Das ultraschallbasierte Ermüdungsprüfsystem wird verwendet, um die Ermüdungseigenschaften von metallischen Materialien zu messen

Produktbeschreibung

Mit der Entwicklung der Industriesysteme hat sich die konstruktive Ermüdungslebensdauer vieler Metalldelteile allmählich erhöht. Das Hochzyklus-Ermüdungsverhalten von Metallwerkstoffen ist zu einem Forschungsschwerpunkt geworden. Metallermüdung ist eine Schwächung von Metallteilen in Maschinen, Fahrzeugen oder Baukonstruktionen aufgrund wiederholter Spannungen oder Belastungen. Angesichts der Anforderungen moderner Maschinenteile an extrem lange Lebensdauer und äußerst hohe Zuverlässigkeit haben traditionelle Ermüdungsprüftechniken die aktuellen Anforderungen nicht mehr erfüllen können.

Die von unserem Unternehmen hergestellte Ultraschall-Ermüdungsprüfmaschine wird verwendet, um die Ermüdungseigenschaften, die Ermüdungsdauerfestigkeit, bereits vorhandene Risse und das Rissausbreitungsverhalten von Metallen, Legierungen und deren Bauteilen unter Zug-, Druck- oder wechselnden Zug-Druck-Belastungen bei Raumtemperatur zu messen.

Die Ultraschall-Ermüdungsprüfung ist ein beschleunigtes, auf Resonanz basierendes Prüfverfahren, das die Prüfdauer erheblich verkürzen kann und die einzige machbare Lösung für die Ermüdungsprüfung mit sehr langer Lebensdauer von Flugzeugtriebwerksschaufeln darstellt.

Die Ultraschall-Ermüdungsprüfmaschine ist ein hochwertiges Prüfgerät, das unser Unternehmen auf der Grundlage von über zehn Jahren Erfahrung und Erbe in den vier Kern-Technologien des hydrostatischen Supports, der Messtechnik und Regelung, der Sensoren sowie der Anwendungssoftware entwickelt hat. Durch wiederholte Iterationen und Upgrades haben wir es erfolgreich geschafft, wichtige technische Hürden wie die Dehnungsregelung, koaxiale Justierung und Messung sowie die Erfassung und Verarbeitung von Ermüdungsprüfdaten im dynamischen Testbetrieb zu meistern. Sie zeichnet sich durch ein breites Anwendungsspektrum, hohe Regelgenauigkeit, starke Anpassungsfähigkeit, flexible Testmethoden, einen weiten Frequenzbereich und die Fähigkeit aus, komplexe Umweltbedingungen zu simulieren. Sie wird weit verbreitet für dynamische Hochzyklus-Ermüdungs-, Niedrigzyklus-Ermüdungs- und Programmierte-Ermüdungstests sowie für statische Prüfungen mit konstanter Verformungsrate, konstanter Laststeigerungsrate und verschiedene konventionelle mechanische Eigenschaftsprüfungen eingesetzt. Damit werden die Anforderungen unterschiedlicher Materialien und Bauteile in Hochleistungs-Ermüdungs-, Bruchprüfungsanwendungen abgedeckt; sie ist langfristig stabil und zuverlässig und schließt eine bisherige Lücke auf dem heimischen Markt.

Produktdetails

Die Ultraschall-Ermüdungsprüfmaschine dient dazu, die Ermüdungseigenschaften, die Ermüdungsdauerfestigkeit, die Bildung von Risskeimen und das Risswachstum von Metallen, Legierungen und Bauteilen unter Raumtemperaturbedingungen bei Zug-, Druck- oder wechselnden Zug-Druck-Belastungen zu bestimmen.
Um den modernen Anforderungen an äußerst lange Lebensdauer und ultra-hohe Zuverlässigkeit von Maschinenbauteilen gerecht zu werden, sind traditionelle Ermüdungsprüftechniken nicht mehr ausreichend. Die Ultraschall-Ermüdungsprüfung ist eine beschleunigte, auf Resonanz basierende Ermüdungsprüfmethode, die die Prüfzeit erheblich reduziert und die einzige praktikable Lösung für die Ermüdungsprüfung mit ultra-langer Dauerfestigkeit von Flugzeugtriebwerksschaufeln darstellt.

Die Bedeutung der Durchführung von Metallermüdungsversuchen

1.Metallermüdung verursachte den Flugzeugabsturz.

Metallermüdung verursachte den Flugzeugabsturz

Am 17. April 2018 wurde bei Flug 1380 (Boeing 737-700) vom New York-LaGuardia Airport zum Dallas Love Field Airport ein Fenster zerstört und ein Triebwerk beschädigt.

Das 13. Lüfterblatt der Maschine Nr. 1 ging verloren. Beweise deuten darauf hin, dass der Bereich, an dem das Blatt gebrochen ist, Anzeichen von Metallermüdung zeigte. Die Lüfterblätter des Unfallmotors hatten seit ihrer Neuinstallation über 32.000 Motorzyklen angesammelt. Die Bruchfläche wies Anzeichen von Ermüdung auf.

2.Bedeutung der Metallermüdungsprüfung

Luftfahrt-Gasturbinen sind die primären Antriebseinheiten für Flugzeuge und Hubschrauber und stellen Schlüsselausrüstungen dar, die seit langem die Entwicklung der chinesischen Luftfahrtindustrie und Militärausrüstung begrenzt haben. Luftfahrtmotoren sind Hochgeschwindigkeits-Drehmaschinen mit mehreren Rotoren und äußerst variablen Betriebsbedingungen. Ihre Bauteile, insbesondere Schaufeln und Scheiben, unterliegen sehr komplexen Vibrationsbelastungen.

PW4084-Motor, eingebaut in Boeing 777 Passagierflugzeugen

Probleme mit Materialermüdung, die durch Schwingungsbelastungen verursacht werden, sind entscheidende Faktoren, die die hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer von Flugzeugtriebwerken einschränken und die Forschung, Entwicklung, Produktion sowie sichere Betriebsführung der chinesischen Luftfahrtantriebe seit langem beeinträchtigen.

abgestürzte Flugzeuge und Triebwerke

3. Ermüdungsfaktoren der Schaufeln

Hochzyklische Ermüdung (HCF) und sehr hochzyklische Ermüdung (VHCF) entstehen hauptsächlich durch Schwingungsspannungen, die von verschiedenen aerodynamischen und mechanischen Quellen ausgehen und Frequenzen von mehreren tausend Hertz erreichen können. Dies kann zu Ermüdungsbrüchen in kritischen Motorkomponenten wie Ventilator- und Verdichterschaufeln, Turbinenschaufeln oder -scheiben und Leitungen führen, was möglicherweise Flugunfälle verursachen kann.
-- interne Strömungsstörungen in einem Triebwerk
-- Selbsterregte Schwingungen (Flattern und Strömungsablösung)
-- Strömungsverzerrung (Druck)
-- Unwucht des Rotors

Prinzip des Ultraschall-Ermüdungstests

Ultrasonische Ermüdungsprüfung ist eine beschleunigte, auf Resonanz basierende Methode zur Ermüdungsprüfung, die mechanische Resonanzwellen im belasteten Prüfling erzeugt. Aufgrund des piezoelektrischen Dehnungsprinzips und unter Verwendung von Hochenergie-Ultraschallresonanztechnologie liegt ihre Prüffrequenz (20 kHz) deutlich über herkömmlichen Ermüdungsprüf frequenzen. Innerhalb der tatsächlichen Prüfdauer lassen sich Ermüdungsdaten und Schwellwerte ermitteln. Dank der hohen Frequenz können schnell die Ermüdungsgrenzen von verschiedenen Industriematerialien bei hohen Wiederholungszyklen erkannt werden.

Als Reaktion auf die Anforderungen moderner Maschinenbauteile hinsichtlich äußerst langer Lebensdauer und höchster Zuverlässigkeit erzeugen Ultraschall-Ermüdungsprüfer, basierend auf dem Prinzip der Ultraschall-Resonanz, hochfrequente Vibrationsbelastungen an Proben, um (sehr) hochzyklische Ermüdungsprüfungen durchzuführen. Der von unserem Unternehmen entwickelte multifunktionale Ultraschall-Ermüdungsprüfer der dritten Generation zeichnet sich durch einen breiten Arbeitsfrequenzbereich, eine große Ausgangsamplitude sowie hohe Steuerpräzision aus. Er kann verschiedene Arten von Ultraschall-Ermüdungsversuchen an metallischen und Verbundwerkstoffen durchführen, darunter axial symmetrische Zug-Druck-Belastung mit variablem Spannungsverhältnis, Dreipunkt-Biegeversuche mit variablem Spannungsverhältnis und schwingende Biegeversuche, unter anderem. Zudem stellt er Software zur unterstützenden Optimierungsgestaltung für verschiedene Probentypen bereit, wie z. B. für Zug-Druck-Proben, Dreipunkt-Biegung und schwingende Biegung.

Die Vorteile der Ultraschall-Ermüdungsprüfung

Es kann eine zufällige Amplitudenbelastung durchführen, einschließlich geringer Belastungen, wodurch reale Ingenieurbedingungen genauer nachgebildet werden.

Die Verwendung von computergesteuerten Parametern und Steuerung für Experimente ermöglicht die einfache Reproduktion von Ermüdungsbrüchen, die durch kleinste Defekte verursacht werden.

Da die Tests im Resonanzzustand durchgeführt werden, können hohe Spannungen erzeugt werden, wodurch Stahl mit Festigkeiten bis zu 1000 MPa getestet werden kann.

Die erforderliche Ausgangsleistung des Prüfgeräts ist sehr gering (zehn bis hundert Watt), was den Energieverbrauch stark reduziert und die Prüfkosten senkt.

Während der Resonanz ist das Spannungsniveau an den Enden der Probe sehr gering, wodurch die Befestigung der Probe vereinfacht wird. Es ist lediglich erforderlich, ein Ende zu befestigen. Dies ist besonders vorteilhaft für spröde Materialien.

Die Ermüdungslebensdauer metallischer Materialien kann bei einer Wiederholungsfrequenz von 20 kHz schnell bewertet werden, wodurch sich die Prüfdauer um das Hundert- bis Tausendfache reduziert.

Beispielsweise bei Verwendung des 109 Ermüdungstests: Ein servohydraulischer Ermüdungstest bei 20 Hz dauert 1,5 Jahre; ein Rotationsbiegeprüfer bei 50 Hz benötigt 231 Tage; ein Hochfrequenz-Vibrationstisch bei 300 Hz benötigt 38,5 Tage; ein Ultraschall-Ermüdungstest bei 20 kHz benötigt nur 13,8 Stunden.

Die Ultraschall-Ermüdungstestmethode wird hauptsächlich angewandt

Hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt, im Hochgeschwindigkeitsbahnverkehr, im Automobilbau und in Kraftwerken eingesetzt, führt sie Ultrahochzyklus-Ermüdungsprüfungen an verschiedenen Metallwerkstoffen wie Legierungsstählen, Aluminiumlegierungen und Titanlegierungen sowie Kohlefaser-Verbundmaterialien durch. Im Vergleich zu konventionellen Ermüdungsprüfungsmethoden kann dadurch die Prüfzeit um über 90 % reduziert werden, was die Testkosten erheblich senkt.