Badania Low Cycle Fatigue (LCF) według ISO 12106 / ASTM E606
Low Cycle Fatigue oznacza zmęczenie w niskiej liczbie cykli obciążenia.
Badanie Low Cycle Fatigue (LCF) według ISO 12106 i ASTM E606 jest badaniem zmęczeniowym, podczas którego symulowane jest obciążenie cykliczne aż do zniszczenia. Badanie w typowy sposób przeprowadza się na serwo-hydraulicznej maszynie wytrzymałościowej .
Materiały narażone na ekstremalne naprężenia termiczne i mechaniczne można projektować jedynie w zakresie wytrzymałości krótkoczasowej , tj. maksymalnie do 105 cykli obciążenia. Przykładami tego są łopatki i tarcze turbin silników lotniczych oraz turbiny stacjonarne do wytwarzania energii. Badanie LCF jest obecnie stosowane również w przypadku turbosprężarek spalin, kolektorów wydechowych i innych komponentów. W tych elementach karby konstrukcyjne, np. połączenie łopatki z tarczą, powodują pod wpływem naprężeń naprzemienne odkształcenia plastyczne, które prędzej czy później prowadzą do pęknięć. W badaniu Low Cycle Fatigue symuluje się te naprężenia na próbce i określa liczbę cykli drgań aż do pęknięcia. Badanie przeprowadza się zwykle w podwyższonych temperaturach. Częstotliwość badawcza wynosi zazwyczaj od 0,01 do 5 Hz.
Maszyna wytrzymałościowa i regulator maszyny są szczególnie wymagające. Podczas przejścia od odkształcenia sprężystego do plastycznego sztywność próbki zmienia się radykalnie i regulator musi zareagować bardzo szybko, aby zapewnić np. stałą szybkość wzrostu wydłużenia. Szczególnie wysoka sztywność maszyny wytrzymałościowej odgrywa tutaj kluczową rolę.
Normy Wideo Obciążenie Przebieg badania Cyclic Hardening Cyclic Softening Koniec badania Maszyny wytrzymałościowe Oprogramowanie badawcze Dalsze badania
Obciążenie w badaniu Low Cycle Fatigue
Naprężenie w badaniu Low Cycle Fatigue Versuch składa się ze składnika sprężystego Ɛa,e i składnika wydłużenia plastycznego Ɛa,p : Ɛa,t = Ɛa,e + Ɛa,p
Chociaż istnieje liniowa zależność pomiędzy naprężeniem i wydłużeniem w obszarze sprężystym (prawo Hooke'a), nie jest ona liniowa w obszarze plastycznym. Rezultatem jest pętla histerezy.
Badania Low Cycle Fatigue według ISO 12106 / ASTM E606 przeprowadzane są ze stałą amplitudą . Ponadto można wprowadzić czasy zatrzymywania, aby również zbadać procesy pełzania/relaksacji. Jako wartość zadaną przyjmuje się trójkąt lub trapez dla czasów zatrzymania.
Jeśli symulowane mają być określone obciążenia robocze, możliwe są również inne krzywe czasu - wydłużenia. Badania Low Cycle Fatigue przeprowadza się również z nałożonymi oscylacjami o wyższej częstotliwości.
Częstotliwość badawcza jest zwykle mniejsza lub równa 1 Hz, chociaż granica ta stale przesuwa się w górę, tak że można przeprowadzać badania LCF do 10 Hz.
Badania LCF są przeprowadzane w regulacji wydłużeniem. Tylko w szczególnych przypadkach następuje zmiana regulacji siły w obszarze ustabilizowanej histerezy lub podczas czasów zatrzymania w celu zbadania efektów pełzania. W przypadku charakterystyki materiału badania są zwykle przeprowadzane przy stosunku RƐ wynoszącym -1.
Low Cycle Fatigue Przebieg badania
Po dokładnym zamontowaniu próbki podgrzewa się ją do temperatury badania. Maszyna znajduje się w trybie regulacji siły, wartość zadana wynosi 0 kN. Po osiągnięciu odpowiedniej temperatury zostaje nałożony czujnik wydłużenia. Jeśli czujnik podczas fazy nagrzewania znajdował się na próbie, wówczas musi zostać uwzględnione zmienione L0 . Następnie system przełącza się na regulację wydłużenia i rozpoczyna badanie.
Pierwsze cykle są szczególnie ważne, ponieważ materiały mogą tutaj wykazywać bardzo różne zachowanie.
Jednak po kilku zmianach obciążenia zwykle pojawia się ustabilizowana histereza. Z drugiej strony niektóre materiały nie wykazują ani utwardzania, ani zmiękczania.
Koniec badania
Koniec badania zmęczenia krótkoczasowego definiuje się zwykle jako procentowy spadek siły od linii regresji ustabilizowanej histerezy.
Ze względu na zachowanie materiału ważne jest, aby na początku zarejestrować każdą pętlę histerezy. W obszarze stabilizacji wystarczy, jeśli przykładowo zapisana zostanie co setna lub tysięczna. Często wybiera się tu odległość logarytmiczną, a jako kryterium zapisywania definiuje się także procentową zmianę siły. Na końcu badania należy ponownie zarejestrować każdy cykl.
Nasze oprogramowanie badawcze do badania Low Cycle Fatigue
Oprogramowanie badawcze testXpert R służy do regulowanego wydłużeniem określania wytrzymałości krótkoczasowej metali zgodnie z ASTM E 606. Jako wartość zadaną zwykle wybiera się trójkąt o stałej amplitudzie. Możliwe są również sygnały sinusoidalne.
Do regulacji wydłużenia zostaje nałożony odpowiedni czujnik wydłużenia. Z reguły badanie przeprowadza się w podwyższonych temperaturach.
Ze względu na różne zachowanie materiału, mięknięcie czy twardnienie ważne jest, aby na początku zarejestrować wszystkie pętle histerezy. Liczba może być dowolnie zdefiniowana przez użytkownika.
