Warum das multifunktionale Ultraschall-Ermüdungstestsystem die Zukunft der Ermüdungsanalyse ist

Unglaubliche Testgeschwindigkeit und hochzyklische Auflösung mit dem Multifunktionales Ultraschall-Ermüdungsprüfsystem

Wie resonanzgetriebene Ultraschallbelastung (20–100 kHz) über 10¹ Zyklen in unter einer Stunde erreicht

Ein Ultraschall-Ermüdungsprüfgerät arbeitet mit resonanzgetriebener Belastung im Frequenzbereich von 20 bis 100 kHz, wodurch Forscher innerhalb weniger Stunden Daten zur ultrahochzyklischen Ermüdung erhalten können, anstatt monatelang warten zu müssen. Herkömmliche hydraulische Systeme, die mit weniger als 100 Hz arbeiten, benötigen typischerweise Jahre, um das zu erreichen, was als 10^10 Zyklen gilt. Im Gegensatz dazu kann die Ultraschallprüfung etwa eine Milliarde Zyklen in weniger als einer Stunde durchführen. Dies entspricht einer um etwa das 300-fache schnelleren Prüfung, da zwischen 20.000 und 100.000 Spannungszyklen pro Sekunde angewendet werden, verglichen mit nur 20 bis 60 Zyklen pro Sekunde bei älteren Methoden. In Fachzeitschriften veröffentlichte Forschungsergebnisse zeigen, dass es bezüglich der Ergebnisse kaum Unterschiede zwischen verschiedenen Frequenzen gibt, wenn sowohl der Bereich der hochzyklischen (HCF) als auch der sehr hochzyklischen (VHCF) Ermüdung betrachtet wird. Das bedeutet, dass der Geschwindigkeitsvorteil die für eine korrekte mechanische Analyse erforderliche Genauigkeit nicht beeinträchtigt oder den Anforderungen an Industriestandards entgegensteht.

Überbrückung der 20–Geschwindigkeitslücke: Praxisnahe Validierung an Ti-6Al-4V mittels des USFT-500-Systems

Prüfungen mit luftfahrtqualität Ti-6Al-4V zeigen, wie viel besser dieses System im Vergleich zu herkömmlichen Methoden abschneidet. Der USFT-500 erzielt vollständige VHCF-Ergebnisse 20-mal schneller als die alten servohydraulischen Maschinen und erfüllt gleichzeitig die ASTM- und ISO-Normen. Worauf früher sieben volle Tage benötigte? Das Auffinden von Ermüdungsgrenzen bei 100 Millionen Zyklen. Heute ist es innerhalb von nur acht Stunden erledigt. Und die eigentliche Wirkung? Labore können fünfzehnmal so viele Tests pro Woche durchführen. Das bedeutet schnellere Zusammenhänge zwischen Materialfehlern und mikrostrukturellen Problemen bei Dingen wie additiver Fertigung, wo diese winzigen strukturellen Unterschiede entscheidend für Leistung und Sicherheit sind.

Echtzeit, Multimodale Schadensintelligenz ermöglicht durch das multifunktionale Ultraschall-Ermüdungsprüfsystem

Akustische Emissionsüberwachung erfasst Rissbildung 300+ Zyklen vor makroskopischem Versagen

Die Schallemissions- oder AE-Überwachung ermöglicht es uns, Schäden frühzeitig zu erkennen, lange bevor sie mit herkömmlichen Methoden sichtbar werden. Diese speziellen Sensoren erfassen jene winzigen hochfrequenten Spannungswellen, die entstehen, wenn sich Mikrorisse bilden. Wir haben Fälle gesehen, in denen Probleme über 300 Zyklen früher erkannt wurden als sichtbare Ausfälle. Bei Bauteilen, bei denen die Sicherheit oberste Priorität hat – wie beispielsweise in Flugzeugen aus Luftfahrtlegierungen – kann das frühzeitige Erkennen verborgener Fehler buchstäblich Katastrophen verhindern. Die meisten Labore halten sich an die ASTM E976-Richtlinien zur Signalverarbeitung, da diese konsistente Ergebnisse über verschiedene Tests und Techniker hinweg gewährleisten.

Integrierte Sensorfusion: Querverifizierung von AE, Resonanzverschiebung und nichtlinearen Parametern

Moderne ultraschallgestützte Ermüdungsprüfsysteme integrieren drei komplementäre Diagnoseverfahren in einen einheitlichen Rahmen für Schadensanalyse:

• Schallemission (AE) erfasst Rissinitiierungsereignisse;
• Resonanzfrequenzverschiebung quantifiziert den fortschreitenden Steifigkeitsverlust aufgrund sich entwickelnder Schäden;
• Nichtlineare Ultraschallparameter (z. B. harmonische Erzeugung, Wellenmischung) verfolgen mikrostrukturelle Abbauvorgänge wie Versetzungssammlung oder Korngrenzverschiebung.

Die Kreuzvalidierung eliminiert Fehlalarme und definiert materialspezifische Ausfallschwellen. Eine von NASA validierte Methodik zeigte bei Ermüdungstests an Titan eine Korrelation von 98 % zwischen diesen Kenngrößen – wodurch isolierte Messungen in prädiktive, physikalisch begründete Erkenntnisse umgewandelt werden.

Beschleunigung der industriellen Einführung: Normkonformität und anwendungsspezifische Vielseitigkeit

Erfüllung kritischer Industrieanforderungen — Empfindlichkeit gegenüber mikrostrukturellen Veränderungen im Luft- und Raumfahrtbereich und Charakterisierung von Defekten bei additiven Fertigungsverfahren

Diese Technologie befasst sich mit zwei großen Problemen, denen der verarbeitende Sektor heute gegenübersteht: Ermüdungsprobleme im Zusammenhang mit Mikrostrukturen in Luft- und Raumfahrtmetallen und Ausfälle, die durch Fehler in additiv gefertigten Bauteilen verursacht werden. Bei der Bearbeitung von Turbinenmaterialien kann das System tatsächlich Korngrenzeneffekte im Bereich von etwa 5 bis 10 Mikrometern genau lokalisieren, was fein genug ist, um diese Frühwarnsignale zu erkennen, bevor Bauteile während des Flugbetriebs versagen. Für Qualitätsprüfungen im additiven Fertigungsverfahren erkennt es verborgene Porosität aufgrund schlechter Verschmelzung unterhalb der Oberflächen mit einer Genauigkeit von etwa 92 % im Vergleich zu herkömmlichen Mikro-CT-Scans, wobei gleichzeitig die gesamte Prüfzeit um rund 40 % reduziert wird. Besonders wertvoll für Hersteller ist, dass es bestimmte Druckereinstellungen wie Laserintensität, Scangeschwindigkeiten und Schichthöhen direkt mit tatsächlichen Ermüdungsprüfresultaten verknüpft. Diese Verbindung hilft Ingenieuren, Produkte von Anfang an langlebiger zu gestalten, anstatt Probleme erst nach ihrem Auftreten zu beheben.

Integrierte Compliance-Architektur: Integration von ISO 12737 und ASTM E3258 in modulare Software

Compliance wird nicht erst am Ende des Prozesses hinzugefügt, sondern beginnt direkt innerhalb des Workflows selbst. Unser System verfügt über vorkonfigurierte Module, die wichtige Standards wie ISO 12737 zur Messung der Zähigkeit von Metallen beim Bruch sowie ASTM E3258 für Ultraschall-Ermüdungsprüfungen abdecken. Diese Module prüfen Daten kontinuierlich anhand von Hunderten von Regeln aus verschiedenen Branchen, darunter Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Energiesektor. Was zeichnet dies aus? Die Software erstellt automatisch in nur 15 Minuten auditfähige Berichte – etwas, das früher manuell acht volle Stunden in Anspruch nahm. Außerdem eliminiert sie jegliche Unsicherheit bei der Entscheidung, ob ein Produkt bestanden oder durchgefallen ist. Bei laufenden Produktionslinien haben wir gesehen, dass Zertifizierungsverzögerungen um etwa zwei Drittel reduziert wurden, und jede Charge behält während des gesamten Prozesses eine gleichbleibend hohe Qualität.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Hauptvorteil der Ultraschall-Ermüdungsprüfung gegenüber herkömmlichen Methoden?

Der Hauptvorteil ist die Geschwindigkeit; mit der Ultraschall-Ermüdungsprüfung können unter einer Stunde eine Milliarde Zyklen erreicht werden, während herkömmliche Methoden Jahre benötigen.

Wie trägt die Schallemissionsüberwachung (AE) zur Sicherheit bei?

Die AE-Überwachung erkennt mikroskopisch kleine Fehler frühzeitig, potenziell über 300 Zyklen bevor sie sichtbar werden, wodurch ein Versagen von Bauteilen verhindert und die Sicherheit erhöht wird.

Wie behandelt die Technologie Fehler in 3D-gedruckten Bauteilen?

Das System kann verborgene Porosität unter Oberflächen mit einer Genauigkeit von 92 % identifizieren und verknüpft Druckereinstellungen direkt mit den Ergebnissen der Ermüdungsprüfung, um die Lebensdauer des Produkts zu verbessern.