplastique pour la caractérisation mécanique des joints soudés par des tests de cisaillement de recouvrement simple

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.

Souche de plein champ des mesures pour Microstructurally petite Fatigue Crack Propagation à l’aide de la méthode de corrélation d’images numériques

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.

Caractérisation des matériaux taux intermédiaire de souche avec corrélation d’images numériques

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.

Surveillance des fissures dans les tests de fatigue par résonance des spécimens soudés à l'aide de la corrélation d'image numérique

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.

Caractérisation biomécanique des tissus mous humains à l&#39;aide d&#39;essais indentation et traction

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

Bio-ingénierie

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.

Tests biomécaniques des tendons murines

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>Évaluation de l’os cortical à l’aide de l’appareil à ultrasons 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>Évaluation de l’os cortical à l’aide d’ondes guidées par ultrasons : une étude de reproductibilité dans une population saine

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.

Évaluation de l’os cortical à l’aide d’ondes guidées par ultrasons : une étude de reproductibilité dans une population saine

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

Ultrasons Fatigue Testing dans le Mode de traction-Compression

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