Многоцикловые испытания

Многоцикловые испытания (МИ) – вид механических испытаний материалов (изделий) при множественном количестве повторяющихся циклов приложения нагрузки.

МИ проводятся для определения долговечности с целью прогнозирования ресурса изделия и определения качества внутренней структуры материала, из которого они изготовлены.

Значение многоцикловых испытаний

Проведение МИ позволяет выявить реакции материалов на повторяющиеся приложения знакопеременных нагрузок, оценить способность сопротивления усталости, деформации и накоплению повреждений. Одновременно подобные испытания позволяют выявить состояние деформированного материала во временном режиме.

Таким образом, метод МИ позволяет:

1. Оценить момент наступления пластичности (позволяет спрогнозировать разрушения при циклической нагрузке).
2. Определить характеристики упрочнения или размягчения (обнаружить и классифицировать циклическую пластичность в процессе развития напряжений и деформаций).
3. Сделать анализ накопления пластических повреждений (оценить возникновение и развитие зависимости напряжений-деформаций, приводящих к разрушению материала).

Проведение многоцикловых испытаний материалов особенно актуально в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, медицина, строительство, т. е. там, где изделия более всего подвергаются динамическим нагрузкам.

Направляющие закрылков самолетов

Испытания на усталостную прочность

Суть испытания заключается в воздействии на образец периодически меняющегося циклического нагружения. Конечным результатом испытаний является определение суммы выдержанных циклов нагружений до разрушения материала (кривая Веллера).

В зависимости от количества циклов нагружения прочность материала условно разделяется на три зоны:

• кратковременная прочность (от 100 до 30 000 циклов нагружения);
• усталостная прочность (до 2 000 000 циклов);
• длительная прочность (свыше 2 000 000 циклов).

Проведение испытаний на усталостную и длительную прочность относятся к многоцикловым. Здесь материал испытывается приложением циклических нагрузок при растяжении, сжатии, изгибе и кручении. Анализируя полученные результаты, появляется возможность определения слабых мест материала (изделия) и своевременно внести необходимые коррективы для их устранения.

Многоцикловые испытания обеспечивают многократное приложение нагрузки к образцу (изделию) с одновременным измерением зависимости от напряжения и деформации.

Алгоритм испытания включает следующие этапы:

• Подготовка образцов (размеры и форма подбираются в соответствии с требованиями стандартов на проведение испытаний);
• Подготовка испытательного оборудования (установка на испытательной машине измерительных параметров, экстензометров, тензодатчиков);
• Процесс испытания. Образец фиксируется в захватах испытательной машины и к нему прикладываются циклические нагружения. КИП машины фиксируют значения нагрузок, количество циклов и др. параметры;
• Обработка полученных результатов (высчитываются значения предела прочности, определяется усталость, строится диаграмма Веллера);
• Оцениваются изменения в материале и механизмы повреждений.

Актуальность многоцикловых испытаний заключается в способности произвести расчет материала на прочность, что является важным аспектом при проектировании конструкций и изделий. Так же МИ позволяют определить долговечность работы деталей и узлов в условиях повторяющихся нагрузок.

Для конструкторов МИ позволяют выбрать оптимальные размеры элементов конструкций с достаточным запасом прочности и оценить ресурс их работы в сложных условиях.

Порядок проведения многоцикловых испытаний с целью определения качества материалов и изготовленных из них изделий закреплен рядом руководящих документов, например:

• ГОСТ 25.502-79 «Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость»;
• ГОСТ 25.507-85 «Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы испытания на усталость при эксплуатационных режимах нагружения. Общие требования»;
• ГОСТ 23026-78 «Металлы. Метод испытания на многоцикловую и малоцикловую усталость»;
• ГОСТ 25.505-85 «Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на малоцикловую усталость при термомеханическом нагружении»;
• ГОСТ 25.001-78 «Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Комплекс нормативно-технической и руководящей документации. Общие положения»;
• ГОСТ 23207-78 «Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения»;
• ГОСТ 25.504-82 «Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости»;
• ГОСТ 25.506-85 «Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении».

Здесь указана незначительная часть стандартов, используемых при испытаниях металлов и их сплавов. При испытаниях других материалов применяются разработанные специально для них ГОСТы.