Des ailes d'avion qui survolent le firmament aux châssis de voitures qui galopent au - dessus du sol, en passant par les articulations artificielles implantées dans le corps humain, presque tous les corps de structure d'ingénierie et les dispositifs biomédicaux sont soumis à des charges alternées répétées. Les propriétés en fatigue d’un matériau – c’est - à - dire la propriété de produire progressivement des dommages jusqu’à la rupture sous l’effet d’une charge cyclique – déterminent directement la durée de vie et la sécurité du produit. La machine d'essai de fatigue dynamique est l'équipement de base spécialement conçu pour simuler ce processus, étudier et évaluer la durabilité des matériaux et des structures.

Mission principale: Pourquoi effectuer des tests de fatigue?

Le test de résistance statique ne peut que nous dire si le matériau « peut être porté une fois», tandis que le test de fatigue répond « Combien de temps il peut être porté». Selon les statistiques, environ 80% des défaillances de la structure d'ingénierie appartiennent à la défaillance de la fatigue, qui se caractérise par:

- destruction sous faible contrainte: la destruction se produit à un niveau de contrainte bien inférieur à la résistance statique du matériau.

- burst vs. Covert: aucune déformation plastique visible avant la rupture, difficile à prévenir.

- extrêmement sensible aux défauts: de petites fissures, rayures ou défauts internes peuvent réduire considérablement la durée de vie.

Les valeurs fondamentales des tests de fatigue dynamique sont donc:

1. Dessiner la courbe S - N: Dessinez la courbe de contrainte (s) - durée de vie (n) en testant le nombre de cycles à différents niveaux de contrainte pour fournir des données clés pour la conception.

2. Déterminer la limite de fatigue: trouver la valeur maximale de la contrainte que le matériau peut théoriquement résister à un nombre illimité de cycles sans destruction.

3. Évaluer le taux de propagation des fissures: étudier l'ensemble du processus de fissuration de l'éruption à la propagation jusqu'à la rupture (basé sur la mécanique de la rupture).

4. Vérifier la fiabilité du produit: simulez des conditions de travail réelles, effectuez des essais sur banc sur des véhicules complets, des assemblages ou des composants clés pour assurer leur durée de vie prévue.

Principe de fonctionnement et composition du système de la machine d'essai de fatigue dynamique: application précise de la force et perception

La machine d'essai de fatigue dynamique est un servo électrohydraulique complexe ou un système d'asservissement électrique dont le noyau est le contrôle en boucle fermée. Le principe de fonctionnement de base est le suivant: le système, en fonction du signal de forme d'onde de charge (ou de déplacement, de déformation) défini, entraîne l'actionneur pour appliquer une force sur l'échantillon, tout en mesurant le signal de rétroaction en temps réel à l'aide d'un capteur de haute précision et En effectuant une correction comparative avec la valeur de consigne, formant une boucle fermée de contrôle précise.

Un système complet se compose principalement des éléments suivants:

1. Cadre de chargement: rack de haute résistance qui fournit la force de réaction, généralement une structure à double colonne ou porte, pour assurer l'application précise de la charge à l'échantillon d'essai.

2. Actionneur: le « muscle » du système.

- type électrique: avec servomoteur et vis à billes, haute précision, propre, adapté aux tests de haute fréquence et de faible charge.

- Type Servo électro - hydraulique: avec servovalve pour contrôler le piston d'entraînement de l'huile hydraulique, grande force de sortie, longue course, convient aux tests de grand tonnage et de basse fréquence.

3. Servo - contrôleur: le « cerveau » du système. Recevez les instructions du logiciel de test et recevez le feedback du capteur pour ajuster la sortie en temps réel grâce à un algorithme PID sophistiqué qui contrôle précisément le mouvement de l'actionneur.

4. Capteurs de force, de déplacement, de déformation: les « sens» du système. La charge, le déplacement de l'actionneur et la déformation de la surface de l'échantillon sont surveillés en temps réel et le signal est renvoyé au Contrôleur.

5. Source hydraulique: fournit une puissance hydraulique stable et à haute pression pour l'ensemble du système.

6. Logiciel de test intelligent: interface utilisateur. Pour la configuration de spectres de charge complexes (sinusoïdaux, triangulaires, carrés ou formes d'onde aléatoires personnalisées), la surveillance des données en temps réel, l'enregistrement automatique des résultats d'essai et l'arrêt automatique en cas de rupture de l'échantillon.

Machine d'essai de fatigue dynamique type d'essai principal et application

1. Essai de fatigue hebdomadaire élevé: le nombre de cycles de charge est généralement supérieur à 10 ^ 7 fois et le niveau de contrainte est faible, principalement utilisé pour étudier les propriétés de fatigue de base des matériaux métalliques (par exemple, tracer la courbe S - n).

2. Essai de fatigue hebdomadaire faible: le nombre de cycles est inférieur à 10 ^ 5 fois, le niveau de contrainte est élevé, avec déformation plastique, principalement utilisé pour évaluer la durée de vie des récipients à pression, des disques de turbine et d'autres composants.

3. Essai de propagation de fissure: basé sur la mécanique de rupture, l'essai est effectué sur des échantillons de fissures pré - montées pour étudier la vitesse de propagation de fissure (da / DN) par rapport à l'amplitude du facteur de résistance à la contrainte (Δk).

4. Essai de service simulé: reproduire le spectre de charge (par exemple, le spectre de route, le spectre de vol) dans des conditions de travail réelles, effectuer des essais de fatigue sur banc sur des pièces ou des ensembles (par exemple, suspension, porte, bielle).

5. Essai de fatigue thermomécanique: la charge mécanique et le cycle de température sont appliqués simultanément pour évaluer les composants tels que les pales de moteur d'avion fonctionnant dans un environnement de changement de température.

Iv. Principaux avantages et valeur

1. Conception de sécurité axée sur les données: fournir une entrée précise pour la « conception anti - fatigue» et éviter une conception inadéquate (Défaillance prématurée) ou excessive (augmentation du coût du poids).

2. Accélération de la vérification de la durée de vie: dans un temps expérimental plus court, vérifiez que les produits atteignent les objectifs de durée de vie de conception, réduisant considérablement le cycle de recherche et de développement des produits.

Analyse de défaillance et amélioration de la qualité: améliorer fondamentalement la qualité des produits en analysant les coupures, en retraçant les sources de fatigue et en améliorant le processus de fabrication, le traitement thermique et la conception structurelle.

Prévision prospective: en combinaison avec le logiciel d'analyse par éléments finis (FEA), la vérification mutuelle et la correction des simulations virtuelles de fatigue et des essais physiques sont réalisées.

Machine d'essai de fatigue dynamique, un pont solide entre la science des matériaux et la pratique de l'ingénierie. Avec des millions de chargements alternatifs, il simule le parcours cahoteux d'une vie de produit, testant les qualités durables du matériau d'une manière presque "brutale". Chaque point de données qu'il fournit est une question sérieuse sur la fiabilité et la sécurité du produit. Dans l'industrie moderne à la recherche de légèreté, de longévité et de grande fiabilité, cette machine apparemment glacée, avec ses données expérimentales irréfutables, construit une ligne de sécurité vitale pour le vol, la conduite et la santé de l'homme, est un obscur mais vital "gardien de la qualité".