{"id":1690,"date":"2019-05-22T02:47:38","date_gmt":"2019-05-22T02:47:38","guid":{"rendered":"http:\/\/www.meetyoucarbide.com\/single-post-the-introduction-of-fatigue-test-methods\/"},"modified":"2020-05-04T13:12:07","modified_gmt":"2020-05-04T13:12:07","slug":"the-introduction-of-fatigue-test-methods","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/die-einfuhrung-von-ermudungstestmethoden\/","title":{"rendered":"Die Einf\u00fchrung von Erm\u00fcdungspr\u00fcfverfahren"},"content":{"rendered":"
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Wenn ein Punkt des Bauteils einer ausreichend gro\u00dfen St\u00f6rspannung ausgesetzt wird, bildet sich nach einer ausreichenden Anzahl von Zyklen ein Riss, und dieses Ph\u00e4nomen wird als Erm\u00fcdung bezeichnet. Erm\u00fcdungsbruch ist die Hauptursache f\u00fcr das Versagen von Konstruktionsstrukturen und Bauteilen. In der aktuellen Anwendung und Forschung gibt es vier Haupttypen von Erm\u00fcdungspr\u00fcfverfahren:<\/div>\n
1. Nennspannungs- und Dehnungsmethode;<\/div>\n
2. Lokale Spannungs- und Dehnungsmethode;<\/div>\n
3. Energiemethode;<\/div>\n
4. Bruchmechanische Methode.<\/div>\n
In diesem Artikel werden die vier Arten von Methoden und ihre Anwendungen kurz vorgestellt.<\/div>\n

1. Nennspannungsmethode<\/h2>\n
Die Nennspannungsmethode ist eine Methode zur Anwendung eines Nennspannungstests auf eine Standardkomponente und wird gem\u00e4\u00df der Beziehung zwischen der maximalen zyklischen Spannung und der Streckspannung in Spannungserm\u00fcdung und Dehnungserm\u00fcdung klassifiziert.<\/div>\n
Zun\u00e4chst wird eine Spannungserm\u00fcdung eingef\u00fchrt, die als Spannungserm\u00fcdung definiert wird, wenn die maximale zyklische Spannung Smax kleiner als die Flie\u00dfspannung Sy ist. Aufgrund des Spannungserm\u00fcdungstests betr\u00e4gt die Materiallebensdauer mehr als das 104-fache. Daher wird Spannungserm\u00fcdung auch als Erm\u00fcdung mit hohem Zyklus bezeichnet. Nach der Theorie der Spannungserm\u00fcdung sind die Spannung S des Metallmaterials und die Anzahl N der Versagenszyklen nichtlinear verteilt. Verf\u00fcgbare Potenzfunktionen: Nehmen Sie den Logarithmus: oder verwenden Sie Exponential: Nehmen Sie den Logarithmus zur Darstellung. Diese Methode wird als SN-Methode bezeichnet. Die Ergebnisse wurden unter Verwendung der SN-Kurve oder der p (\u00dcberlebensrate) -SN-Kurve im tats\u00e4chlichen Test analysiert.<\/div>\n
Die Spannungserm\u00fcdung wird im Allgemeinen f\u00fcr die SN-Kurve der Materialerm\u00fcdung verwendet. Wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, wird die Erm\u00fcdungsgrenze der Magnesiumlegierung AZ31B (das Spannungsverh\u00e4ltnis betr\u00e4gt 0,1 und die Erm\u00fcdungslebensdauer betr\u00e4gt 107 entsprechend der Erm\u00fcdungslast) durch das Hebeverfahren gepr\u00fcft. Die Erm\u00fcdungsgrenze der Magnesiumlegierungsprobe AZ31B in der Abbildung betr\u00e4gt 97,29 MPa.<\/div>\n
Abbildung 1. Erm\u00fcdungstest der Magnesiumlegierung AZ31B<\/div>\n

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Abbildung 2. SN-Kurve des Erm\u00fcdungstests der Magnesiumlegierung AZ31B<\/div>\n

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Die Dehnungserm\u00fcdung wird bei der Pr\u00fcfung von Bauteilen mit hoher Belastung und geringer Lebensdauer angewendet. Die Definition lautet: Wenn die maximale zyklische Spannung Smax gr\u00f6\u00dfer als die Streckspannung Sy ist, handelt es sich um Dehnungserm\u00fcdung. Der Spannungserm\u00fcdungstest wird verwendet, um das Bauteil bei hoher Last und niedriger Frequenz zu untersuchen. Beispielsweise liegt w\u00e4hrend der Lebensdauer des Druckbeh\u00e4lters die Gesamtzahl der Zyklen in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 104. Daher wird die Dehnung als Beschreibung der Erm\u00fcdungsleistungsparameter verwendet. Spannungserm\u00fcdung wird auch als Erm\u00fcdung mit geringem Zyklus bezeichnet.<\/div>\n
Basierend auf Dehnungserm\u00fcdungsforschern haben Wissenschaftler die folgende Theorie aufgestellt, die Spannungs-Dehnungs-Beziehung (Remberg-Osgood-Elastoplast-Spannungs-Dehnungs-Beziehung) von Materialien:<\/div>\n

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In der Formel ist die elastische Dehnungsamplitude \u03b5p die plastische Dehnungsamplitude.<\/div>\n
Bei dem symmetrischen Dehnungstest mit konstanter Amplitude kann aufgrund der plastischen Verformung des Materials die Spannung nicht durch den urspr\u00fcnglichen Pfad verringert werden, wenn die Dehnung verringert wird, und die Spannungs-Dehnungs-Kurve ist ringf\u00f6rmig. Diese Kurve wird als Hystereseschleife bezeichnet. Wenn die Anzahl der Zyklen zunimmt, nimmt die Spannung der gleichen Dehnungsamplitude zu oder ab. Die Reaktion dieser Spannung, die der \u00c4nderung entspricht, wird als zyklisches H\u00e4rten oder zyklisches Erweichen bezeichnet. Der Zyklus reicht f\u00fcr mehrere Zyklen aus, und einige Materialien bilden eine stabile Hystereseschleife.<\/div>\n
Bei der Dehnungserm\u00fcdung wird eine Spannungs-Dehnungs-Kurve verwendet, um die Tendenz des zyklischen H\u00e4rtens oder zyklischen Erweichens des Materials zu beschreiben. F\u00fcr Materialien mit einer symmetrischen Hystereseschleifenkurve wird dies als Massematerial bezeichnet.<\/div>\n
Die folgende Abbildung zeigt die \u03c3-\u03b5-Kurve der ZK60-Magnesiumlegierung, die in Walzrichtung und Querrichtung belastet ist. In lateraler Richtung ist das Ph\u00e4nomen der zyklischen H\u00e4rtung offensichtlich.<\/div>\n
Abbildung 3. Belastung der Magnesiumlegierung ZK60A entlang der rollenden \u03c3-\u03b5-Kurve<\/div>\n

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Abbildung 4. Belastung der Magnesiumlegierung ZK60A entlang der \u03c3-\u03b5-Querkurve<\/div>\n

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2. Lokale Spannungs- und Dehnungsmethode<\/h2>\n
F\u00fcr die gekerbten Proben und die spannungskonzentrierten Komponenten wird die lokale Spannungs-Dehnungs-Analyse verwendet. Die aktuelle Forschung zeigt, dass die Erm\u00fcdungslebensdauer der Elemente die lokale maximale Dehnung und Spannung ist, und das Konzept des Spannungskonzentrationsfaktors wird vorgeschlagen. Es eignet sich zur Berechnung der Lebensdauer der Materialrissbildung und zur Vorhersage der Resterm\u00fcdungslebensdauer von Bauteilen.<\/div>\n
Die von der lokalen Stressmethode vorgeschlagene Theorie hat die Neuber-Formel (Stresskonzentrationsformel)<\/div>\n
Minner-Theorie (Theorie des kumulativen Erm\u00fcdungsschadens): Die Erm\u00fcdungslebensdauer eines Elements unter konstanter Spannung S betr\u00e4gt N, dann betr\u00e4gt der Schaden durch n Zyklen:<\/div>\n

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Wenn ni Zyklen unter k konstanter Spannung Si ausgesetzt werden, kann der Gesamtschaden definiert werden als:<\/div>\n

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Die Schadenskriterien sind:<\/div>\n

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Die Anwendung der lokalen Spannungsmethode ist in Abbildung 5 und Abbildung 6 dargestellt.<\/div>\n
Abbildung 5. Vorhersage der Lebensdauer von gekerbten Proben<\/div>\n
Abbildung 6. Vorhersage der Lebensdauer des Krans (Kranspannungs- und Dehnungspr\u00fcfpunktverteilungskarte)<\/div>\n

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Die Lebensdauer des Spannungskonzentrationspunkts wird nach folgender Formel berechnet:<\/div>\n

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Wobei: Sf - \u00e4quivalente Spannung glatte Probe Erm\u00fcdungslebensdauer<\/div>\n
Abbildung 6 Die Berechnungsmethode f\u00fcr die Erm\u00fcdungslebensdauer des Krans besteht darin, die Zeitverlaufskarte verschiedener Testpunkte einzugeben, die Erm\u00fcdungslebensdauergleichung f\u00fcr jeden Punkt einzugeben und die Resterm\u00fcdungslebensdauer f\u00fcr jeden Punkt zu berechnen. Der Standard-Mindestlebensdauerpunkt ist die verbleibende Lebensdauer des Ger\u00e4ts. F\u00fcr Krane haben Wissenschaftler vorgeschlagen, dass der kumulative Schadenswert D von gew\u00f6hnlichem Stahl 0,68 erreicht.<\/div>\n

3.Energiemethode<\/h2>\n
Die Infrarot-Thermografie ist eine Methode zur Vorhersage der Erm\u00fcdungsleistung auf der Grundlage des Energiekonstantengesetzes des Materialerm\u00fcdungsprozesses. Das Erm\u00fcdungsw\u00e4rmebildgebungsverfahren basiert auf der thermodynamischen Energie U, der kinetischen Energie K und anderen Formen der Energiedissipation im Erm\u00fcdungsprozess. Die Summe der Energie\u00e4nderungen E und der vom Objekt absorbierten oder dissipierten thermischen \u00c4nderung Q sollte die Arbeit W sein, die auf das Objekt wirkt. das Gleiche.<\/div>\n
Die Erm\u00fcdungsw\u00e4rmebildgebung bietet die Vorteile einer zerst\u00f6rungsfreien Echtzeitber\u00fchrung. Gleichzeitig ist es aufgrund der nichtlinearen Beziehung zwischen Energiedissipation und Erm\u00fcdungslast und des Fehlers der Temperaturdissipation unter Verwendung der W\u00e4rmeableitung immer noch nicht f\u00fcr industrielle Messungen geeignet.<\/div>\n
Die aktuelle Forschung hat die folgende pr\u00e4diktive Modelltheorie vorgeschlagen: Luong-Methode, \u2206Tmax und Erm\u00fcdungslebensdauer Nf sind wie folgt:<\/div>\n

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Wobei: C1, C2 Konstanten sind.<\/div>\n
Daher kann die Erm\u00fcdungsgrenze durch das Zweidrahtverfahren vorhergesagt werden. Basierend auf der W\u00e4rmeableitung haben Wissenschaftler die folgenden Modelle vorgeschlagen:<\/div>\n

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R-Temperaturanstiegsneigung<\/div>\n
Das Folgende ist eine Studie \u00fcber die Erm\u00fcdungs-W\u00e4rmebildmethode des Lehrerteams Zhang Hongxia von der Taiyuan University of Technology. Die Lebensdauer der Mg-Legierung AZ31B wurde durch W\u00e4rmebildgebung schnell vorhergesagt. Es ist nur erforderlich, den Temperaturanstieg der ersten Stufe der Probe zu testen, um die Erm\u00fcdungsgrenze des Materials nach der Zweilinienmethode vorherzusagen. Abbildung 7, Abbildung 8, Abbildung 9.<\/div>\n
Abbildung 7. Oberfl\u00e4chentemperatur der AZ31B-Magnesiumlegierungsprobe mit unterschiedlichen Zykluszeiten im Erm\u00fcdungstest<\/div>\n

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Abbildung 8. Oberfl\u00e4chentemperaturkurve der Probe des AZ31B-Erm\u00fcdungsprozesses<\/div>\n

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Abbildung 9. Die Variation der Temperatur mit der Erm\u00fcdungsbelastung<\/div>\n

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4. Bruchmechanische Methode<\/h2>\n
Die lineare elastische Bruchmechanik ist die theoretische Grundlage f\u00fcr die Untersuchung des Wachstums von Erm\u00fcdungsrissen. Die Ausbreitung von Erm\u00fcdungsrissen kann auch quantitativ durch den Spannungsintensit\u00e4tsfaktor K beschrieben werden.<\/div>\n
Unter der Erm\u00fcdungslast ist die \u00c4nderungsrate a der Rissl\u00e4nge a mit der Anzahl der Zyklen N, da \/ dN die Geschwindigkeit des Erm\u00fcdungsrisswachstums, die die Geschwindigkeit der Rissausbreitung widerspiegelt. F\u00fcr eine gegebene Rissl\u00e4nge a nimmt da \/ dN mit zunehmender zyklischer Spannungsamplitude \u2206\u03c3 zu (je gr\u00f6\u00dfer \u2206\u03c3, desto gr\u00f6\u00dfer \u2206K). Basierend auf diesem Ph\u00e4nomen haben Wissenschaftler da \/ dN-\u2206K (Rissausbreitung) untersucht. Die Kurve zur Erh\u00f6hung der Intensit\u00e4t der Spannungsbelastung kann in drei Zonen unterteilt werden: Zone mit niedriger Rate, mittlere Rate, Zone mit hoher Rate. Die Pariser Formel besagt, dass es einen linearen Zusammenhang zwischen der stabilen Ausdehnung der mittleren Rate gibt:<\/div>\n
Summenformel f\u00fcr die Form der Rissspitze:<\/div>\n

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Die Bildung und Ausdehnung von Erm\u00fcdungsrissen kann im Rahmen der Schadensmechanik vereinheitlicht werden.<\/div>\n
Das Folgende ist eine Untersuchung der Risswachstumsrate der Magnesiumlegierung AZ31B und der Bewertung der stabilen Expansionsrate von AZ31B.<\/div>\n
Figure 10. Schematische Darstellung des Konkurrenzmechanismus der Erm\u00fcdungsrisspitze<\/div>\n

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Figure 11. Schematische Darstellung von drei verschiedenen Bereichen des Spannungs-Dehnungs-Feldes an der Rissspitze<\/div>\n

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Figure 12. Schematische Darstellung der aN-Kurve des Konkurrenzmechanismus der Erm\u00fcdungsrisspitze<\/div>\n

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Figure 13. Schematische Darstellung der da \/ dN-\u0394K-Kurve f\u00fcr den Konkurrenzmechanismus der Erm\u00fcdungsrisspitze<\/div>\n

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AB-Segment (mittlere Ratenzone): da \/ dN = 4,57 \u00d7 10 \u20137 (& Dgr; K) 3,25 (7,2 & Dgr; K \u2264 13,5 MPa \u00b7 m1 \/ 2)<\/div>\n
BC-Segment (Hochgeschwindigkeitszone): da \/ dN = 3,16 \u00d7 10 \u201310 (\u0394K) 6,21 (13,5 \u0394K \u2264 22,1 MPa \u00b7 m1 \/ 2)<\/div>\n
Fazit:<\/div>\n
Die vier Arten von Methoden unterscheiden sich in der Anwendung. Die Nennspannungsmethode und die lokale Spannungsmethode eignen sich f\u00fcr die Pr\u00fcfung der Material- und Bauteilleistung im industriellen Bereich. Die Energiemethode kann die Erm\u00fcdungslebensdauer des Materials vorhersagen, und die Bruchmechanik vereinheitlicht erfolgreich die Bildung und Ausdehnung von Erm\u00fcdungsrissen.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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When a point of the component is subjected to a sufficiently large disturbance stress, a crack is formed after a sufficient number of cycles, and this phenomenon is called fatigue. Fatigue fracture is the main cause of failure of engineering structures and components. In the current application and research, there are four main types of…<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[79],"tags":[],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1690"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1690"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1690\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1690"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1690"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1690"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}