EN
Máquina de ensaio de fadiga ultrassônica axial de três colunas
Equipamento de ensaio de fadiga por ressonância ultrassônica para ensaios de fadiga de ultra-alto ciclo a 20 kHz.
1. Redução Dramática do Tempo
ensaios a 20 kHz concluem 10⁹ ciclos em horas, em vez de meses com métodos convencionais.
2. Projeto Baseado em Ressonância
Baixo consumo de energia (dezenas a centenas de watts) com alta geração de tensão, até 1000 MPa.
3. Modos de Ensaio Versáteis
Suporta tração-compressão, flexão e relações variáveis de tensão para metais e compósitos.
- Visão Geral
- Produtos Recomendados
Descrição do produto
Com o desenvolvimento da tecnologia industrial, o tempo de vida por fadiga projetado de muitas peças metálicas tem aumentado gradualmente. O comportamento de fadiga de alto ciclo dos materiais metálicos tornou-se um foco de pesquisa. A fadiga metálica é o enfraquecimento de componentes metálicos de máquinas, veículos ou estruturas devido a tensões ou cargas repetidas. Diante das exigências atuais por partes de equipamentos mecânicos modernos com vida útil extremamente longa e alta confiabilidade, as técnicas tradicionais de ensaio de fadiga já não conseguem atender às demandas atuais.
A máquina de ensaio de fadiga ultrassônica produzida por nossa empresa é utilizada para medir as características de fadiga, vida útil à fadiga, trincas pré-existentes e propagação de trincas de metais, materiais metálicos e seus componentes sob cargas de tração, compressão ou alternadas de tração-compressão à temperatura ambiente.
O ensaio de fadiga ultrassônico é um método acelerado baseado em ressonância, que pode reduzir significativamente o tempo de teste e é a única solução viável para o ensaio de fadiga de vida ultra-longa de lâminas de motores de aeronaves.
A máquina de ensaio de fadiga ultrassônica é um equipamento de teste de alta performance desenvolvido por nossa empresa com base na acumulação e herança de mais de dez anos nas quatro tecnologias nucleares de suporte hidrostático, medição e controle, sensores e software aplicacional. Após repetidas iterações e atualizações, conseguimos superar com sucesso dificuldades técnicas importantes, como o controle de deformação, medição de ajuste concêntrico e aquisição e processamento de dados de testes de fadiga em ensaios dinâmicos. Possui uma ampla gama de aplicações, elevada precisão de controle, forte adaptabilidade, métodos de teste flexíveis, uma faixa de frequência ampla e capacidade de simular condições ambientais complexas. É amplamente utilizada em fadiga dinâmica de alto ciclo, baixo ciclo, fadiga programada, bem como em deformação constante estática, taxa de carga constante e diversos testes convencionais de propriedades mecânicas. Atende às necessidades de diferentes materiais e componentes nos campos de testes avançados de fadiga e fratura, sendo estável e confiável por longo período, preenchendo assim uma lacuna existente no mercado interno.
Parâmetros do equipamento | |||
frequência de trabalho |
20KHz±1KHz |
potência de serviço |
2000 W |
resolução de frequência |
1 Hz |
Grau de distorção da forma de onda |
＜1% (20 kHz) |
Amplitude de saída |
±10~±75μm |
precisão do controlo |
1μm |
grau de linearidade |
＞99% |
potência de condução |
Gerador Numérico Controlado |
modo de Operação |
Trabalho contínuo ou intermitente |
|
Parâmetros do Produto |
Detalhes do Produto
A máquina de ensaio de fadiga ultrassônica é utilizada para determinar as características de fadiga, vida de fadiga, formação de trincas prévias e propagação de trincas de metais, ligas e componentes sob condições de temperatura ambiente sob cargas de tração, compressão ou alternadas de tração-compressão.
Para atender aos requisitos modernos de vida extremamente longa e confiabilidade ultra-alta de componentes mecânicos, as técnicas tradicionais de ensaio de fadiga já não são suficientes. O ensaio de fadiga ultrassônico é um método acelerado de ensaio de fadiga baseado em ressonância que reduz significativamente o tempo de teste e é a única solução viável para o ensaio de fadiga de vida ultra-longa das pás de motores de aeronaves.
A importância de realizar ensaios de fadiga em metais
1.Fadiga metálica causou o acidente aéreo.
Fadiga metálica causou o acidente aéreo
Em 17 de abril de 2018, o voo 1380 (Boeing 737-700) do aeroporto de Nova York-LaGuardia ao aeroporto de Dallas Love Field teve uma janela perfurada e um motor danificado.
A 13ª pá do ventilador do motor n.º 1 foi perdida. As evidências indicam que a área onde a pá quebrou apresentou sinais de fadiga metálica. As pás do ventilador do motor acidentado haviam acumulado mais de 32.000 ciclos de motor desde sua instalação nova. A superfície de fratura apresentava indicações de fadiga.
2.Importância dos Testes de Fadiga Metálica
Os motores de turbinas a gás aeroespaciais são as unidades de potência primárias para aeronaves e helicópteros, sendo equipamentos fundamentais que há muito tempo limitam o desenvolvimento da indústria aeroespacial da China e dos equipamentos militares. Os motores aeroespaciais são maquinaria de rotação de alta velocidade com múltiplos rotores e condições operacionais extremamente variáveis. Seus componentes, especialmente pás e discos, suportam cargas de vibração muito complexas.
Motor PW4084, instalado em aeronaves de passageiros Boeing 777
Problemas de fadiga dos materiais causados por cargas vibratórias são questões-chave que limitam a alta confiabilidade e longa vida útil de motores aeronáuticos, e há muito tempo têm prejudicado a pesquisa, o desenvolvimento, a produção e a operação segura dos motores aeronáuticos da China.
aeronaves e motores acidentados
3.fatores de fadiga das pás
Fadiga de Alto Ciclo (HCF) e Fadiga de Ciclo Muito Alto (VHCF) são causadas principalmente por tensões vibratórias induzidas por diversas fontes aerodinâmicas e mecânicas, com frequências alcançando milhares de hertz. Isso pode levar a fraturas por fadiga em componentes críticos do motor, como pás do ventilador, pás do compressor, pás ou discos da turbina e dutos, potencialmente resultando em acidentes aéreos.
--perturbações do fluxo interno em um motor
--Vibração autoexcitada (flutter e separação do fluxo por buffeting)
--Distorção do fluxo (pressão)
--Desequilíbrio do rotor
Princípio do Teste de Fadiga Ultrassônica
O ensaio de fadiga ultrassônico é um método acelerado de teste de fadiga baseado em ressonância que estabelece ondas de ressonância mecânicas na amostra sob carga. Baseando-se no princípio da expansão piezoelétrica e utilizando tecnologia de alta energia por ressonância ultrassônica, sua frequência de teste (20 kHz) está muito além das frequências convencionais de ensaio de fadiga. Dentro do tempo real de teste, é possível obter dados de fadiga e valores limiares. Devido à alta frequência, pode detectar rapidamente os limites de fadiga de ciclos de repetição elevados de diversos materiais industriais.
Em resposta aos requisitos de vida útil ultra longa e fiabilidade ultra elevada das peças de equipamentos mecânicos modernos, os testadores de fadiga ultra-sônica, com base nos princípios de ressonância ultra-sônica, geram cargas de vibração de alta frequência em amostras para completar testes de desempenho de fadiga O teste de fadiga ultrassônica multifuncional de terceira geração desenvolvido pela nossa empresa possui uma ampla faixa de frequência de trabalho, grande amplitude de saída e alta precisão de controle. Pode realizar várias formas de testes de fadiga por ultra-som em materiais metálicos e compósitos, incluindo flexão de tensão simétrica axial com compressão de tensão-compressão de tensão variável, flexão de três pontos de tensão variável e flexão vibratória, entre outros. Além disso, fornece software de design de otimização auxiliar para vários tipos de amostras, como compressão de tensão axial, dobra de três pontos e dobra vibratória.
As vantagens do teste de fadiga ultrassônico
Pode realizar carregamento de amplitude aleatória, incluindo cargas de baixo nível, aproximando-se mais das condições reais de engenharia.
O uso de parâmetros definidos por computador e controle para experimentos permite a reprodução simples de falhas por fadiga causadas por pequenas imperfeições.
Devido aos testes serem conduzidos em estado de ressonância, tensões elevadas podem ser geradas, permitindo o teste de aço com resistências de até 1000 MPa.
A potência de saída necessária para o equipamento de teste é muito baixa (de dezenas a centenas de watts), o que pode economizar significativamente energia e reduzir custos de teste.
O nível de tensão nas extremidades do corpo de prova é muito baixo durante a ressonância, o que simplifica a fixação do corpo de prova, exigindo fixação em apenas uma extremidade. Isso é vantajoso para materiais frágeis.
Avaliar rapidamente a vida útil por fadiga de materiais metálicos em uma frequência de repetição de 20 kHz, reduzindo o tempo de teste em centenas a milhares de vezes.
Por exemplo, utilizando o teste de fadiga 109: Um teste de fadiga servo-hidráulico a 20Hz requer 1,5 anos; um equipamento de flexão rotativa a 50Hz necessita de 231 dias; uma mesa de vibração de alta frequência a 300Hz leva 38,5 dias; um teste de fadiga ultrassônico a 20kHz requer apenas 13,8 horas.
O método de teste de fadiga ultrassônico é principalmente aplicado
Principalmente aplicado nos setores de aeroespacial, ferroviário de alta velocidade, automotivo e de usinas elétricas, realiza testes de desempenho de fadiga ultra-cíclica em diversos materiais metálicos, como aços ligados, ligas de alumínio e ligas de titânio, bem como materiais compósitos de fibra de carbono. Em comparação com os métodos convencionais de teste de fadiga, pode reduzir o tempo de teste em mais de 90%, economizando significativamente os custos de testagem.
Parâmetros do equipamento | |||
frequência de trabalho |
20KHz±1KHz |
potência de serviço |
2000 W |
resolução de frequência |
1 Hz |
Grau de distorção da forma de onda |
＜1% (20 kHz) |
Amplitude de saída |
±10~±75μm |
precisão do controlo |
1μm |
grau de linearidade |
＞99% |
potência de condução |
Gerador Numérico Controlado |
modo de Operação |
Trabalho contínuo ou intermitente |
|
Parâmetros do Produto |
Visão Geral do Dispositivo
O sistema multifuncional de ensaio de fadiga por ultrassom com três colunas é uma versão avançada do projeto com duas colunas, apresentando uma estrutura de três colunas que aumenta a rigidez e a estabilidade. É ideal para ensaios de fadiga de ultra-alto ciclo sob condições complexas de carregamento multiaxial, cargas elevadas e ambientes extremos. Ao combinar a excitação ultrassônica de alta frequência com controle mecânico de precisão, este equipamento é amplamente utilizado em pesquisas de fadiga de ultra-alta precisão nos setores aeroespacial, de materiais nucleares, biomédico e áreas afins.
Principais Características de Design
1. Estrutura de alta rigidez com três colunas: Estabilidade excepcional:
O arranjo simétrico de três colunas (igualmente espaçadas a 120°) melhora significativamente a resistência a cargas excêntricas, tornando-o adequado para ensaios combinados que envolvem pré-cargas estáticas consideráveis (por exemplo, acima de 50 kN) e vibrações dinâmicas de alta frequência.
Controle coordenado multieixo: Capaz de integrar cargas combinadas de tração, torção e flexão para simular condições operacionais reais (por exemplo, tensões multidirecionais em pás de motores de aeronaves).
Design modular: A altura da coluna e o vão são ajustáveis para acomodar amostras de diversos tamanhos e câmaras ambientais.
2. Sistema de vibração ultrassônica de alta frequência:
excitação piezoelétrica de 20 kHz: Vibrações de alta frequência são obtidas por meio de um transdutor acoplado a um sistema de braço, capaz de realizar de 10^8 a 10^9 ciclos de ensaio por dia.
Ajuste dinâmico da amplitude: Faixa de 1–150 μm; o controle em malha fechada garante estabilidade na vibração.
Rastreamento automático de frequência: Compensa em tempo real a deriva da frequência de ressonância causada por danos na amostra ou aumento de temperatura.
3. Módulo multifuncional de ensaio:
Unidade de simulação ambiental – configurações opcionais incluem alta temperatura (1200 °C), baixa temperatura (-196 °C), meios corrosivos (por exemplo, água do mar, H₂S) e câmaras de vácuo/alta pressão.
Monitoramento multissensor: sensor a laser de deslocamento (para medição de deformação em escala nanométrica), imagens térmicas infravermelhas (para detecção do aumento local de temperatura), sensor de emissão acústica (para detecção da iniciação de trincas).
4. Sistema de controle inteligente:
Acionamento servo digital: precisão de controle de pré-carga estática ±0,1 % FS.
Análise assistida por IA: prevê em tempo real a vida útil à fadiga e otimiza automaticamente os parâmetros de carregamento.
Proteção de segurança: desliga imediatamente a máquina ao detectar vibração anormal, temperatura acima dos limites ou fratura da amostra.
Principais Áreas de Aplicação:
1. Aeroespacial – Fadiga de ultra-alto ciclo (acima de 10^9 ciclos) de ligas de titânio e superligas monocristalinas à base de níquel sob cargas termomecânicas acopladas.
2. Materiais para Energia Nuclear – Comportamento da propagação de trincas por fadiga em aço para vasos de pressão de reatores sob condições de radiação e alta temperatura.
3. Biomedicina – Ensaios de durabilidade a longo prazo de válvulas cardíacas artificiais e implantes ortopédicos em fluidos fisiológicos.
4. Indústria Automotiva – Confiabilidade de cubos de rodas em liga de alumínio e componentes estruturais de pacotes de baterias sob vibração de alta frequência.
5. Instituições de Pesquisa – Estudos sobre a correlação entre microestrutura do material e desempenho à fadiga (por exemplo, os efeitos de defeitos provenientes da manufatura aditiva).
Vantagens Técnicas e Comparativos
1. Comparação com máquinas de ensaio tradicionais
| Parâmetro | Máquina de Ensaio de Fadiga Ultrassônica de Três Colunas | Máquina de ensaio servo-hidráulica tradicional |
| Frequência de teste | 20 kHz (eficiência ultraelevada) | 1–100 Hz (extremamente demorada) |
| Capacidade de carga | Pré-carga estática ≤ 100 kN + vibração dinâmica de alta frequência | Carga dinâmica ≤ 500 kN, mas com baixa frequência |
| Consumo de Energia | <1 kW (economia de energia superior a 90%) | 10–50 kW |
| Carregamento multieixo | Suporta carregamento combinado de tração, torção e flexão | Normalmente apenas unieixo |
| Tamanho do Corpo de Prova | Pequeno (requer correspondência de ressonância) | Grande (Ilimitado) |
2. Comparação com a máquina de ensaio ultrassônico de duas colunas
rigidez aprimorada: A estrutura de três colunas suporta cargas excêntricas maiores, tornando-a adequada para corpos de prova assimétricos ou condições de carregamento combinado.
escalabilidade: Integração mais fácil de módulos multiambiente (por exemplo, câmaras de radiação).
otimização de precisão: melhora a eficiência da transmissão de vibrações e reduz a perda de energia.
Tendência futura
Tecnologia de Gêmeo Digital: Acelera o desenvolvimento de materiais por meio de simulação em tempo real e interação de dados com os resultados dos ensaios.
Expansão em ultra-alta frequência: Desenvolvimento de um sistema de 50 kHz a 100 kHz para ensaios de nanomateriais/filmes.
Avanço na padronização: Incentivar a ASTM/ISO a incorporar o ensaio de fadiga ultrassônica nas normas de certificação de materiais.
Máquina de ensaio de fadiga ultrassônica axial de três colunas
Vários tipos de corpos de prova para ensaios de fadiga
