Τι είναι η Κόπωση;
Η δοκιμή κόπωσης είναι μια δοκιμή στην οποία επαναλαμβανόμενες τάσεις κάτω από τη στατική αντοχή εφαρμόζονται σε ένα δείγμα ενώ προσδιορίζεται ο αριθμός των κύκλων μέχρι την αστοχία. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται ως καμπύλη τάσης-κύκλου (S-N).
Σκοπός της Κόπωση
Ο σκοπός είναι να προβλέψουμε τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων που λειτουργούν υπό επαναλαμβανόμενο φορτίο και να καθορίσουμε το όριο αντοχής κόπωσης για το σχεδιασμό.
Σε ποια προϊόντα εφαρμόζεται η Κόπωση;
- Άξονες, άξονες και εξαρτήματα συστήματος μετάδοσης κίνησης
- Ελατήρια και συνδετήρες
- Συγκολλημένοι δομικοί σύνδεσμοι
- Εξαρτήματα αεροδιαστημικής και αυτοκινήτων
- Δοχεία πίεσης και σωλήνας
Σε ποιους τομείς χρησιμοποιείται η Κόπωση;
Πρότυπα σχετικά με τη Κόπωση
- ISO 1099
- ISO 1143
- ASTM E466
- ASTM E606
- ISO 12107
Συνθήκες της Κόπωση
- Τύπος φόρτωσης
- Αξονική τάση-συμπίεση, περιστροφική κάμψη ή στρέψη
- Αναλογία στρες
- R = σmin/σmax; ορίζεται στην προδιαγραφή
- Συχνότητα
- Επιλέγεται έτσι ώστε να αποτρέπεται η θέρμανση. τυπικά 5–100 Hz
- Λήξη
- Κάταγμα ή επίτευξη του καθορισμένου αριθμού κύκλων (π.χ. 107)
Εξοπλισμός για τη Κόπωση
- Μηχάνημα σερβοϋδραυλικής ή συντονισμού κόπωσης
- Περιστρεφόμενη-κάμψη μηχανή κόπωσης
- Μετρητής κύκλων και αυτόματη απενεργοποίηση
- Παρακολούθηση θερμοκρασίας
Απαιτήσεις δείγματος για τη Κόπωση
- Η επιφάνεια του δείγματος πρέπει να υποστεί μηχανική κατεργασία στην τραχύτητα που ορίζεται στο πρότυπο
- Η επιφάνεια πρέπει να είναι άψογη εάν δεν υπάρχει εγκοπή ή ασυνέχεια
- Για μια καμπύλη S-N απαιτούνται δείγματα σε πολλαπλά επίπεδα τάσης
- Συνιστώνται τουλάχιστον τρία δείγματα ανά επίπεδο
Διάρκεια της Κόπωση
Αυτό είναι ένα τεστ μεγάλης διάρκειας. Μια δοκιμή 107 κύκλου μπορεί να διαρκέσει από αρκετές ημέρες έως αρκετές εβδομάδες, ανάλογα με τη συχνότητα.
Διαδικασία της Κόπωση
- 1Τα δείγματα υποβάλλονται σε μηχανική επεξεργασία και μετρώνται οι διαστάσεις τους.
- 2Τα επίπεδα στρες και η αναλογία στρες προσδιορίζονται.
- 3Το δείγμα τοποθετείται αξονικά στο μηχάνημα.
- 4Η επαναλαμβανόμενη φόρτωση ξεκινά με την καθορισμένη συχνότητα.
- 5Η φόρτωση συνεχίζει να σπάει ή ο κύκλος τερματισμού.
- 6Καταγράφεται ο αριθμός των κύκλων για κάθε επίπεδο και σχεδιάζεται η καμπύλη S-N.
Κριτήρια αποδοχής της Κόπωση
Το κριτήριο αποδοχής δίνεται στην προδιαγραφή ως ελάχιστος αριθμός κύκλων σε καθορισμένο επίπεδο τάσης ή ελάχιστη αντοχή κόπωσης.
Αξιολόγηση Αποτελεσμάτων
Η καμπύλη S-N και η διασπορά αξιολογούνται μαζί. Κάταγμα στη λαβή ή σε ασυνέχεια μπορεί να ακυρώσει το αποτέλεσμα. η επιφάνεια του κατάγματος εξετάζεται για να προσδιοριστεί το σημείο έναρξης.
Έκθεση της Κόπωση
- Εφαρμοσμένο πρότυπο και τύπος φόρτωσης
- Επίπεδα στρες και αναλογία στρες
- Συχνότητα και συνθήκες περιβάλλοντος
- Αριθμός κύκλων για κάθε δείγμα
- Αξιολόγηση καμπύλης S-N και θραύσης-επιφάνειας
Διαπίστευση
Η EUROLAB κατέχει διεθνώς αναγνωρισμένη διαπίστευση που λαμβάνεται από φορείς διαπίστευσης που συμμετείχαν στις συμφωνίες πολυμερούς αναγνώρισης IAF και ILAC, σύμφωνα με το ISO/IEC 17025 για εργαστηριακές δοκιμές, το ISO/IEC 17020 για την επιθεώρηση και την επιτήρηση και το ISO/IEC 17021-1 και το σύστημα πιστοποίησης προϊόντων ISO/IEC. Αυτή η αλυσίδα διασφαλίζει ότι οι εκθέσεις και τα πιστοποιητικά που εκδίδονται γίνονται αποδεκτά παγκοσμίως.
Το εάν αυτή η δοκιμή μπορεί να προσφερθεί εντός αναγνωρισμένου πεδίου εξαρτάται από το προϊόν σας και το πρότυπο που εφαρμόζεται. Δεδομένου ότι η διαπίστευση βασίζεται στη μέθοδο, το πεδίο εφαρμογής επιβεβαιώνεται γραπτώς στο στάδιο της προσφοράς.
Πεδίο εφαρμογής και εξουσιοδοτήσειςΣχετικοί Κανονισμοί
- Προδιαγραφές εξαρτημάτων αεροδιαστημικής και αυτοκινήτου
- Πρότυπα σχεδιασμού δοχείων πίεσης
Mekanik Testler — Τι καλύπτει αυτός ο τομέας δοκιμών;
Η παρακάτω ενότητα περιγράφει τον τομέα στον οποίο ανήκει η δοκιμή Κόπωση· οι συνθήκες και τα κριτήρια αποδοχής αυτής της συγκεκριμένης δοκιμής δίνονται στις παραπάνω ενότητες. Το πεδίο εφαρμογής που αφορά το προϊόν σας επιβεβαιώνεται εγγράφως στο στάδιο της προσφοράς.
Οι μηχανικές δοκιμές μετρούν πώς συμπεριφέρεται ένα υλικό ή εξάρτημα υπό δύναμη. Η οικογένεια εκτείνεται από στατική φόρτιση (εφελκυσμός, θλίψη, κάμψη) έως εξαρτώμενη από τον χρόνο συμπεριφορά (κόπωση, ερπυσμός), και από σκληρότητα και φθορά έως δυσθραυστότητα.
Το κοινό χαρακτηριστικό αυτών των δοκιμών είναι ότι το αποτέλεσμα αναφέρεται ως ιδιότητα υλικού. Το όριο διαρροής ή η σκληρότητα δεν είναι απόφαση συμμόρφωσης· είναι αριθμητικά δεδομένα με τα οποία θα συγκριθεί ο σχεδιασμός και το πρότυπο προϊόντος. Οι εκθέσεις μηχανικών δοκιμών επομένως συνήθως αποτελούν είσοδο για μηχανική απόφαση παρά για έγκριση προϊόντος — επιλογή υλικού, συντελεστής ασφαλείας, πρόβλεψη διάρκειας ζωής.
Η διάκριση μεταξύ στατικής και δυναμικής συμπεριφοράς είναι το κλειδί για την κατανόηση του τομέα. Ένα εξάρτημα μπορεί να φαίνεται εντελώς αφόρτιστο υπό στατικό φορτίο αλλά να σπάει υπό επαναλαμβανόμενη φόρτιση· η θραύση κόπωσης συμβαίνει σε τάσεις πολύ κάτω από το όριο διαρροής και δεν δίνει προειδοποίηση. Για περιστρεφόμενα, δονούμενα ή κυκλικά φορτιζόμενα εξαρτήματα, μια δοκιμή εφελκυσμού μόνη της δεν αποτελεί επομένως επαρκές αποδεικτικό στοιχείο.
Οι συνθήκες δοκιμής καθορίζουν το αποτέλεσμα, και αυτό είναι κρίσιμο για την αναγνωσιμότητα της έκθεσης: γεωμετρία δοκιμίου, ρυθμός φόρτισης, θερμοκρασία, ρύθμιση συνθηκών και διάταξη σύσφιξης. Το ίδιο υλικό δίνει διαφορετικές τιμές υπό διαφορετικές συνθήκες. Στα πλαστικά η επίδραση ρυθμού είναι πολύ έντονη, στα μέταλλα η επίδραση θερμοκρασίας· στα σύνθετα ο προσανατολισμός του δοκιμίου αλλάζει εντελώς το αποτέλεσμα.
Η σκληρότητα είναι η πιο κακώς χρησιμοποιούμενη μέτρηση στον τομέα. Επειδή είναι γρήγορη, σχεδόν μη καταστροφική και φθηνή, χρησιμοποιείται συχνά αντί της αντοχής. Υπάρχουν πίνακες μετατροπής σκληρότητας σε αντοχή, αλλά είναι κατά προσέγγιση και εξαρτώνται από την ομάδα υλικού· η χρήση τους ως μόνο αποδεικτικό στην αποδοχή υλικού είναι λανθασμένη.
Η πλευρά της μηχανικής θραύσης απαιτεί ειδική επάρκεια. Οι μετρήσεις δυσθραυστότητας και ρυθμού ανάπτυξης ρωγμής κόπωσης καθιστούν δυνατό τον υπολογισμό πόσο θα αντέξει μια ρηγματωμένη κατασκευή· αποτελούν τη βάση του σχεδιασμού ανοχής βλάβης σε τομείς όπως εξοπλισμός υπό πίεση, αεροπορικές κατασκευές και αγωγοί.
Ομάδες μεθόδων σε αυτόν τον τομέα
Στατικές δοκιμές
Εφελκυσμός, θλίψη, κάμψη, διάτμηση και στρέψη. Λαμβάνονται όριο διαρροής και αντοχή σε εφελκυσμό, επιμήκυνση και μέτρο ελαστικότητας.
Δοκιμές κρούσης
Κρούση εντομής Charpy και Izod· η συμπεριφορά μετάβασης εύθραυστου-όλκιμου του υλικού καθορίζεται συναρτήσει της θερμοκρασίας.
Σκληρότητα
Brinell, Vickers, Rockwell, Shore και μικροσκληρότητα. Πολύτιμη για το βάθος επεξεργασίας επιφάνειας και τοπικές διαφορές αντοχής.
Κόπωση
Αξονική κόπωση ελεγχόμενη από δύναμη και παραμόρφωση, κόπωση κάμψης· καμπύλες S-N και όριο αντοχής.
Ερπυσμός και χαλάρωση τάσης
Συμπεριφορά υπό μακροχρόνιο φορτίο σε υψηλή θερμοκρασία· καθοριστική για υλικά λεβήτων, στροβίλων και εξοπλισμού υπό πίεση.
Μηχανική θραύσης
Δυσθραυστότητα επίπεδης παραμόρφωσης, ολοκλήρωμα J, CTOD και ρυθμός ανάπτυξης ρωγμής κόπωσης.
Φθορά και τριβή
Φθορά Taber και περιστρεφόμενου τυμπάνου, μετρήσεις συντελεστή τριβής.
Συχνές συγχύσεις σε αυτόν τον τομέα
- Ο υπολογισμός αντοχής από σκληρότητα είναι κατά προσέγγιση· δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μόνο αποδεικτικό στην αποδοχή υλικού.
- Η επαρκής στατική αντοχή δεν αποδεικνύει την αντοχή σε κόπωση· ένα κυκλικά φορτιζόμενο εξάρτημα απαιτεί ξεχωριστή δοκιμή.
- Αν δεν αναφέρονται ο ρυθμός δοκιμής και η θερμοκρασία, το αποτέλεσμα δεν είναι συγκρίσιμο — ιδίως σε πολυμερή και σύνθετα υλικά.
- Ένα δοκίμιο δοκιμής και το πραγματικό εξάρτημα ενδέχεται να μην δίνουν την ίδια τιμή· ο προσανατολισμός καλουπιού, οι γραμμές συγκόλλησης και οι διαφορές επιφανειακής επεξεργασίας έχουν όλες επίδραση.
- Μια τιμή αντοχής που δίνεται για ένα σύνθετο υλικό χωρίς αναφορά στον προσανατολισμό του δοκιμίου είναι χωρίς νόημα.
- Τα αντίστοιχα ASTM και ISO μετρούν το ίδιο μέγεθος αλλά χρησιμοποιούν διαφορετική γεωμετρία δοκιμίου· τα αποτελέσματα δεν θεωρούνται άμεσα ισοδύναμα.
Ποιες αποφάσεις υποστηρίζουν αυτά τα αποτελέσματα
- Επαλήθευση σχεδιασμού και επιλογή υλικού
- Έλεγχος εισερχόμενου υλικού και έγκριση προμηθευτή
- Πλήρωση των μηχανικών απαιτήσεων του προτύπου προϊόντος
- Ανάλυση αστοχίας, πρόβλεψη διάρκειας ζωής και υπολογισμός ανοχής βλάβης
- Επαλήθευση διεργασιών θερμικής και επιφανειακής κατεργασίας
Σχετικά τεστ
Συχνές ερωτήσεις για τη Κόπωση
Πόσο διαρκεί το τεστ κόπωσης;
Εξαρτάται από τον αριθμό-στόχο των κύκλων και τη συχνότητα. Οι δοκιμές υψηλού κύκλου (107) μπορεί να διαρκέσουν εβδομάδες. Επομένως, ο προγραμματισμός διευκρινίζεται στο στάδιο της προσφοράς.