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      超聲波疲勞試驗器

      超聲波疲勞試驗器

      更新時間:2021-05-22

      產品型號:

      產品報價:

      產品特點:超聲波疲勞試驗器用于進行測定金屬、合金材料及其構件在室溫狀態下的拉伸、壓縮或拉壓交變負荷的疲勞特性、疲勞壽命、預制裂紋及裂紋擴展試驗。針對現代機械裝備零件超長壽命和超高可靠性要求,傳統的疲勞試驗技術已無法滿足現在的要求。超聲波疲勞試驗是一種加速共振式的疲勞試驗方法,可大大縮短試驗的時間,是航空發動機葉片超長壽疲勞試驗唯yi可用方案。

      超聲波疲勞試驗器的詳細資料:

      隨著工業技術的發展,許多金屬零件的設計疲勞壽命逐漸增加。金屬材料的高周疲勞行為已成為一項研究重點。金屬疲勞,是機器、車輛或結構的金屬零件因反復施加應力或載荷而引起的弱化狀態,最終導致斷裂。因此,為了確保機器、車輛等的質量,需要對其零件進行疲勞檢測。

      金屬疲勞造成空難

      2018年4月17日1380次航班(波音737-700),從紐約– 拉瓜迪亞機場前往達拉斯愛田機場。

      1號發動機的13號風扇葉片丟失。有證據表明葉片破裂的區域存在金屬疲勞。事故發動機的風扇葉片,自新安裝以來累計超過32000個發動機循環。

      金屬疲勞試驗重要性

      航空燃氣渦輪發動機是飛機、直升機的主要動力裝置,是長期制約我國航空工業和軍事裝備發展的關鍵裝備。航空發動機是具有多個轉子且工況變化十分頻繁的高速旋轉機械, 其部件(特別是葉片和盤)承受十分復雜振動載荷。

      PW4084發動機,配裝波音777客機

      由振動載荷引起的材料疲勞問題是制約航空發動機高可靠性、長壽命服役的關鍵問題,長期以來一直困擾我國航空發動機的研制生產和安全使用。

      葉片疲勞因素

      高周疲勞(HCF)和超高周疲勞(VHCF)主要是由各種氣動、機械源誘導的振動應力引起的,其頻率可達數千赫茲,可以導致發動機重要部件(風扇、壓氣機和渦輪葉片或盤,以及導管)疲勞斷裂,甚至導致飛行事故。

      • 發動機內流擾動
      • 自激振動(顫振和抖振流動分離)
      • 流動畸變(壓力)
      • 轉子不平衡
      疲勞測試的類型
      疲勞測試包括以下類型,這些類型根據所施加載荷的形式,環境因素等進行分類。
       
      拉伸壓縮疲勞試驗
      通過結合使用拉力,卸載和壓縮來評估抵抗循環應力的耐力(疲勞強度)。
       
      高周疲勞測試
       
      在大約1-5000 Hz的頻率下進行正常疲勞測試。高周疲勞測試通過測量材料對施加相對大量的恒定振幅直接應力循環的抵抗力來確定材料的疲勞強度。這種疲勞試驗往往與彈性狀態下的載荷有關,并持續進行到試樣完全分離或達到預定數量的載荷循環而沒有試樣失效為止。
      通過超聲波疲勞試驗機,可以對金屬零件進行高效的高周疲勞試驗。與傳統的疲勞試驗機相比,能夠提高幾十倍的測試效率。
       
      低周疲勞測試
      疲勞測試,使用慢應變率,頻率小于10 Hz。低周疲勞測試通常運行緩慢,只有相對較短的失效周期。該測試的特點是高振幅,低頻塑性應變,通常在高溫下進行。
       
      Gigacycle疲勞測試
      疲勞測試,在短時間內通過超聲波振動等施加大約10的九次方個循環甚至更多。

      聲疲勞試驗原理

      超聲疲勞試驗是一種加速共振式的疲勞試驗方法,在被加載試樣上建立機械諧振波?;趬弘娚炜s原理并利用高能超聲波諧振技術,它的測試頻率(20kHz)遠遠超過了常規疲勞測試頻率。在實際試驗時間內能得到疲勞度以及閾值附近的數據,由于頻率高,能夠迅速地檢測各種各種工業材料的高重復周期的疲勞極限。

      針對現代機械裝備零件超長壽命和超高可靠性要求,超聲波疲勞試驗器基于超聲波諧振原理,在試樣上產生高頻振動載荷,完成材料的(超)高周疲勞性能試驗。本公司研制的第三代多功能超聲波疲勞試驗器具有工作頻率范圍寬、輸出幅值大、控制精度高的特點,可以開展各種金屬材料和復合材料的變應力比軸向對稱拉壓、變應力比三點彎曲、振動彎曲等多種加載形式的超聲疲勞試驗,同時提供軸向拉壓、三點彎曲、振動彎曲等各類試樣的輔助優化設計軟件。

      超聲疲勞試驗優點

      • 可作隨機變幅加載,包括低水平載荷,從而更接近工程實際。
      • 采用計算機設定和控制試驗,可以簡單地再現微小缺陷而產生的疲勞破壞。
      • 由于在共振狀態下進行試驗,可以產生高應力,能夠進行1000MP*的鋼材試驗。
      • 試驗設備所需輸出功率很低(數十瓦到數百瓦),可大量節省能源,節約試驗經費。
      • 諧振時試件端部的應力水平很低,從而簡化了試件裝夾,只需一端裝夾,這對于脆性材料很有利。
      • 以20KHz的重復頻率快速評價金屬材料的疲勞壽命,縮短試驗時間數百倍乃至上千倍。

       

      以10 9疲勞試驗為例

      20Hz伺服液壓疲勞試驗需要1.5年;

      50Hz旋轉彎曲試驗機需要231天;

      300Hz高頻振動臺需要38.5天;

      20Khz超聲疲勞實驗僅需13.8小時。

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      疲勞測試過程

      低循環疲勞和高循環疲勞測試過程可測量材料承受反復載荷循環的能力??梢栽谧兓呢撦d,速度和溫度下執行測試。測試結果有助于預測可能在這些類型的苛刻條件下暴露的材料和零件的壽命。在選擇或驗證材料時,通常會執行疲勞測試來表征材料特性。

      高循環疲勞測試和低循環疲勞測試都使用循環載荷來評估材料的使用壽命,這些材料會承受應變和應力波動的情況,這可能會導致破裂或斷裂。這些測試對于確保產品安全非常有價值,尤其是在故障可能導致嚴重傷害或重大損壞的行業中。

      常見金屬疲勞試驗

      在工業應用中使用最廣泛的金屬之一是鋁及其合金。它是僅次于鋼鐵的第二種廣泛生產的金屬。鋁合金經常被用于現代工業,如今,超過40%的航空航天零件是由這些合金制成的。因此,對鋁及鋁合金進行疲勞試驗特別重要。將鋁材料進行工業應用意味著機械負載和腐蝕的結合,從而導致應力集中和材料破壞。開展鋁及鋁合金的疲勞試驗的主要目的是,尚未開展有關在常規和超聲測試下,預腐蝕對疲勞強度的影響航空鋁合金。

      鎂合金是具有高比重的材料強度和阻尼能力。它們還具有良好的鑄造性,易于回收。它們的延展性有限,易氧化且相對極限強度低,目前受到限制,其廣泛的應用。鎂合金的研究主要集中在耐腐蝕性、爬行電阻和疲勞壽命耐久性。

      對于輕金屬沒有真正的疲勞限制。傳統疲勞機來進行這樣的疲勞實驗會非常耗時,但是如果使用頻率為20kHz的超聲疲勞測試,進行10的八次方個循環大約兩個小時即可到達。

      設備參數

      工作頻率20KHz±1KHz使用功率2000W
      頻率分辨率1Hz波形失真度<1%(20KHz正弦波)
      輸出振幅±10~±75μm控制精度1μm
      線性度>99%驅動電源數控發生器
      工作模式連續或間斷工作產品型號HC-DF2030GD-3
      超聲振動應力范圍:(以鈦合金為例)
      拉壓100~750MPa三點彎曲65~487.5MPa
      振動彎曲55~412.5MPa平均應力范圍0~1000MPa

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