ГЛАВА 3
УСКОРЕННЫЕ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
3.1 Исторические предпосылки
С начала исследования усталости в 1800-ых, проблемы, связанные с долговечностью существования или с МЦУ, выявили очевидную необходимость создать данные для очень высоких чисел циклов. Турбинные компоненты двигателя, подвергающиеся высокочастотным резонансам, совершающие возвратно-поступающее движение автомобильные двигатели, путешествуя сотни тысяч миль при нескольких тысячах оборотов в минуту, колеса железнодорожного состава, вступающие в контакт с рельсами при каждой остановке, которых более чем сотни на тысячи миль, мосты, несущие тысячи движущейся осевых нагрузок каждый день, и вращающиеся машинные компоненты, которые работают на непрерывной основе, - являются только некоторыми из примеров, где материалы могут быть подвергнуты большим количествам циклов. В то время как 106, 107 и 108 возможно являются типичными для жизни механизмов для некоторых применений, даже большее число теперь признано в качестве действующего количества циклов, которому некоторые материалы и компоненты могут быть подвержены в обслуживании. Эти большие количества циклов могут не проялять много лет, накапливаясь при обслуживании, тогда как при разработке необходимы данные за намного более короткий промежуток времени.
Исторически исследователи уделили значительное внимание развитию оборудования, которое может работать при высоких частотах и процедурах проверки, чтобы ускорить метод, при котором может быть определен предел длительной усталости. Недостаток в том, что получение данные долгого количества циклов могло занять недели, месяцы или даже годы. Проверяемые машинные частоты были улучшены в ответ на потребность в более длительном жизненном тестировании. Лабораторное тестирование с серво-гидравлическими машинами до частот, приближенных к 1 кГц выходит на государственный уровень [1].
Область “гигацикловой усталость” представляла большой интерес в последние годы из-за потребности получить материальные данные о силе усталости вследствие чрезвычайно высокого количества циклов. Эта тема была затронута в предыдущей главе. Что касается техники тестирования, то были развиты пьезоэлектрические испытательные устройства, которые работают с осевым экземплярами в слови продольного первого способа резонанса с ведущей частотой 20 кГц [2]. Частота движущей силы была расширена до 30 кГц [3] с использование того же самого принципа возбуждения.
3.1.1 Искусственное повышение усталостной прочности приложением постепенно увеличивающейся амплитуды напряжения, начиная ниже предела выносливости.
Эти новые испытательные методы и другие открытия в электронике, инструменталистке, компьютерах и других технических областях обеспечили способность оценить длительное усталостное поведение материалов далеко вне того, что предполагалось в конце девятнадцатого и начале двадцатого веков. Все же, в этом периоде времени, проблемы были выражены исследованиями ранней усталости из-за необходимости в ускоренных методах испытаний и возможном существовании lолговременных эффектов, таких как искусственное повышение усталостной прочности.
Отмечая, что усталостное тестирование является очень трудоёмким, Гоу [4] идентифицировал критическую потребность в быстром определении усталостных пределов усталости. Он отметил, что требованиями такого теста являются следующие:
1. Это должно быть быстро.
2. Это должно быть просто, не требуя тщательно продуманного аппарата или особенно квалифицированного персонала.
3. Это должно требовать минимального числа образцов, которые должны иметь простую форму.
4. Это должно быть точно.
Гоу [4], однако, отметил, что, подвергая материал периодам вращения со ступенчатым повышением величины, это может вызвать противостояние усилиям, которые значительно выше обычного предела усталости. Это явление упоминается как искусственное повышение усталостной прочности.
«Коаксинг» обращается к изучению материала с усилиям ниже тех, которым он может быть подвергнут во время длительного теста на усталость. Это явление, также названное “understressing(поднапряжение)”, было исследовано ранее Смитом [5], который первым обратил внимание на тот факт, что understressing мог бы влиять на усталостный предел материала. В частности, он нашел, что многие металлы, постоянно укрепляемые поднапряжением их перед тестированием усталости в режиме напряжения предела усталости. О подобных примерах подъема предела усталости understressing также сообщили Мур и Джаспер [6].
Возможно, самое разоблачающее заявление относительно явления коаксинга - заявление Уолтера Шуца [7], который, в записи об истории усталости, прокомментировал результаты исследования, опубликованные в литературе усталости, используемой для будущих поколений. Он ссылается на отрицательный пример работы над влиянием understressing, “который бесполезно преследовал умы людей в течение многих десятилетий.” Он отмечает, что Рэнсом и Мэл [8] и другие, "занимающиеся тестами на усталость, на статистической основе, что эффекты, которые требовались в течение многих десятилетий, как коаксинг understressing, не существовали.” В обширном исследовании статистики усталости, вовлекающей многочисленные тесты, Ипремиан и Мэл [9] показали, что, в большинстве случаев, образцы, подверженные understressed имеют более длительный период усталости, чем нетронутые экземпляры при воздействии напряжения в диапазоне перелома. В то время как этот тип заключения часто отмечается в литературе, нужно указать, что в той же самой газете они написали, что “understressing эффект может интерпретироваться, в частности, как статистическое явление, основанное на селективности. Отметим, что используемые экземпляры имели, демонстрирующие коаксинг, были взяты из набора безошибочных тестируемых экземпляров с проведением ряда проверок. Поэтому, они находились в верхнем диапазоне сил усталости из-за селективности в выборе, и не были представительными для всего набора усталостной почности.”
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.