SK1252023A3 - Method of performing rotating bending fatigue test - Google Patents

Method of performing rotating bending fatigue test Download PDF

Info

Publication number
SK1252023A3
SK1252023A3 SK125-2023A SK1252023A SK1252023A3 SK 1252023 A3 SK1252023 A3 SK 1252023A3 SK 1252023 A SK1252023 A SK 1252023A SK 1252023 A3 SK1252023 A3 SK 1252023A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
test
jaws
bending
axis
test body
Prior art date
Application number
SK125-2023A
Other languages
Slovak (sk)
Inventor
Petr Foltynek
Ing. Čížek Petr, Ph.D.
Jan Uruba
Ing. Kander Ladislav, Ph.D.
prof. Ing. Schindler Ivo, Ph.D.
Original Assignee
Materiálový a metalurgický výzkum, s.r.o.
Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Materiálový a metalurgický výzkum, s.r.o., Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava filed Critical Materiálový a metalurgický výzkum, s.r.o.
Publication of SK1252023A3 publication Critical patent/SK1252023A3/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/20Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady bending forces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts
    • G01M13/02Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/025Test-benches with rotational drive means and loading means; Load or drive simulation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0033Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining damage, crack or wear
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G01M99/007Subject matter not provided for in other groups of this subclass by applying a load, e.g. for resistance or wear testing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058Kind of property studied
    • G01N2203/0069Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/026Specifications of the specimen
    • G01N2203/0262Shape of the specimen
    • G01N2203/0278Thin specimens
    • G01N2203/028One dimensional, e.g. filaments, wires, ropes or cables

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Method of performing rotating bending fatigue test based on the principle of computer- controlled cyclic loading and software evaluation of measured values, characterized in that into the jaws (2, 2'), which are on the frame (1), at least one test specimen (3) is clamped to having an exemplary circular cross-section, where the tangent of its axis at the clamping point is coaxial with the axis of the clamping jaw (2, 2'), and the mutual angle of the vectors of the jaws (2, 2') is 0-270°, where in the test specimen (3) is loaded by bending stress, and furthermore, electric motors (4, 4') are started, which start the jaws (2, 2'), the movement of which is synchronized with each other, while the test specimen (3) begins to rotate about its axis in the number of cycles 103 to 109, when using a force sensor (5) load data are recorded.

Description

Oblasť technikyThe field of technology

Vynález sa týka spôsobu vykonávania únavovej skúšky ohybom za rotácie pre skúšobné telesá kruhového prierezu, počas ktorej dochádza k opakovanému zaťažovaniu skúšobného telesa, najmä drôtov, čím je simulované správanie skúšaného materiálu pri bežnom použití v danom časovom intervale. Zmyslom skúšania je získavanie informácií o mechanických vlastnostiach materiálu počas zaťažovania, vďaka čomu je možné vyhodnocovať životnosť skúšaného materiálu v strojných súčastiach.The invention relates to a method of performing a fatigue test by bending under rotation for test bodies of circular cross-section, during which the test body is repeatedly loaded, especially wires, which simulates the behavior of the tested material during normal use in a given time interval. The purpose of the test is to obtain information about the mechanical properties of the material during loading, thanks to which it is possible to evaluate the service life of the tested material in machine components.

Doterajší stav technikyCurrent state of the art

Únava materiálu sa prejavuje, pokiaľ počet tzv. zaťažovacích cyklov dosahuje desaťtisícok, miliónov a viac. Napätie pri cyklickom zaťažovaní vzorky je menšie než je medza klzu materiálu, pretože únava materiálu vzniká pri súčastiach, ktoré sú v prevádzke namáhané opakovaným zaťažením menším než medza klzu materiálu, ale vyšším než je medza únavy. Pri takto zaťažovaných súčastiach môže vzniknúť trhlina, ktorá sa s pribúdajúcim počtom zaťažovacích cyklov pomaly šíri, až dôjde k tzv. únavovému lomu súčasti. Tento lom je charakteristický tým, že mu nepredchádza plastická deformácia. Trhliny typicky vznikajú v miestach koncentrácie napätia, teda v miestach vrubov, teda napríklad v miestach, kde sa nachádza otvor, závit, veľká drsnosť povrchu, zvar, trhlina, kaz materiálu, preto často únavové skúšky prebiehajú na skúšobných vzorkách s vrubom.Material fatigue manifests itself if the number of so-called load cycles reach tens of thousands, millions and more. The stress during cyclic loading of the sample is less than the yield strength of the material, because material fatigue occurs in components that are subjected to repeated loads lower than the yield strength of the material but higher than the fatigue strength. In the case of components loaded in this way, a crack may appear, which slowly spreads with the increasing number of load cycles, until the so-called fatigue fracture of the component. This fracture is characterized by the fact that it is not preceded by plastic deformation. Cracks typically occur in places of stress concentration, that is, in places of notches, that is, for example, in places where there is a hole, a thread, a large surface roughness, a weld, a crack, material damage, therefore fatigue tests are often carried out on test samples with notches.

Z doterajšieho stavu techniky sú známe metódy a zariadenia na vykonávanie skúšky únavy ohybom za rotácie. Zariadenie, prispôsobené na vykonávanie skúšky únavy materiálu ohybom za rotácie, sa typicky skladá z motora, hnacieho vretena a oporného ložiska. Vzorka je uložená medzi hnacie vreteno, ku ktorému je upnutá, a oporné ložisko. Na vzorke sa typicky nachádza vrub, otvor a pod., ktoré slúžia ako koncentrátory napätia. Tieto zariadenia sú však prispôsobené iba na skúmanie rovných vzoriek (vzoriek s priamou pozdĺžnou osou). V prípade testovania napríklad drôtu, ktorý je typicky vyrábaný vo zvitkoch s určitým polomerom zaoblenia pozdĺžnej osi drôtu, je nutné drôt pred samotným upnutím vyrovnať. Tým však dochádza k plastickej deformácii, a teda aj zásadnej zmene mechanických vlastností ešte pred samotným skúšaním vzorky.From the current state of the art, methods and devices are known for carrying out the bending fatigue test under rotation. A device adapted to perform a rotational bending fatigue test typically consists of a motor, a drive spindle, and a support bearing. The sample is placed between the drive spindle, to which it is clamped, and the support bearing. The sample typically has a notch, hole, etc., which serve as stress concentrators. However, these devices are only adapted to examine straight samples (samples with a straight longitudinal axis). In the case of testing, for example, wire, which is typically produced in coils with a certain radius of rounding of the longitudinal axis of the wire, it is necessary to straighten the wire before clamping. However, this leads to plastic deformation, and thus to a fundamental change in the mechanical properties even before the actual testing of the sample.

Z patentového spisu CZ 304633 „Zarízení pro únavové zkoušky ohybem na skúšanie skúšobných telies s vrubom, je známe zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky ohybom, kde zariadenie obsahuje vodiace puzdro na upnutie skúšobnej vzorky, ktoré je umiestnené v klietke a vo vodiacom puzdre je umiestnené upínacie puzdro na zovretie skúšobnej vzorky. Na monitorovanie priebehu zaťaženia skúšobnej vzorky slúži vodorovný strmeň v jednej osi a zvislý strmeň v osi druhej. Uvedený spis poskytuje úplne odlišný spôsob skúšania než prihlasovaný vynález.From the patent file CZ 304633 "Device for bending fatigue tests for testing test specimens with a notch, a device for performing a bending fatigue test is known, where the device contains a guide sleeve for clamping the test sample, which is placed in a cage and a clamping sleeve is placed in the guide sleeve to clamp the test specimen. A horizontal caliper in one axis and a vertical caliper in the other axis are used to monitor the progress of the load on the test sample. The said document provides a completely different method of testing than the claimed invention.

Ďalej je známe riešenie z prihlášky úžitkového vzoru 2014-30046 „Čelist pro upínání miniaturních kulatých vzorkú ve zkušebních strojích pro testování únavové životnosti, ktorá je prispôsobená na upínanie miniatúrnych okrúhlych vzoriek, ktoré obsahuje pevný držiak vzorky vybavený dvoma otvormi a upínacím kameňom, na ktorom sa nachádza vybranie v tvare valcovej plochy s vrúbkovaním. Čeľusť ďalej obsahuje pohyblivý držiak vzorky, ktorý je tiež vybavený dvoma otvormi a upínacím kameňom. Spojenie pevného a pohyblivého držiaka vzorky je realizované pomocou čapov, ktoré sú vložené do príslušných otvorov a spojené prítlačným prvkom. Predložený spis sa tiež týka inej oblasti než prihlasovaný vynález.Furthermore, there is a known solution from utility model application 2014-30046 "Jaw for clamping miniature round samples in testing machines for testing fatigue life, which is adapted for clamping miniature round samples, which includes a fixed sample holder equipped with two holes and a clamping stone on which it has a recess in the shape of a cylindrical surface with indentations. The jaw further includes a movable specimen holder, which is also equipped with two holes and a clamping stone. The connection of the fixed and movable sample holder is realized with the help of pins, which are inserted into the corresponding holes and connected by a pressure element. The submitted file also relates to a different field than the claimed invention.

Z patentového spisu CN111337338A „Fatigue test device for repeatedly winding and unwinding winding optical cable je známe zariadenie prispôsobené na test únavy optických káblov pri ich opakovanom navíjaní a rozvíjaní.From the patent file CN111337338A "Fatigue test device for repeatedly winding and unwinding winding optical cable" is a known device adapted to the fatigue test of optical cables during their repeated winding and unwinding.

Z patentového spisu CN101221108A „Rotating and bending corrosion fatigue testing device je známe zariadenie na vykonávanie únavovej skúšky za rotácie vzoriek, ktoré podliehajú korózii. Pri skúšaní vzorky je skúmanou vzorkou rotované a zároveň pomocou čerpadla a trysky aplikovaný roztok spôsobujúci koróziu.From the patent file CN101221108A "Rotating and bending corrosion fatigue testing device" is a known device for performing a fatigue test by rotating samples that are subject to corrosion. When testing the sample, the examined sample is rotated and, at the same time, a solution causing corrosion is applied using a pump and a nozzle.

Spôsoby skúšania únavy nemožno na uvedených zariadeniach vykonávať na skúšobných telesách s určitým polomerom bez ich vyrovnania alebo uvedené spisy predstavujú úplne odlišné technické riešenie.The methods of fatigue testing cannot be performed on test bodies with a certain radius on the mentioned devices without equalizing them, or the mentioned documents represent a completely different technical solution.

Ďalej existujú zariadenia, ktoré majú hnacie vreteno a oporné ložisko umiestnené na otočných kĺboch. Skúšaná vzorka je uložená medzi hnacie vreteno a oporné ložisko. Potom je vzorka upnutá k hnaciemu vretenu a následne sú vreteno a ložisko vychýlené o definovaný uhol tak, že skúšaná vzorka je prehnutá. Rotáciou vzorky je potom dosiahnuté cyklické zaťažovanie vzorky. Tento spôsob zaťažovania sa v literatúre nazýva tzv. „nakamura test. Zásadnou nevýhodou tohto spôsobu skúšania je vplyv trenia v opornom ložisku na výsledok merania.Furthermore, there are devices that have a drive spindle and a support bearing located on pivot joints. The tested sample is placed between the drive spindle and the support bearing. Then the sample is clamped to the drive spindle and subsequently the spindle and the bearing are deflected by a defined angle so that the test sample is bent. Cyclic loading of the sample is then achieved by rotating the sample. This method of loading is called in the literature the so-called "Nakamura test. A fundamental disadvantage of this method of testing is the effect of friction in the support bearing on the measurement result.

Trenie v opornom ložisku vytvára krútiaci moment spôsobujúci prídavné zaťaženie krútením po celej dĺžkeFriction in the support bearing creates a torque causing an additional twisting load along the entire length

SK 125-2023 A3 skúšobného telesa. So zmenšujúcim sa priemerom skúšobného telesa klesá pomer medzi ohybovým napätím (žiaducim, definovaným) a torzným napätím (nežiaducim, nedefinovaným). Preto pri zaťažovaní tenkých vzoriek (napríklad drôtov) odpor nehnanej čeľuste (napr. oporného ložiska) výrazne skresľuje výsledok merania.SK 125-2023 A3 of the test specimen. As the diameter of the test specimen decreases, the ratio between bending stress (desired, defined) and torsional stress (undesired, undefined) decreases. Therefore, when loading thin samples (e.g. wires), the resistance of the non-driven jaw (e.g. support bearing) significantly distorts the measurement result.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Vyššie uvedené nevýhody odstraňuje spôsob vykonávania únavovej skúšky ohybom za rotácie založený na princípe počítačovo riadeného cyklického zaťažovania a softvérového vyhodnotenia nameraných hodnôt, podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že do čeľustí, ktoré sú upevnené na ráme, je na jeho oboch koncoch upnuté aspoň jedno skúšobné teleso, ktoré má kruhový prierez, kde dotyčnica jeho pozdĺžnej osi v mieste upnutia je súosá s osou upínacej čeľuste, a vzájomný uhol vektorov osí čeľustí je ľubovoľne voliteľný v rozsahu 0 - 270°, pričom týmto je skúšobné teleso zaťažené ohybovým napätím. Potom sú spustené elektromotory, ktoré uvedú do chodu čeľuste, ktorých pohyb je vzájomne synchronizovaný a skúšobné teleso začne rotovať okolo svojej osi v počte cyklov 103 až 109. Pomocou snímača sily sú zaznamenávané údaje o zaťažovaní a pomocou snímača pre detekciu lomu je detekovaný lom.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the method of carrying out the fatigue test by bending while rotating, based on the principle of computer-controlled cyclic loading and software evaluation of the measured values, according to this invention, the essence of which consists in the fact that the jaws, which are fixed on the frame, are clamped at both ends at least one test body that has a circular cross-section, where the tangent of its longitudinal axis at the point of clamping is co-axial with the axis of the clamping jaw, and the mutual angle of the vectors of the axes of the jaws is freely selectable in the range of 0 - 270°, whereby the test body is loaded with bending stress. Then the electric motors are started, which start the jaws, the movement of which is mutually synchronized, and the test body starts to rotate around its axis in the number of cycles from 10 3 to 10 9 . The load data is recorded using the force sensor and the fracture is detected using the fracture detection sensor.

Je výhodné, aby vzájomný uhol vektorov osí čeľustí bol 30 - 180° a je tiež výhodné, aby osi čeľustí spolu s upnutým skúšobným telesom smerovali dole, čím je eliminované ovplyvnenie získaných výsledkov skúšania nežiaducim bočným ohybom tiažou vzorky.It is preferable that the mutual angle of the vectors of the axes of the jaws is 30-180°, and it is also advantageous that the axes of the jaws, together with the clamped test body, point down, thereby eliminating the influence of the obtained test results by unwanted lateral bending due to the weight of the sample.

Je účelné, aby po detekcii lomu došlo k rýchlemu zastaveniu rotácie skúšobného telesa pomocou brzdiaceho mechanizmu.It is expedient that, after detection of a fracture, the rotation of the test body is quickly stopped by means of a braking mechanism.

Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images on drawings

Na obrázku 1 je schematicky zobrazené zariadenie na vykonávanie spôsobu únavovej skúšky ohybom za rotácie.Figure 1 shows schematically the device for carrying out the fatigue test method by bending while rotating.

Na obrázku 2 sú zobrazené upínacie čeľuste, kde dotyčnica k pozdĺžnej osi vzorky v mieste upnutia je kolmá k čelu upínacej čeľuste a na obrázku 3 je schematicky zobrazená vzorka s uhlom upnutia príkladne 90°.Figure 2 shows clamping jaws, where the tangent to the longitudinal axis of the sample at the clamping point is perpendicular to the face of the clamping jaw, and Figure 3 schematically shows a sample with a clamping angle of, for example, 90°.

Na obrázku 4 je zobrazená geometria drôtu, pričom upínacie čeľuste zaujímajú uhol 90°, hrubou čiernou plnou čiarou je znázornená upnutá zaťažená skúšobná vzorka, plnou šedou čiarou je naznačená vzorka v nezaťaženom stave, bodkočiarkovanou čiarou sú naznačené osi klieštin a čiarkovanou čiarou sú naznačené sprievodiče oblúka. Na obrázku 5 je zobrazený graf predstavujúci napätie podľa pootočenia vzorky, kde na vodorovnej osi je vynesený uhol rotácie vzorky, na zvislej osi ťahové napätie na povrchu vzorky a na zvislej osi vpravo v grafe je vynesená veľkosť sily, kde hrubá čierna čiara označuje napätie na vnútornej strane vzorky, hrubá čierna čiarkovaná čiara označuje napätie na vonkajšej strane vzorky, šedá plná a čiarkovaná čiara zobrazuje napätie na bočných stranách a šedá bodkovaná čiara zobrazuje veľkosť sily na snímači. Na obrázku 6 je zobrazený graf, kde sú na zvislej osi zobrazené hodnoty napätia, síl a vzdialeností, na vodorovnej osi veľkosť skúšobného polomeru, kde hrubá čierna čiara označuje maximálne napätie, hrubá čierna čiarkovaná čiara označuje maximálnu veľkosť sily medzi klieštinami, tenká plná čierna čiara označuje skúšobnú dĺžku vzorky, tenká čiarkovaná čiara zobrazuje rozstup klieštin a bodkovaná čiara označuje vyklenutie skúšobnej dĺžky vzorky.Figure 4 shows the wire geometry with the clamping jaws at 90°, the thick black solid line shows the clamped loaded test specimen, the solid gray line shows the unloaded specimen, the dot-dashed line shows the collet axes, and the dashed line shows the arc guides . Figure 5 shows a graph representing the stress according to the rotation of the sample, where the angle of rotation of the sample is plotted on the horizontal axis, the tensile stress on the surface of the sample is plotted on the vertical axis, and the magnitude of the force is plotted on the vertical axis on the right of the graph, where the thick black line indicates the stress on the internal side of the sample, the thick black dashed line indicates the stress on the outside of the sample, the gray solid and dashed line shows the stress on the sides, and the gray dotted line shows the magnitude of the force on the sensor. Figure 6 shows a graph where the values of tension, forces and distances are shown on the vertical axis, the size of the test radius on the horizontal axis, where the thick black line indicates the maximum stress, the thick black dashed line indicates the maximum force between the collets, the thin solid black line indicates the test length of the specimen, the thin dashed line shows the collet spacing, and the dotted line indicates the camber of the test length of the specimen.

Na obrázku 7 je schematicky zobrazená vzorka s uhlom upnutia príkladne 120° a na obrázku 8 s uhlom upnutia 180°, na obrázku 9 s uhlom upnutia 270°.Figure 7 schematically shows a sample with a clamping angle of, for example, 120° and Figure 8 with a clamping angle of 180°, Figure 9 with a clamping angle of 270°.

Na obrázku 10 je zobrazená geometria drôtu, pričom upínacie čeľuste zaujímajú uhol 120°, hrubou čiernou plnou čiarou je znázornená upnutá zaťažená skúšobná vzorka, plnou šedou čiarou je naznačená vzorka v nezaťaženom stave, bodkočiarkovanou čiarou sú naznačené osi klieštin a čiarkovanou čiarou sú naznačené sprievodiče oblúka. Na obrázku 11 je zobrazený graf predstavujúci napätie podľa pootočenia vzorky, kde na vodorovnej osi je vynesený uhol rotácie vzorky, na zvislej osi ťahové napätie na povrchu vzorky, a na zvislej osi vpravo v grafe je vynesená veľkosť sily medzi čeľusťami, kde hrubá čierna čiara označuje napätie na vnútornej strane vzorky, hrubá čierna prerušovaná čiara označuje napätie na vonkajšej strane vzorky, šedá plná a prerušovaná čiara zobrazuje napätie na bočných stranách a šedá bodkovaná čiara zobrazuje veľkosť sily na snímači.Figure 10 shows the geometry of the wire, with the clamping jaws occupying an angle of 120°, the thick black solid line shows the clamped loaded test specimen, the solid gray line indicates the unloaded specimen, the dot-dashed line indicates the collet axes, and the dashed line indicates the arc guides . Figure 11 shows a graph representing the stress according to the rotation of the sample, where the angle of rotation of the sample is plotted on the horizontal axis, the tensile stress on the surface of the sample is plotted on the vertical axis, and the magnitude of the force between the jaws is plotted on the vertical axis on the right of the graph, where the thick black line indicates the strain on the inside of the specimen, the thick black dashed line indicates the strain on the outside of the specimen, the gray solid and dashed line shows the strain on the sides, and the gray dotted line shows the magnitude of the force on the sensor.

SK 125-2023 A3SK 125-2023 A3

Príklady uskutočnenia vynálezuExamples of implementation of the invention

Spôsob vykonávania únavovej skúšky ohybom za rotácie založený na princípe počítačovo riadeného cyklického zaťažovania, podľa tohto vynálezu spočíva v tom, že do čeľustí 2,2', ktoré sú na ráme 1, je uchytené skúšobné teleso 3, ktoré má príkladne kruhový prierez, ide predovšetkým o skúšobné telesá z drôtu. Dotyčnica pozdĺžnej osi skúšobného telesa 3 v mieste upnutia je súosá s osou upínacej čeľuste 2, 2' a kolmá k jej čelu. Vzájomný uhol vektorov osí čeľustí 2, 2' je 0 - 270°.The method of carrying out the rotational bending fatigue test based on the principle of computer-controlled cyclic loading, according to this invention, consists in the fact that a test body 3, which has, for example, a circular cross-section, is attached to the jaws 2,2', which are on the frame 1 o test bodies made of wire. The tangent of the longitudinal axis of the test body 3 at the clamping point is parallel to the axis of the clamping jaw 2, 2' and perpendicular to its face. The mutual angle of the axes of the jaws 2, 2' is 0 - 270°.

Po ustavení skúšobného telesa 3 sú spustené elektromotory 4, 4' čeľustí, ktorých otáčanie je vzájomne synchronizované pre minimalizáciu namáhania skúšobného telesa 3 krútením. Pri rotácii skúšobného telesa 3 sa potom lokálne hodnoty tohto napätia menia podľa sínusového cyklu s každou otáčkou.After setting the test body 3, the electric motors 4, 4' of the jaws are started, the rotation of which is mutually synchronized to minimize the stress on the test body 3 by twisting. During the rotation of the test body 3, the local values of this voltage then change according to the sinusoidal cycle with each revolution.

Pri jednej otáčke je skúšobné teleso 3 na povrchu namáhané od maximálneho ťahu po maximálny tlak a je týmto spôsobený skúšané cyklami rádovo 103 až 109.At one revolution, the test body 3 is stressed on the surface from maximum tension to maximum pressure and is thus caused by tested cycles of the order of 10 3 to 10 9 .

Pomocou snímača sily 5, ktorý je prepojený s počítačom sú zaznamenávané údaje o skutočných hodnotách napätia na povrchu skúšobného telesa 3.Using the force sensor 5, which is connected to the computer, data on the actual values of the stress on the surface of the test body 3 are recorded.

Pomocou snímača 6 detekovania lomu, ktorý je prepojený s počítačom, je zaznamenaný okamih deštruktívneho porušenia skúšobného telesa 3 a elektromotory 4,4' zaisťujúce pohon rotácie sú automaticky zastavené.Using the fracture detection sensor 6, which is connected to the computer, the moment of destructive failure of the test body 3 is recorded, and the electric motors 4, 4' ensuring the rotation drive are automatically stopped.

Vo výhodnom vyhotovení sú po deštrukcii skúšobného telesa 3 čeľuste 2, 2' aktívne zabrzdené pomocou brzdiaceho mechanizmu elektromotora s cieľom zamedzenia ich otáčania vplyvom zotrvačnosti.In an advantageous embodiment, after the destruction of the test body 3, the jaws 2, 2' are actively braked by means of the braking mechanism of the electric motor in order to prevent their rotation due to inertia.

Vo výhodnom vyhotovení, kedy čeľuste 2, 2' sú motorizované nastaviteľné, je možná zmena hodnoty ohybového napätia v priebehu skúšania práve zmenou polohy čeľustí a ich vzájomného uhla bez prerušenia riebehu skúšania.In an advantageous embodiment, when the jaws 2, 2' are motorized and adjustable, it is possible to change the value of the bending stress during the test just by changing the position of the jaws and their mutual angle without interrupting the testing process.

Príklad 1Example 1

Spôsob vykonávania únavovej skúšky ohybom za rotácie, podľa tohto vynálezu, je vykonávaný na skúšobnom telese 3, ktoré je definované svojou veľkosťou priemeru prierezu (priemer drôtu), výrobným polomerom pozdĺžnej osi (zakrivenie drôtu) a modulom pružnosti, príkladne na skúšobnom telese, ktorým je drôt s priemerom 0,55 mm, s výrobným polomerom 200 mm a s modulom pružnosti 210 GPa. Výrobný polomer drôtu je polomer drôtu vo voľnom nezaťaženom stave.The method of carrying out the rotational bending fatigue test, according to the present invention, is performed on the test body 3, which is defined by its size of the cross-sectional diameter (diameter of the wire), the production radius of the longitudinal axis (curvature of the wire) and the modulus of elasticity, for example on the test body, which is wire with a diameter of 0.55 mm, a production radius of 200 mm and a modulus of elasticity of 210 GPa. The production radius of the wire is the radius of the wire in a free, unloaded state.

Z týchto parametrov a požadovaného skúšobného napätia sa spočíta skúšobný polomer a následne podľa požadovanej skúšobnej dĺžky sa určí vhodný uhol osí čeľustí 2, 2', a potom sa dopočíta presná skúšobná dĺžka vzorky 3 a vzdialenosť čeľustí 2, 2' zabezpečujúca rovnomerné rozloženie ohybového napätia po celej skúšobne dĺžke vzorky 3.From these parameters and the required test stress, the test radius is calculated, and then, according to the required test length, the appropriate angle of the axes of the jaws 2, 2' is determined, and then the exact test length of the sample 3 and the distance between the jaws 2, 2' ensuring an even distribution of the bending stress after the entire length of the sample 3.

Stanovené ohybové napätie a na skúšanie drôtu je 790,9 MPa.The specified bending stress for testing the wire is 790.9 MPa.

Výška napätia je volená v závislosti od predpokladanej únavovej životnosti.The voltage level is chosen depending on the expected fatigue life.

Podľa rovnice R = E lx / Wo / (σ — (E lx / Ro / Wo)) je vypočítaný skúšobný polomer drôtu R = 115 mm.According to the equation R = E l x / W o / (σ — (E l x / R o / W o )), the calculated test radius of the wire is R = 115 mm.

E modul pružnosti E = 210 000 MPa lx moment zotrvačnosti lx = 0,004 mm4 E modulus of elasticity E = 210,000 MPa l x moment of inertia l x = 0.004 mm 4

Wo prierezový modul W„ = 0,016 mm3 W o cross-sectional modulus W„ = 0.016 mm 3

Ro výrobný polomer drôtu Ro = 200 mm o ohybové napätie o = 790,9 MPaRo production radius of the wire Ro = 200 mm o bending stress o = 790.9 MPa

Pre vyššie zvolené skúšobné napätie 790,9 MPa (zodpovedajúce skúšobnému polomeru 115 mm), možno na dosiahnutie rôznych skúšobných dĺžok voliť príkladne tieto geometrie upnutia:For the above-selected test stress of 790.9 MPa (corresponding to a test radius of 115 mm), the following clamping geometries can be chosen as an example to achieve different test lengths:

- uhol 90°, vzdialenosť čeľustí 162,6 mm, skúšobná dĺžka 180,6 mm (obr. 3),- angle 90°, jaw distance 162.6 mm, test length 180.6 mm (fig. 3),

- uhol 120°, vzdialenosť čeľustí 199,2 mm, skúšobná dĺžka 240,9 mm (obr. 7), — uhol 180°, vzdialenosť čeľustí 230 mm, skúšobná dĺžka 361,3 mm (obr. 8),- angle 120°, jaw distance 199.2 mm, test length 240.9 mm (fig. 7), — angle 180°, jaw distance 230 mm, test length 361.3 mm (fig. 8),

- uhol 270°, vzdialenosť čeľustí 162,6 mm, skúšobná dĺžka 541,9 mm (obr. 9).- angle 270°, jaw distance 162.6 mm, test length 541.9 mm (fig. 9).

Potom je spustený stroj a začne cyklovanie, ktoré je rádovo 103 až 107 cyklov, kým dôjde k deštrukcii skúšobného telesa.The machine is then started and cycling begins, which is of the order of 10 3 to 10 7 cycles, until destruction of the test specimen occurs.

V tabuľke 1 sú uvedené parametre skúšania pre upínací uhol 90°, vzdialenosť čeľustí 162,6 mm, skúšobnú dĺžku 180,6 mm.Table 1 shows the test parameters for a clamping angle of 90°, a jaw distance of 162.6 mm, and a test length of 180.6 mm.

SK 125-2023 A3SK 125-2023 A3

Tabuľka 1Table 1

Geometria vzorky Geometry of the sample Priemer prierezu Cross-section diameter d [mm] d [mm] 0,550 0.550 Plocha prierezu Cross-sectional area A [mm2]A [mm 2 ] 0,238 0.238 Prierezový modul Sectional module S [mm3]S [mm 3 ] 0,016 0.016 Moment zotrvačnosti Moment of inertia 1 [mm4]1 [mm 4 ] 0,004 0.004 Skúšobný polomer Test radius R [mm] R [mm] 115,0 115.0 Uhol oblúkového výseku skúšobnej dĺžky The angle of the arc section of the test length a[°] and[°] 90,0 90.0 Skúšobná dĺžka Trial length L [mm] L [mm] 180,6 180.6 Rozstup koncov skúšobnej dĺžky (klieštin) The distance between the ends of the test length (collets) B [mm] B [mm] 162,6 162.6 Vyklenutie skúšobnej dĺžky Arching of the test length C [mm] C [mm] 33,7 33.7 Výrobný polomer Production radius Ro [mm] Ro [mm] 200,0 200.0 Uhol výseku skr. dĺžky voľnej vzorky Cutting angle shr. length of the free sample ao [°] ao [°] 51,8 51.8 Rozstup voľných koncov skúšobnej dĺžky Spacing of the free ends of the test length Bo [mm] Bo [mm] 174,6 174.6 Ohybové momenty v rovine Ro Bending moments in the plane Ro Modul pružnosti Modulus of elasticity E [MPa] E [MPa] 210 000 210 000 Moment pre napriamenie Ro Moment for straightening Ro Mi [Nmm] Mi [Nmm] 4,716 4,716 Moment pre ohyb z priamky na R Moment for bending from a straight line to R M2 [Nmm]M 2 [Nmm] 8,202 8,202 Moment pri upnutí Clamping moment Mmin [Nmm]M min [Nmm] 3,486 3,486 Moment pri otočení o 180° Moment when turning 180° Mmax [Nmm]M max [Nmm] 12,919 12,919 Povrchové ťahové napätia na vnútornom vlákne Ro Surface tensile stresses on the inner fiber Ro Napätie pri napriamení Ro Voltage during straightening R o Oíi [MPa] Oíi [MPa] 288,8 288.8 Napätie pri ohybe z priamky na R Bending stress from a straight line to R oi2 [MPa]o i2 [MPa] -502,2 -502.2 Napätie pri upnutí Clamping tension OiMin [MPa] OiMin [MPa] -213,4 -213.4 Napätie pri pootočení 180° Voltage when rotated 180° OiMax [MPa] OiMax [MPa] 790,9 790.9 Povrchové ťahové napätia na vonkajšom vlákne Ro Surface tensile stresses on the outer fiber R o Napätie pri napriamení Ro Voltage during straightening R o □oi [MPa] □oi [MPa] -288,8 -288.8 Napätie pri ohybe z priamky na R Bending stress from a straight line to R Oo2 [MPa] Oo2 [MPa] 502,2 502.2 Napätie pri upnutí Clamping tension OoMax [MPa] OoMax [MPa] 213,4 213.4 Napätie pri pootočení 180° Voltage when rotated 180° □oMin [MPa] □oMin [MPa] -790,9 -790.9 Sila na snímač Power to the sensor Maximálna sila Maximum power Fmax [N] Fmax [N] 0,3835 0.3835 Minimálna sila Minimum force Fmin [N] Fmin [N] 0,1035 0.1035

Príklad 2Example 2

V ďalšom príklade je pre drôt s priemerom 0,55 mm, modulom pružnosti 210 GPa a výrobným polomerom 230 mm zvolené skúšobné napätie 636,1 MPa zodpovedajúce skúšobnému polomeru 150 mm. Je zvolený uhol čeľustí 120° a dopočítaná skúšobná dĺžka 314,2 mm a vzdialenosť čeľustí 259,8 mm, ako je zobrazené na obrázku 10,11.In another example, for a wire with a diameter of 0.55 mm, a modulus of elasticity of 210 GPa and a production radius of 230 mm, a test stress of 636.1 MPa corresponding to a test radius of 150 mm is selected. A jaw angle of 120° is selected and the calculated test length is 314.2 mm and the jaw distance is 259.8 mm, as shown in Figure 10.11.

Skúšanie prebieha s parametrami uvedenými v tabuľke 2.The test is carried out with the parameters listed in Table 2.

SK 125-2023 A3SK 125-2023 A3

Tabuľka 2Table 2

Geometria vzorky Geometry of the sample Priemer prierezu Cross-section diameter d [mm] d [mm] 0,550 0.550 Plocha prierezu Cross-sectional area A [mm2]A [mm 2 ] 0,238 0.238 Prierezový modul Sectional module S [mm3]S [mm 3 ] 0,016 0.016 Moment zotrvačnosti Moment of inertia 1 [mm4]1 [mm 4 ] 0,004 0.004 Skúšobný polomer Test radius R [mm] R [mm] 150,0 150.0 Uhol oblúkového výseku skúšobnej dĺžky The angle of the arc section of the test length a [’] and ['] 120,0 120.0 Skúšobná dĺžka Trial length L [mm] L [mm] 314,2 314.2 Rozstup koncov skúšobnej dĺžky (klieštin) The distance between the ends of the test length (collets) B [mm] B [mm] 259,8 259.8 Vyklenutie skúšobnej dĺžky Arching of the test length C [mm] C [mm] 75,0 75.0 Výrobný polomer Production radius Ro [mm] Ro [mm] 230,0 230.0 Uhol výseku skr. dĺžky voľnej vzorky Cutting angle shr. length of the free sample aoľ] oh] 78,3 78.3 Rozstup voľných koncov skúšobnej dĺžky Spacing of the free ends of the test length Bo [mm] Bo [mm] 290,3 290.3 Ohybové momenty v rovine Ro Bending moments in the plane Ro Modul pružnosti Modulus of elasticity E [MPa] E [MPa] 210 000 210,000 Moment pre napriamenie Ro Moment for straightening Ro Mi [Nmm] Mi [Nmm] 4,101 4,101 Moment pre ohyb z priamky na R Moment for bending from a straight line to R M2 [Nmm]M 2 [Nmm] 6,289 6,289 Moment pri upnutí Clamping moment Mmin [Nmm]M min [Nmm] 2,187 2,187 Moment pri otočení o 180° Moment when turning 180° Mmax [Nmm]M max [Nmm] 10,390 10,390 Povrchové ťahové napätia na vnútornom vlákne Ro Surface tensile stresses on the inner fiber R o Napätie pri napriamení Ro Voltage during straightening R o Oíi [MPa] Oíi [MPa] 251,1 251.1 Napätie pri ohybe z priamky na R Bending stress from a straight line to R Oi2 [MPa]O i2 [MPa] -385,0 -385.0 Napätie pri upnutí Clamping tension OiMin [MPa] OiMin [MPa] -133,9 -133.9 Napätie pri pootočení 180° Voltage when rotated 180° □iMax [MPa] □iMax [MPa] 636,1 636.1 Povrchové ťahové napätia na vonkajšom vlákne Ro Surface tensile stresses on the outer fiber Ro Napätie pri napriamení Ro Voltage during straightening R o Ooi [MPa] Ooi [MPa] -251,1 -251.1 Napätie pri ohybe z priamky na R Bending stress from a straight line to R □o2 [MPa] □o2 [MPa] 385,0 385.0 Napätie pri upnutí Clamping tension OoMax [MPa] OoMax [MPa] 133,9 133.9 Napätie pri pootočení 180° Voltage when rotated 180° OoMin [MPa] OoMin [MPa] -636,1 -636.1 Sila na snímač Power to the sensor Maximálna sila Maximum power Fmax [N] Fmax [N] 0,1385 0.1385 Minimálna sila Minimum force Fmin [N] Fmin [N] 0,0292 0.0292

Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability

Spôsob vykonávania únavovej skúšky ohybom za rotácie podľa predkladaného vynálezu, založený na princípe počítačovo riadeného cyklického zaťažovania a softvérového vyhodnotenia nameraných hodnôt, je možné využívať v skúšobných laboratóriách a vedeckých pracoviskách vykonávajúcich deštruktívne skúšanie 10 na získanie informácií o mechanických vlastnostiach materiálov.The method of carrying out the bending and rotation fatigue test according to the present invention, based on the principle of computer-controlled cyclic loading and software evaluation of measured values, can be used in testing laboratories and scientific workplaces performing destructive testing 10 to obtain information about the mechanical properties of materials.

SK 125-2023 A3SK 125-2023 A3

Zoznam vzťahových značiekList of relationship tags

1 2, 2' 5 3 4, 4' 5 6 1 2, 2' 5 3 4, 4' 5 6 rám stroja čeľusť skúšobné teleso elektromotor snímač sily snímač detekovania lomu machine frame jaw test body electric motor force sensor fracture detection sensor

Claims (5)

1. Spôsob vykonávania únavovej skúšky ohybom za rotácie založený na princípe počítačovo riadeného cyklického zaťažovania a softvérového vyhodnotenia nameraných hodnôt, vyznačujúci sa tým, ž e do čeľustí (2,21), ktoré sú upevnené na ráme (l),je na jeho oboch koncoch upnuté aspoň jedno skúšobné teleso (3), ktoré má kruhový prierez, kde dotyčnica jeho osi v mieste upnutia je súosá s osou upínacej čeľuste (2, 21), a vzájomný uhol vektorov osí čeľustí (2, 21) je 0 - 270°, pričom je skúšobné teleso (3) zaťažené ohybovým napätím, a ďalej sú spustené elektromotory (4, 4'), ktoré uvedú do chodu čeľuste (2, 21), ktorých pohyb je vzájomne synchronizovaný, pričom skúšobné teleso (3) začne rotovať okolo svojej osi v počte cyklov 103 až 109, kedy pomocou snímača sily (5) sú zaznamenávané údaje o zaťažovaní.1. The method of carrying out the fatigue test by bending while rotating, based on the principle of computer-controlled cyclic loading and software evaluation of the measured values, characterized by the fact that the jaws (2,2 1 ), which are fixed on the frame (l), are on both at the ends, at least one test body (3) is clamped, which has a circular cross-section, where the tangent of its axis at the point of clamping is co-axial with the axis of the clamping jaw (2, 2 1 ), and the mutual angle of the vectors of the axes of the jaws (2, 2 1 ) is 0 - 270°, while the test body (3) is loaded with bending stress, and then the electric motors (4, 4') are started, which start the jaws (2, 2 1 ), whose movement is mutually synchronized, while the test body (3) it starts to rotate around its axis in the number of cycles from 10 3 to 10 9 , when the load data is recorded using the force sensor (5). 2. Spôsob vykonávania únavovej skúšky ohybom za rotácie podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že detekovanie lomu skúšobného telesa (3) je vykonávané pomocou snímača (6) pre detekciu lomu.2. The method of carrying out the fatigue test by bending under rotation according to claim 1, characterized in that the fracture detection of the test body (3) is performed using a sensor (6) for fracture detection. 3. Spôsob vykonávania únavovej skúšky ohybom za rotácie podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že po detekcii lomu dôjde k zrýchlenému zastaveniu rotácie skúšobného telesa (3) aktívnym brzdením elektromotorov (4, 4').3. The method of carrying out the fatigue test by bending while rotating according to claim 2, characterized in that after the fracture is detected, the rotation of the test body (3) is stopped at an accelerated rate by active braking of the electric motors (4, 4'). 4. Spôsob vykonávania únavovej skúšky ohybom za rotácie podľa niektorého z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že vzájomný uhol vektorov osí čeľustí (2, 21) je 30 - 180°.4. The method of carrying out the fatigue test by bending under rotation according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mutual angle of the vectors of the axes of the jaws (2, 2 1 ) is 30 - 180°. 5. Spôsob vykonávania únavovej skúšky ohybom za rotácie podľa niektorého z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že osi čeľustí (2,21) spolu s pozdĺžnou osou upnutého skúšobného telesa (3) ležia vo zvislej rovine.5. The method of carrying out the fatigue test by bending under rotation according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the axes of the jaws (2,2 1 ) together with the longitudinal axis of the clamped test body (3) lie in a vertical plane.
SK125-2023A 2021-08-19 2021-08-19 Method of performing rotating bending fatigue test SK1252023A3 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CZ2021/000041 WO2022161555A1 (en) 2021-08-19 2021-08-19 Method of performing rotating bending fatigue test

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK1252023A3 true SK1252023A3 (en) 2023-10-25

Family

ID=82654185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK125-2023A SK1252023A3 (en) 2021-08-19 2021-08-19 Method of performing rotating bending fatigue test

Country Status (3)

Country Link
CZ (1) CZ2023320A3 (en)
SK (1) SK1252023A3 (en)
WO (1) WO2022161555A1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB520230A (en) * 1938-09-15 1940-04-18 Ernst Lukacs Method of and apparatus for improving metal bars
CN101221108A (en) * 2008-01-30 2008-07-16 中国科学院力学研究所 Rotating and bending corrosion fatigue testing device
CN107340190B (en) * 2017-08-24 2023-05-05 吉林大学 Multistage static and dynamic coupling mechanical loading device for high-frequency fatigue test

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2023320A3 (en) 2024-04-10
WO2022161555A1 (en) 2022-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106053213A (en) Manual loading device for in-situ tensile test by industrial CT (computed tomography)
CN110907479A (en) Material testing machine and radiation CT apparatus
CN108362554A (en) A kind of three-point bending vibrating fatigue device with axial tension function
JP2008281390A (en) Manufacturing method of bending test tool, bending test tool and bending test device
KR101176958B1 (en) Three point bending test machine
SK1252023A3 (en) Method of performing rotating bending fatigue test
KR20160083124A (en) Method for detecting degradation of resin film and apparatus for detecting degradation of resin film
JP2017026540A (en) Jig, load application device, load application method and analysis method
JP2014102132A (en) Low cycle fatigue crack growth evaluation method
Barroso et al. Biaxial testing of composites in uniaxial machines: manufacturing of a device, analysis of the specimen geometry and preliminary experimental results
RU2578286C1 (en) Method of testing metals for bending with stretching
RU2758034C1 (en) Arcuate test device
RU133301U1 (en) STAND FOR TESTING AND DETERMINING THE PHYSICAL PARAMETERS OF AN OPTICAL CABLE
Bader et al. Effect of stress ratio and v notch shape on fatigue life in steel beam
EP3743677A1 (en) Method and apparatus for measuring diameters of cylindrical measuring pins
SK1082023A3 (en) Method of performing rotating bending fatigue test
JPH1151833A (en) Clamping jig for tensile test
BR102019010575A2 (en) DEVICE AND CLAWS FOR TORSION TESTING ON WELDING POINTS
Bader et al. Effect of V notch shape on fatigue life in steel beam made of AISI 1037
RU2238536C1 (en) Clamp for testing fiber-optic light conduit
CN219015880U (en) Centering clamping device for wire fatigue test
KR20190097897A (en) Tension test apparatus
CN210269403U (en) Clamp for detecting workpiece
JP2008175832A (en) Flexural rigidity evaluation method for long material
US3347091A (en) Grip for compression testing