Giới thiệu các phương pháp kiểm tra độ mỏi

Khi một điểm của thành phần chịu ứng suất nhiễu đủ lớn, vết nứt được hình thành sau một số chu kỳ đủ và hiện tượng này được gọi là mỏi. Gãy mỏi là nguyên nhân chính của sự thất bại của các cấu trúc và thành phần kỹ thuật. Trong ứng dụng và nghiên cứu hiện tại, có bốn loại phương pháp thử nghiệm mỏi chính:
1. Phương pháp ứng suất và biến dạng danh nghĩa;
2. Phương pháp căng thẳng và căng thẳng cục bộ;
3. Phương pháp năng lượng;
4. Phương pháp cơ học gãy xương.
Bài viết này giới thiệu ngắn gọn về bốn loại phương pháp và ứng dụng của chúng.

1. Phương pháp ứng suất danh nghĩa

Phương pháp ứng suất danh nghĩa là phương pháp áp dụng một bài kiểm tra căng thẳng định mức cho một thành phần tiêu chuẩn, và được phân loại thành mệt mỏi căng thẳng và mệt mỏi căng thẳng theo mối quan hệ giữa ứng suất chu kỳ tối đa và ứng suất.
Đầu tiên, mệt mỏi căng thẳng được giới thiệu, được định nghĩa là mệt mỏi căng thẳng nếu căng thẳng tuần hoàn tối đa Smax nhỏ hơn ứng suất Sy. Do các thử nghiệm mệt mỏi căng thẳng, cuộc sống vật chất là hơn 104 lần, do đó mệt mỏi căng thẳng còn được gọi là mệt mỏi chu kỳ cao. Theo lý thuyết về mỏi mỏi ứng suất, ứng suất S của vật liệu kim loại và số N chu kỳ của sự thất bại được phân phối không tuyến tính. Các hàm năng lượng khả dụng: lấy logarit :, hoặc sử dụng hàm mũ: lấy logarit để biểu diễn, phương thức này được gọi là phương thức SN. Các kết quả được phân tích bằng đường cong SN hoặc đường cong p (tỷ lệ sống) -SN trong thử nghiệm thực tế.
Mệt mỏi ứng suất thường được sử dụng cho đường cong SN mỏi vật liệu. Như được hiển thị trong Hình 1 và Hình 2, giới hạn mỏi của hợp kim magiê AZ31B (tỷ lệ ứng suất là 0,1 và tuổi thọ mỏi là 107 tương ứng với tải trọng mỏi) được kiểm tra bằng phương pháp nâng. Giới hạn mỏi của mẫu hợp kim magiê AZ31B trong hình là 97,29 MPa.
Hình 1. Thử nghiệm mỏi hợp kim magiê AZ31B

Hình 2. Đường cong SN thử nghiệm hợp kim magiê AZ31B

Độ mỏi căng được áp dụng để kiểm tra các thành phần tuổi thọ tải cao, thiết kế thấp. Định nghĩa là: nếu ứng suất theo chu kỳ tối đa Smax lớn hơn ứng suất Sy, thì đó là mỏi mỏi căng thẳng. Thử nghiệm mỏi ứng suất được sử dụng để nghiên cứu thành phần ở mức tải cao và tần số thấp. Ví dụ, trong suốt thời gian sử dụng của bình chịu áp lực, tổng số chu kỳ theo thứ tự 104. Do đó, biến dạng được sử dụng làm mô tả tham số hiệu suất mỏi. Mệt mỏi căng thẳng còn được gọi là mệt mỏi chu kỳ thấp.
Dựa trên các học giả nghiên cứu mệt mỏi căng thẳng đưa ra lý thuyết sau đây, mối quan hệ căng thẳng căng thẳng (căng thẳng đàn hồi R căng thẳng-Osgood) của vật liệu:

Trong công thức, biên độ biến dạng đàn hồi εe, εp là biên độ biến dạng dẻo.
Trong thử nghiệm biến dạng đối xứng biên độ không đổi, do biến dạng dẻo của vật liệu, ứng suất không thể giảm theo đường dẫn ban đầu khi biến dạng giảm và đường cong biến dạng ứng suất là hình khuyên. Đường cong này được gọi là vòng trễ. Khi số chu kỳ tăng, ứng suất biên độ biến dạng tương tự sẽ tăng hoặc giảm. Phản ứng của ứng suất này tương ứng với sự thay đổi được gọi là làm cứng theo chu kỳ hoặc làm mềm theo chu kỳ. Chu trình là đủ cho một vài chu kỳ và một số vật liệu sẽ tạo thành một vòng trễ trễ ổn định.
Trong mỏi mỏi căng thẳng, một đường cong căng thẳng căng thẳng được sử dụng để mô tả xu hướng làm cứng theo chu kỳ hoặc làm mềm theo chu kỳ của vật liệu. Đối với các vật liệu có đường cong vòng trễ đối xứng, nó được gọi là vật liệu Massing.
Hình dưới đây cho thấy đường cong - of của hợp kim magiê ZK60 được tải theo hướng lăn và hướng ngang. Theo hướng bên, hiện tượng đông cứng theo chu kỳ là rõ ràng.
Hình 3. Tải trọng hợp kim magiê ZK60A dọc theo đường cong-

Hình 4. Tải trọng hợp kim magiê ZK60A dọc theo đường cong-trans ngang

2. Phương pháp căng thẳng và căng thẳng cục bộ

Đối với các mẫu thử có dấu và các thành phần tập trung ứng suất, phân tích biến dạng ứng suất cục bộ được sử dụng. Nghiên cứu hiện tại cho thấy cuộc sống mệt mỏi của các thành viên là căng thẳng và căng thẳng tối đa cục bộ, và khái niệm về yếu tố tập trung căng thẳng được đề xuất. Nó phù hợp để tính toán tuổi thọ của sự hình thành vết nứt vật chất và dự đoán tuổi thọ mỏi của các bộ phận.
Lý thuyết được đề xuất bởi phương pháp ứng suất cục bộ có công thức Neuber (công thức tập trung ứng suất)
Lý thuyết Minner (lý thuyết thiệt hại tích lũy mỏi): Tuổi thọ mỏi của thành viên chịu áp lực S liên tục là N, sau đó thiệt hại qua n chu kỳ là:

Nếu chịu chu kỳ ni dưới ứng suất Si không đổi, tổng thiệt hại có thể được xác định là:

Các tiêu chí thiệt hại là:

Ứng dụng của phương pháp ứng suất cục bộ được thể hiện trong Hình 5 và Hình 6.
Hình 5. Dự đoán tuổi thọ mỏi của mẫu vật có dấu
Hình 6. Dự đoán tuổi thọ mỏi của cần trục (bản đồ phân bố điểm thử nghiệm ứng suất và ứng suất)

Tuổi thọ mỏi điểm tập trung ứng suất được tính theo công thức sau:

Trong đó: Sf - căng thẳng tương đương mẫu mịn cuộc sống mệt mỏi
Hình 6 Phương pháp tính toán tuổi thọ mỏi của cần trục là nhập sơ đồ lịch sử thời gian của các điểm kiểm tra khác nhau và nhập phương trình tuổi thọ mỏi của từng điểm và tính tuổi thọ mỏi của từng điểm. Điểm tối thiểu cuộc sống mặc định là tuổi thọ mỏi còn lại của thiết bị. Đối với cần cẩu, các học giả đã cho rằng giá trị thiệt hại tích lũy D của thép thường đạt 0,68.

Phương pháp 3.energy

Nhiệt kế hồng ngoại là một phương pháp để dự đoán hiệu suất mỏi dựa trên định luật hằng số năng lượng của quá trình mỏi vật liệu. Phương pháp hình ảnh nhiệt mỏi dựa trên năng lượng nhiệt động lực học U, động năng K và các dạng tiêu tán năng lượng khác trong quá trình mỏi. Tổng năng lượng thay đổi E và thay đổi nhiệt Q được hấp thụ hoặc tiêu tán bởi đối tượng nên là công việc W tác động lên vật thể. giống nhau.
Hình ảnh nhiệt mệt mỏi có những ưu điểm của không phá hủy, thời gian thực, không tiếp xúc. Đồng thời, do mối quan hệ phi tuyến giữa tản năng lượng và tải mỏi, và lỗi tản nhiệt khi sử dụng tản nhiệt, nó vẫn không phù hợp với phép đo công nghiệp.
Nghiên cứu hiện tại đã đề xuất lý thuyết mô hình dự đoán sau đây, phương pháp Lương, maxTmax và tuổi thọ mỏi Nf như sau:

Trong đó: C1, C2 là hằng số.
Do đó, giới hạn mỏi có thể được dự đoán bằng phương pháp hai dây. Dựa trên sự tản nhiệt, các học giả đã đề xuất các mô hình sau:

Độ dốc tăng nhiệt độ R
Sau đây là nghiên cứu về phương pháp chụp ảnh nhiệt mỏi của đội ngũ giáo viên Zhang Hongxia từ Đại học Công nghệ Thái Nguyên. Tuổi thọ mỏi của hợp kim AZ31B Mg nhanh chóng được dự đoán bằng hình ảnh nhiệt. Chỉ cần kiểm tra sự tăng nhiệt độ của giai đoạn đầu tiên của mẫu để dự đoán giới hạn mỏi của vật liệu theo phương pháp hai dòng. Hình 7, Hình 8, Hình 9, tương ứng.
Hình 7. Nhiệt độ bề mặt của mẫu hợp kim magiê AZ31B với thời gian chu kỳ khác nhau trong thử nghiệm mỏi

Hình 8. Đường cong nhiệt độ bề mặt mẫu quá trình mỏi AZ31B

Hình 9. Sự thay đổi của nhiệt độ với tải mỏi

4. Phương pháp cơ học gãy xương

Cơ học đứt gãy đàn hồi tuyến tính là cơ sở lý thuyết để nghiên cứu sự tăng trưởng vết nứt mỏi. Sự lan truyền vết nứt mỏi cũng có thể được mô tả một cách định lượng bằng yếu tố cường độ ứng suất K.
Theo tải trọng mỏi, tốc độ thay đổi a của chiều dài vết nứt a với số chu kỳ N, da / dN, là tốc độ tăng trưởng vết nứt mỏi, phản ánh tốc độ lan truyền vết nứt. Đối với độ dài vết nứt cho trước a, da / dN tăng khi tăng biên độ ứng suất theo chu kỳ (càng lớn, ∆K càng lớn). Dựa trên hiện tượng này, các học giả đã nghiên cứu da / dN-∆K (lan truyền vết nứt). Đường cong tăng cường độ ứng suất, đường cong có thể được chia thành ba vùng: tốc độ thấp, tốc độ trung bình, vùng tốc độ cao. Công thức Paris nói rằng có một mối quan hệ tuyến tính giữa sự mở rộng ổn định của tỷ lệ trung bình:
Công thức thực nghiệm cho hình dạng của vết nứt

Sự hình thành và mở rộng vết nứt mỏi có thể được thống nhất trong khuôn khổ cơ học thiệt hại.
Sau đây là nghiên cứu về tốc độ tăng trưởng vết nứt của hợp kim magiê AZ31B và đánh giá tốc độ mở rộng ổn định của AZ31B.
Hình 10. Sơ đồ của cơ chế cạnh tranh vết nứt mỏi

Hình 11. Sơ đồ của ba vùng khác nhau của trường biến dạng ứng suất ở đầu vết nứt

Hình 12. Sơ đồ của đường cong aN của cơ chế cạnh tranh vết nứt mỏi

Hình 13. Sơ đồ của đường cong da / dN-K cho cơ chế cạnh tranh vết nứt mỏi

Đoạn AB (vùng tốc độ trung bình) da da / dN = 4,57 × 10-7 (K) 3,25 (7,2 K≤13,5 MPa • m1 / 2)
Đoạn BC (vùng tốc độ cao) da da / dN = 3,16 × 10-10 (K) 6,21 (13,5 K≤22,1 MPa • m1 / 2)
Phần kết luận:
Bốn loại phương pháp là khác nhau trong ứng dụng. Phương pháp ứng suất danh nghĩa và phương pháp ứng suất cục bộ phù hợp cho thử nghiệm hiệu suất vật liệu và thành phần trong lĩnh vực công nghiệp. Phương pháp năng lượng có thể dự đoán tuổi thọ mỏi của vật liệu và phương pháp cơ học gãy xương hợp nhất thành công sự hình thành và giãn nở vết nứt mỏi.

Viết một bình luận

viTiếng Việt
en_USEnglish zh_CN简体中文 es_ESEspañol arالعربية hi_INहिन्दी pt_BRPortuguês do Brasil bn_BDবাংলা ru_RUРусский ja日本語 pa_INਪੰਜਾਬੀ jv_IDBasa Jawa de_DEDeutsch ko_KR한국어 fr_FRFrançais tr_TRTürkçe pl_PLPolski viTiếng Việt