Name: ultrasonic fatigue testing in the tension-compression mode
Uploaded: 2018-03-07T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode at JoVE.com

Arbetet stöddes av projekt: ”Research Centre University of Žilina - 2nd fas”, ITMS 313011D 011, vetenskapliga bidrag byrån av ministeriet för utbildning, vetenskap och sport av Slovakiska republiken och slovakiska vetenskapsakademin, beviljar nr: 1/0045 / 17, 1/0951/17 och 1/0123/15 och slovakiska Research and Development Agency, bevilja No. APVV-16-0276.

Obs: Varje prov geometri har att väljas ut och beräknas enligt de mekaniska och fysikaliska egenskaperna av de testade materialet, så att den har en identisk resonansfrekvens som ultraljud testning systemet.

1. bestämning av trötthet provkroppen mått
Obs: ”Timglas” spänning-standardkomprimering preparatet geometri, med definierade huvuddimensioner, visas i figur 1. Dimensioner d, D, oc...

<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. M. 22 (7), 621-631 (1999).</li><li>Bathias, C., Paris, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Gigacycle Fatigue in Mechanical Practice. , (2004).</li><li>Bokuvka, 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=.">.</a> Ultrasonic Fatigue of Materials at Low and High Frequency Loading. , (2015).</li><li>Almaraz, G. M. D., 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=Ultrasonic+Fatigue+Testing+on+the+Polymeric+Material+PMMA,+Used+in+Odontology+Applications.">Ultrasonic Fatigue Testing on the Polymeric Material PMMA, Used in Odontology Applications.</a> Procedia Structural Integrity. 3, 562-570 (2017).</li><li>Flore, D., 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=Investigation+of+the+high+and+very+high+cycle+fatigue+behaviour+of+continuous+fibre+reinforced+plastics+by+conventional+and+ultrasonic+fatigue+testing.">Investigation of the high and very high cycle fatigue behaviour of continuous fibre reinforced plastics by conventional and ultrasonic fatigue testing.</a> Compos. Sci. 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>

Ultraljud Utmattningsprovning är en av de få metoder som tillåter testning av strukturella material i ultrahög cykelregionen. Men är preparatet form och storlek mycket begränsad när det gäller resonansfrekvens. Exempelvis är testning av tunna blad i funktionsläget av axiell belastning i allmänhet inte möjligt. Dessutom är test av stora exemplar vanligtvis inte möjligt, eftersom testa maskinerna inte tillhandahåller sådan makt och det skulle kräva att utformningen av ett särskilt ultraljud system.
<p...

Trötthet skada av strukturella material är starkt ansluten med industrializationen och huvudsakligen med användning av ångamotorn och ånglok för järnvägstransporter, där en massa metall komponenter, främst järn baserat, har använts och hade att klara olika typer av cyklisk belastning. En av de tidigaste testerna utfördes av Albert (Tyskland 1829)1 på svetsade kedjor för gruvan hissar. Lastning frekvensen var 10 böjar per minut, och maximal tester inspelade nått 100,000 lastning cykler1. Ett annat viktigt arbete utfördes av William Fairbairn 1864. Tester utfördes på smide balkar med användning av en statisk belastning, som lyftes av en spak och då tappade orsakar vibrationer. Balken var lastad med gradvis ökande lastning stress amplitud. Efter att nå flera hundratusen cykler på olika lastning stress amplituder, till slut girder misslyckades efter bara cirka fem tusen lastning cykler med en lastning amplitud på två femtedelar av den ultimata tänjbara styrkan. Den första omfattande och systematiska studien av påverkan av upprepade stress på strukturella material gjordes av augusti Wöhler 1860-18701. För dessa tester, var han med vridning, böjning och axiell belastning lägen. Wöhler konstruerade många unika trötthet testning maskiner, men deras nackdel var låg drift hastigheter, till exempel den snabbast roterande bockmaskin som drivs vid 72 rpm (1,2 Hz), således slutförande av experimentella programmet tog 12 år1. Efter att utföra dessa tester, ansågs det att efter att ha nått en lastning amplitud som materialet tål 107 cykler, trötthet nedbrytningen är försumbar och materialet tål ett oändligt antal lastning cykler. Denna lastning amplitud utsågs gränsen ”trötthet” och blev den viktigaste parametern i industriell design för många år2,3.
Vidareutveckling av nya industriella maskiner, som krävs för högre effektivitet och kostnadsbesparingar, hade att ge möjlighet till högre lastning, högre drift hastigheter, högre varaktigheter och hög tillförlitlighet med lågt underhållsbehov. Till exempel komponenter av höghastighetståg Shinkanzen, efter 10 års drift, måste tåla ca 109 cykler och fel i en viktigaste komponent kan ha fatala konsekvenser4. Dessutom komponenter av jetmotorer fungerar ofta på 12.000 rpm och komponenter av turbo blåsmaskiner överstiger ofta 17 000 rpm. Dessa höga drift hastigheter ökade krav på livet Utmattningsprovning i så kallade ultrahög cykelregionen och bedöma om utmattningshållfastheten av ett material kan verkligen anses vara konstant för mer än 10 miljoner cykler. Efter de första testerna utförs av överstiger denna uthållighet, det var uppenbart att trötthet fel kan uppstå även vid tillämpad stress amplituder lägre än gränsen på trötthet, efter ett antal cykler mer än 107, och att mekanismen för skador och fel kunde vara annorlunda från vanliga sådana5.
Skapa en trötthet testprogram som syftar till att utreda ultrahög cykelregionen krävs utveckling av nya test enheter att starkt öka lastning frekvensen. Ett symposium fokuserade på detta ämne hölls i Paris i juni 1998, där experimentella resultaten presenterades som erhölls genom Stanzl-Tschegg6 och Bathias7 vid 20 kHz lastning frekvenser, av Ritchie8 med användning av 1 kHz stängd slinga servohydrauliska testa maskin, och genom Davidson8 med en 1.5 kHz magneto-strictive testning maskin4. Från den tiden föreslogs många lösningar, men fortfarande de vanligaste begagnad maskin för denna typ av test är baserad på begreppet Manson från 1950 och använder frekvenser nära 20 kHz9. Dessa maskiner uppvisar en bra balans mellan stam hastighet, beslutsamhet noggrannhet antalet cykler, och tidpunkten för testet trötthet (1010 cykler uppnås i cirka 6 dagar). Andra enheter skulle kunna ge ännu högre lastning frekvenser, som den som används av Girald i 1959-92 kHz och Kikukawa i 1965-199 kHz; dessa används dock sällan eftersom de skapar extremt hög deformation priser och, eftersom testet varar bara några minuter, en anmärkningsvärd fel i den rullande inventering förväntas. En annan viktig faktor som begränsar lastning frekvensen av resonans enheter för Utmattningsprovning är storleken på det exemplaret, som är i direkt relation med resonansfrekvens. Ju större den önskade lastning frekvensen, ju mindre preparatet. Detta är anledningen till frekvenser över 40 kHz är sällan använt10.
Eftersom förskjutningen amplituden är vanligtvis begränsad inom intervallet mellan 3 och 80 µm, ultraljud Utmattningsprovning kan vara framgångsrikt tillämpas på de flesta metalliska material, även om tekniker för provning av Polymera material såsom PMMA11 och kompositer12 utvecklades också. Allmänhet, ultraljud Utmattningsprovning är möjligt att utföra i lägen av axiell belastning: tensile - komprimering symmetrisk cykel13,14, spänning - spänning cykla15, trepunkts bockning15, och det finns också några studier med särskilda ändringar av systemet för torsion tester15,16 och biaxiell böjande17. Det går inte att använda godtyckliga exemplar, eftersom denna metod, geometri är strikt relaterad till att uppnå resonansfrekvensen 20 kHz. För axiell lastning, har flera typer av exemplar vanligen använts, oftast med ett timglas form med en mätare längd diameter från 3 till 5 mm. För tre-punkt böjning, tunna blad används ofta, och för andra metoder särskilda typer av prover är utformade, enligt vilken metod och testa villkor. Metoden var avsedd för utvärdering av trötthet liv i regionen high och ultra-hög cykel, och detta innebär att en miljon cykler vid 20 kHz lastning, erhålls i 50 s; Detta anses därför oftast den nedre gränsen för lastning cykler som kan undersökas med rimlig noggrannhet, med avseende på antalet cykel bestämning. Varje prov har harmoniseras med ultraljud horn genom att ändra preparatets samlas för att ge systemet rätt resonansfrekvens: ultraljud horn med preparatet.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="665">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Ultrasonic fatigue testing device</td>
			<td style="width:71px;">Lasur</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td style="width:259px;">20 kHz, used for fatigue tests</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Nyogel 783</td>
			<td style="width:71px;">Nye Lubricants</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>Used as acoustic gel for connection of the parts of the ultrasonic system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Win 20k software</td>
			<td style="width:71px;">Lasur</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>Software for operation of the Lasur fatigue testing machine</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ultrasonic fatigue testing in the tension-compression mode

Ultraljud Utmattningsprovning är en av några metoder som möjligt utreda utmattningsegenskaper i ultrahög cykelregionen. Metoden är baserad på utsätta preparatet till längsgående vibrationer på dess resonansfrekvens nära 20 kHz. Med användning av denna metod är det möjligt att avsevärt minska den tid som krävs för test, jämfört med konventionella testning enheter vanligtvis arbetar vid frekvenser under 200 Hz. Det används också för att simulera lastning av material under drift i hög hastighetsförhållanden, såsom de upplevt av komponenter i jetmotorer eller bil turbo pumpar. Det är nödvändigt att driva endast i regionen high och ultra-hög cykel, på grund av möjligheten av extremt hög deformation priser, som kan ha en betydande inverkan på testresultatet. Preparatet form och mått måste vara noggrant utvalda och beräknas för att uppfylla villkoret resonans av ultraljud systemet; Det är således inte möjligt att testa den fullständiga komponenter eller exemplar av godtycklig form. Före varje prov är det nödvändigt att harmonisera preparatet med frekvensen av ultraljud systemet att kompensera för avvikelser av verkliga form från den perfekt. Det går inte att köra ett test till en total fraktur av förlagan, eftersom testet avslutas automatiskt efter initiering och förökningen av sprickan till en viss längd, när styvheten i systemet ändras nog att flytta systemet av resonans frekvens. Detta manuskript beskriver processen med utvärdering av material trötthet egenskaper vid hög frekvens ultraljud trötthet lastning med användning av mekanisk resonans frekvens nära 20 kHz. Protokollet innehåller en detaljerad beskrivning av alla åtgärder som krävs för en korrekt test, inklusive specimen design, stress beräkning, harmonisera med resonansfrekvens, utför testet, och slutliga statisk fraktur.

Trötthet testresultaten inkluderar inläsning av stress, antal lastning cykler, och tecknet test uppsägning (fraktur eller kast) kan ses i tabell 1, där resultaten av trötthet liv av 50CrMo4 härdas och härdat stål tillhandahålls. Den vanligaste tolkningen av testresultaten trötthet liv är den så kallade S - N tomt (S - stress, N - antal cykler), även känd som den Wöhler tomt. Beroendet av trötthet liv på tillämpad lastning stress är ritade i ett diagram ...

Watch this Scientific Journal Video about Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode at JoVE.com

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ett protokoll för ultraljud trötthet testning i regionen high och ultra-hög cykel i axiell spänning-komprimeringsläge lastning.

Ultraljud trötthet testning i spänning-komprimering läge

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 ...

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Bending

SCIENTISTS IN ACTION

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

Utveckling av Whispering Gallery läge Polymera Micro-optiska sensorer för elektriska

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

Mikrovågsfotonik Systems Baserat på Whispering-gallery-läge resonatorer

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various ...

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Tillverkning av VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Luftceller för elektrokemiska Testing

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for ...

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

Experiment på Ultraljud Smörjning med hjälp av en piezoelektriskt assisterad tribometer och optisk 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

Ultraljudssvetsning av termoplastiska komposit kuponger för mekaniska karakterisering av svetsfogar genom Single Lap Shear Test

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

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

Automatisering av Läge Låsning i en Nonlinear polariseringsrotation Fiber Laser genom utgångs Polarisering Mätningar

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

Karakterisering av Anisotropa Läckande läge modulatorer för Holovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators.  One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator.  This ...

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

Stimulerad Stokes och Antistokes Raman Scattering i mikrosfäriska Whispering Gallery läge resonatorer

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

Subsurface Defekt lokalisering genom strukturerad uppvärmning med hjälp av laserprojicerad fototermisk termografi

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure

In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure

In Situ Högt tryck väte tribologiska tester av vanliga polymermaterial används i väte leverans infrastruktur

High pressure hydrogen gas is known to adversely affect metallic components of compressors, valves, hoses, and actuators. However, relatively little is ...