Name: ultrasonic fatigue testing in the tension-compression mode
Uploaded: 2018-03-07T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 54 s
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El trabajo fue financiado por los proyectos: "Centro de investigación de la Universidad de Žilina - 2nd fase", concede a ITMS 313011 011, Agencia de concesión científica del Ministerio de educación, ciencia y deportes de la República Eslovaca y la Academia Eslovaca de Ciencias, Nº: 1/0045 / 17, 1/0951/17 y 1/0123/15 y eslovaco Agencia de investigación y desarrollo, no. APVV-16-0276.

Nota: Geometría de cada ejemplar debe ser seleccionado y calculado según las propiedades mecánicas y físicas del material probado, para que tenga una frecuencia de resonancia idéntico como el sistema ultrasónico de la prueba.

1. determinación de las dimensiones de muestra de prueba de fatiga
Nota: La geometría de la muestra de tensión-compresión estándar de "reloj de arena", con dimensiones principales definidas, se muestra en la figura 1. Dimensiones d, D y r son definidos por el usuario (independiente), mientras que l y L dimensiones tienen que ser calculado, según las condiciones de la frecuencia de resonancia correcta (dependiente). El medidor de longitud l resulta solamente de la relación de la geometría entre d, r y D y puede calcular fácilmente u obtenidas de un modelo de componentes; por lo tanto, no será objeto de una discusión más detallada.
<ol><li>
Determinación de dimensiones independientes Nota: Las principales dimensiones de la probeta (d, D, r) se eligen según los parámetros de material y las condiciones de prueba.<ol>
<li>Determinar el calibre diámetro d según el volumen requerido de material para la prueba. En el caso de una microestructura homogénea sin defectos internos, es preferible un diámetro de calibre más pequeño. En el caso de un material con importantes defectos internos (como huecos y mermas en los materiales de fundición), es necesario un mayor diámetro de calibre. El calibrador de diámetro d es generalmente de 3 mm a 5 mm.</li>
		<li>Determinar el diámetro de la cabeza D según tamaño material experimental disponible. El diámetro del cabezal usado D es generalmente de 10 mm a 15 mm. Nota: La D es la más grande, menor será la longitud de la cabeza (L).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Determinar el calibre Radio r según la distribución de la tensión mecánica necesaria en longitud de calibre de la muestra. Cuanto mayor sea el calibre de diámetro r es, el suavizador es la distribución de tensión mecánica. Un indicador comúnmente usado el radio es r = 20 mm o r = 32 mm. Nota: Cuanto más grande es la r , más la muestra.</li>
	<li>
Determinación de dimensiones dependientes
	<ol>
<li>Determinar el número de onda K según la siguiente fórmula9,18: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq1.jpg"> Nota: Aquí el fr es la frecuencia de resonancia del sistema ultrasónico (Hz), ρ es la densidad de volumen (kg m-3), y Ed es el módulo dinámico de elasticidad (kg m-3).</li>
		<li>Determinar la aproximación hiperbólica del calibrador de radio, según la siguiente fórmula9,19: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq2.jpg"> Nota: Aquí l es la longitud del calibre (m), D es el diámetro de la cabeza (m), y d es el diámetro del calibre (m) (figura 1).</li>
		<li>Determinar la excentricidad efectiva según la siguiente fórmula9,18: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq3.jpg"> Nota: Aquí A es la aproximación hiperbólica (m-1) determinada por la ecuación (2), y K es el número de onda (-) determinado según la expresión (1).</li>
		<li>Determinar la longitud de la cabeza (L) según la siguiente ecuación9,18: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq4.jpg"> Nota: Aquí K es el número de onda (-) determinado según la expresión (1) en el punto 1.2.1, β es la excentricidad efectiva (m-1) determinada por la ecuación (3) y l es la longitud del calibre (m) (figura 1).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. cálculo de la tensión mecánica en la longitud de la calibre de la muestra
<ol><li>Determinar el factor geométrico de aportación <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq5.jpg"> según la siguiente ecuación9,18: <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq6.jpg">
</li>
	<li>Determinar el ɛ de amplitud de deformación según la siguiente ecuación9,18: <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq7.jpg"> Nota: Aquí <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq5.jpg"> es el factor geométrico (-) y u es la amplitud de desplazamiento requiere el extremo libre de la muestra (m).</li>
	<li>Determinar la tensión mecánica amplitud σun acuerdo con la siguiente ecuación9,18: <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq8.jpg"> Nota: Aquí ɛ es la amplitud de la deformación (-) determinada según la expresión (5), y Ed es el módulo dinámico de elasticidad (kg m-3). Si la tensión mecánica calculada es demasiado baja, es necesario aumentar la amplitud de desplazamiento u (m) y viceversa.</li>
</ol>3. fabricación de la muestra con las operaciones de mecanizado
<ol><li>Debido a varias desviaciones pequeñas de las muestras trabajadas a máquina de una forma ideal, fabricación de muestras con más cabezas, generalmente L + 0.5 mm.</li>
</ol>4. armonización de la frecuencia de resonancia de la muestra con el sistema ultrasónico
Nota: Armonizar es el proceso de compensar varias desviaciones pequeñas de la muestra real de la forma ideal, calculada para obtener la frecuencia de resonancia correcta, que está en armonía con la sonda acústica ultrasónica.
<ol><li>Elegir el tipo adecuado de material acústico, según el rango de desplazamiento requerido, que es capaz de proporcionar la adecuada tensión mecánica en la muestra. Nota: Cada tipo de material está diseñado y calibrado para una gama de diferentes desplazamientos, así el material apropiado se elige según la amplitud de desplazamiento requerido calculada según la sección 2.</li>
	<li>
Montar la sonda en el convertidor piezoeléctrico.
	<ol>
<li>Atornille el tornillo de conexión dentro del agujero central de la sonda hasta que alcance la parte inferior.</li>
		<li>Esparcir el gel acústico en la cara el sonotrodo. Nota: Se utiliza una pequeña cantidad de gel, lo suficiente como para llenar la irregularidad de las superficies, que mejora la transferencia de la onda mecánica entre el convertidor piezoeléctrico y el sonotrodo.</li>
		<li>Atornille el sonotrodo el convertidor piezoeléctrico.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ejecutar el sistema de ultrasonidos con un conversor eléctrico piezoeléctrico montado sonda para medir la frecuencia de resonancia del sistema particular a la temperatura real.<ol>
<li>Ejecute el software de la prueba ultrasónico (e.g., Win20k).</li>
		<li>Seleccione el tipo de material usado en el menú desplegable en el cuadro de «Modelo».</li>
		<li>Introduzca la menor amplitud de desplazamiento para el material particular en el recuadro de "Amplitud".</li>
		<li>Haga clic en el botón "Inicio".</li>
		<li>Leer la frecuencia de resonancia real del sistema en el cuadro de la «Frecuencia».</li>
		<li>Haga clic en el botón "Stop".</li>
	</ol>
</li>
	<li>Montaje de la muestra en el extremo de la sonda.<ol>
<li>Atornille el tornillo de conexión en el agujero central de la muestra hasta que llega al fondo.</li>
		<li>Tornillo de la muestra a la sonda.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ejecutar el sistema de ultrasonidos con un convertidor eléctrico piezoeléctrico con montadas sonotrodo y la muestra para medir la frecuencia de resonancia del sistema particular a la temperatura real.<ol>
<li>Ejecute el software de prueba ultrasónico.</li>
		<li>Seleccione el tipo de material utilizado en el menú desplegable en el cuadro de «Modelo».</li>
		<li>Introduzca la menor amplitud de desplazamiento para el material particular en el recuadro de "Amplitud".</li>
		<li>Haga clic en el botón "Inicio".</li>
		<li>Leer la frecuencia de resonancia real del sistema en el cuadro de la «Frecuencia».</li>
		<li>Haga clic en el botón "Stop".</li>
	</ol>
</li>
	<li>Cuando la frecuencia de resonancia del sistema con montado de la muestra es menor que sin la muestra, reducir la masa de la pieza por cortar las caras de la cabeza de la muestra. Nota: Si la frecuencia de resonancia con un montaje de la muestra es superior, sería necesario reducir el calibre de diámetro d, que cambiaría las condiciones de la prueba. Por esta razón se añade 0,5 mm a la longitud de las cabezas en el proceso de fabricación.<ol>
<li>Desmonte al espécimen de la sonda.</li>
		<li>Montar a la pieza en un torno y gire hacia abajo 0,1 mm de la cara del primer jefe.</li>
		<li>Montar a la pieza en un torno y gire hacia abajo 0,1 mm de la cara de la segunda cabeza.</li>
		<li>Repita el paso 4.6 hasta que la frecuencia de resonancia esté dentro de tolerancia de ± 10 Hz.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. final montaje de las muestras a la sonda antes de la prueba de fatiga
<ol><li>Aplicar gel acústico en las caras para crear conexiones entre la sonda y la muestra.<ol>
<li>Atornille el tornillo de conexión en el agujero central de la muestra hasta que llega al fondo.</li>
		<li>Esparcir el gel acústico en la cara de la muestra. Nota: Sólo una pequeña cantidad de gel acústico se utiliza para rellenar las irregularidades en la superficie para mejorar la transferencia de la onda acústica de la sonda a la muestra.</li>
		<li>Tornillo de la muestra a la sonda.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. ejecutar el sistema de enfriamiento para muestra
<ol><li>Si se utiliza la refrigeración por aire, la corriente de aire se centran directamente en el centro de la longitud de la calibre de la pieza y esperar unos 20 s, por lo que el flujo de la corriente de aire satura la muestra.</li>
	<li>Si se utiliza la refrigeración por agua, centran los inyectores de agua en la cabeza superior de la muestra y ajustar la intensidad de corriente por lo que el agua fluye suavemente a lo largo de la longitud de la galga, para evitar la cavitación. Nota: Sumergir la muestra en agua o aceite también es posible, sin embargo esto se puede utilizar solamente para a corto plazo pruebas debido al efecto de cavitación significativa, que acelera el proceso de iniciación de grieta de fatiga.</li>
</ol>7. ejecutar el sistema de enfriamiento del convertidor Piezo eléctrico
<ol><li>Abra la válvula de la corriente de aire y ajuste la presión en el intervalo entre 0,5 y 1 bar.</li>
</ol>8. ejecutar la prueba con amplitud de desplazamiento necesario
<ol><li>Ejecute el software de prueba ultrasónico.</li>
	<li>Seleccione el tipo de material usado en el menú desplegable en el cuadro de «Modelo».</li>
	<li>Introduzca la amplitud de desplazamiento requerida para el material particular en el recuadro de "Amplitud".</li>
	<li>Haga clic en el botón "Inicio".</li>
</ol>9. fatiga Crack iniciación y propagación
<ol><li>Observar que después de la fatiga de la grieta iniciación y propagación a través de una parte de la sección transversal, el sistema se desplaza fuera de la frecuencia de resonancia y naturalmente se termina la prueba.</li>
	<li>Si la prueba no termina con una fractura, después de alcanzar el número requerido de ciclos de carga (la prueba es un run-out) terminar usando el botón "Stop" en el software de prueba ultrasónico.</li>
</ol>10. Desmonte al espécimen de la sonda
<ol><li>Desenrosque el espécimen de la sonda ultrasónica.</li>
</ol>11. estática de carga fuerza fractura
<ol><li>Con carga estática fuerza para fracturar el resto de la sección transversal con el uso de una máquina de carga estática. Nota: El vector y el tipo de la fuerza de carga de la fractura estática deben corresponder con el tipo de la fatiga cargando para que la superficie de fractura tiene carácter consistente.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Moore, H. F., Kommers, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The fatigue of metals. , 321 (1927).</li><li>Nicholas, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> High Cycle Fatigue: A Mechanics of Materials Perspective. , (2006).</li><li>Schijve, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fatigue of Structures and Materials. , (2008).</li><li>Murakami, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Metal Fatigue: Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions. , (2002).</li><li>Trsko, L., Bokuvka, O., Novy, F., Guagliano, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+severe+shot+peening+on+ultra-high-cycle+fatigue+of+a+low-alloy+steel.">Effect of severe shot peening on ultra-high-cycle fatigue of a low-alloy steel.</a> Mater. Design. 57, 103-113 (2014).</li><li>Stanzl, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fracture+mechanisms+and+fracture+mechanics+at+ultrasonic+frequencies.">Fracture mechanisms and fracture mechanics at ultrasonic frequencies.</a> Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 567-579 (1999).</li><li>Bathias, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=There+is+no+infinite+fatigue+life+in+metallic+materials.">There is no infinite fatigue life in metallic materials.</a> Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 559-565 (1999).</li><li>Ritchie, R. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-cycle+fatigue+of+Ti-6Al-4V.">High-cycle fatigue of Ti-6Al-4V.</a> Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 621-631 (1999).</li><li>Bathias, C., Paris, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Gigacycle Fatigue in Mechanical Practice. , (2004).</li><li>Bokuvka, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ultrasonic Fatigue of Materials at Low and High Frequency Loading. , (2015).</li><li>Almaraz, G. M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+Fatigue+Testing+on+the+Polymeric+Material+PMMA,+Used+in+Odontology+Applications.">Ultrasonic Fatigue Testing on the Polymeric Material PMMA, Used in Odontology Applications.</a> Procedia Structural Integrity. 3, 562-570 (2017).</li><li>Flore, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+high+and+very+high+cycle+fatigue+behaviour+of+continuous+fibre+reinforced+plastics+by+conventional+and+ultrasonic+fatigue+testing.">Investigation of the high and very high cycle fatigue behaviour of continuous fibre reinforced plastics by conventional and ultrasonic fatigue testing.</a> Compos. Sci. Technol. 141, 130-136 (2017).</li><li>Tr&#353;ko, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Severe+Shot+Peening+on+the+Surface+State+and+Ultra-High-Cycle+Fatigue+Behavior+of+an+AW+7075+Aluminum+Alloy.">Influence of Severe Shot Peening on the Surface State and Ultra-High-Cycle Fatigue Behavior of an AW 7075 Aluminum Alloy.</a> J. Mater. Eng. Perform. 26 (6), 2784-2797 (2017).</li><li>Mayer, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyclic+torsion+very+high+cycle+fatigue+of+VDSiCr+spring+steel+at+different+load+ratios.">Cyclic torsion very high cycle fatigue of VDSiCr spring steel at different load ratios.</a> Int. J. Fatigue. 70, 322-327 (2015).</li><li>Bathias, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Piezoelectric+fatigue+testing+machines+and+devices.">Piezoelectric fatigue testing machines and devices.</a> Int. J. Fatigue. 28 (11), 1438-1445 (2006).</li><li>Mayer, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+torsion+and+tension-compression+fatigue+testing:+Measuring+principles+and+investigations+on+2024-T351+aluminium+alloy.">Ultrasonic torsion and tension-compression fatigue testing: Measuring principles and investigations on 2024-T351 aluminium alloy.</a> Int. J. Fatigue. 28 (11), 1446-1455 (2006).</li><li>Brugger, C., Palin-Luc, T., Osmond, P., Blanc, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+ultrasonic+fatigue+testing+device+for+biaxial+bending+in+the+gigacycle+regime.">A new ultrasonic fatigue testing device for biaxial bending in the gigacycle regime.</a> Int. J. Fatigue. 100, Part 2, 619-626 (2017).</li><li>Wagner, D., Cavalieri, F. J., Bathias, C., Ranc, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+fatigue+tests+at+high+temperature+on+anaustenitic+steel.">Ultrasonic fatigue tests at high temperature on anaustenitic steel.</a> J. Propul. Power. 1 (1), 29-35 (2012).</li><li>Kohout, J., Vechet, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+function+for+fatigue+curves+characterization+and+its+multiple+merits.">A new function for fatigue curves characterization and its multiple merits.</a> Int. J. Fatigue. 23 (2), 175-183 (2001).</li></ol>

No tenemos nada que revelar.

Pruebas de fatiga ultrasónica es uno de los pocos métodos que permite realizar pruebas de los materiales estructurales en la región de ultra alto ciclo. Sin embargo, la muestra forma y tamaño son muy limitadas con respecto a la frecuencia de resonancia. Por ejemplo, pruebas de láminas delgadas en el modo de carga axial no es posible. Además, pruebas de especímenes grandes generalmente no es posible, porque las máquinas no proporcionan tal poder y sería necesario el diseño de un sistema de ultrasonidos.
<p c...

Daño de fatiga de materiales estructurales es fuertemente conectada con la industrialización y principalmente con el uso del motor de vapor y las locomotoras del vapor para el transporte ferroviario, donde se han utilizado muchos de los componentes metálicos, principalmente de hierro base y tuvo que soportar varios tipos de cargas cíclicas. Una de las primeras pruebas fue realizada por Albert (Alemania 1829)1 en cadenas soldadas con autógena para montacargas de la mina. La frecuencia de carga era 10 codos por minuto y el máximo de pruebas grabado alcanzó 100.000 carga ciclos1. Otro trabajo importante fue realizado por William Fairbairn en 1864. Se realizaron pruebas en vigas de hierro forjado con el uso de una carga estática, que fue levantada por una palanca y luego cayó provoca vibraciones. La viga cargada con aumentando poco a poco la tensión de carga de amplitud. Después de alcanzar varios 100 mil ciclos en diferentes amplitudes de la tensión, en el extremo de la viga de carga falló después de casi 5 mil ciclos de carga con una amplitud de carga de dos quintas partes de la última fuerza extensible. El primer estudio global y sistemático de la influencia de estrés repetido en los materiales estructurales se realizó de agosto Wöhler en 1860-18701. Para estas pruebas, él estaba usando modos de carga axial, flexión y torsión. Wöhler había diseñado fatiga único muchas máquinas, pero su desventaja era operación baja velocidad, por ejemplo la dobladora más rápido giratoria operada a 72 rpm (1,2 Hz), así la terminación del programa experimental tomó 12 años1. Después de realizar estas pruebas, se consideró que después de alcanzar una amplitud de carga en el que el material soporta 107 ciclos, la degradación de la fatiga es insignificante y el material puede soportar un número infinito de ciclos de carga. Esta amplitud de carga fue nombrado el "límite de fatiga" y se convirtió en el principal parámetro de diseño industrial de muchos años de2,3.
Desarrollo de nuevas máquinas industriales, que requieren una mayor eficiencia y ahorro de costos, que ofrecen la posibilidad de mayor carga, mayor velocidad de operación, mayor duración y alta fiabilidad con bajo mantenimiento. Por ejemplo, componentes de tren de alta velocidad Shinkanzen, después de 10 años de operación, tienen que soportar aproximadamente 10 ciclos de9 y la falta de un componente principal puede tener consecuencias fatales4. Además, componentes de motores de jet funcionan a menudo a 12.000 rpm, y componentes de turbo sopladores a menudo superan a 17.000 rpm. Ésos operación de alta velocidad de aumento de las necesidades para las pruebas de vida fatiga en la región llamada ciclo ultra alto y para evaluar si la resistencia a la fatiga de un material puede realmente considerarse constante durante más de 10 millones de ciclos. Después de las primeras pruebas realizadas por superar esta resistencia, era obvio que fallos de fatiga pueden ocurrir incluso en las amplitudes de la tensión aplicada menores que el límite de fatiga, después de un número de ciclos mucho más que 107y que el mecanismo de daño y falla podría ser diferente de la habitual unos5.
Creación de un programa de prueba de fatiga destinado a investigar la región ciclo ultra alto requiere el desarrollo de nuevos dispositivos para aumentar fuertemente la frecuencia de carga. Un Simposio centrado en este tema se celebró en París en junio de 1998, donde experimental se presentaron resultados que se obtuvieron por Stanzl-Tschegg6 y Bathias de7 a 20 kHz, carga de frecuencias, por Ritchie8 con el uso de 1 kHz cerrado loop servo-hidráulico de prueba y la máquina Davidson8 con una prueba de máquina 1,5 kHz magneto-strictive4. Desde ese momento, se propusieron muchas soluciones, pero todavía más comúnmente usadas para este tipo de prueba se basan en el concepto de Manson desde 1950 y utiliza frecuencias de cerca de 20 kHz9. Estas máquinas presentan un buen equilibrio entre grado de deformación, la exactitud de la determinación de la cantidad de ciclos y el tiempo de la prueba de fatiga (10 ciclos de10 se alcanzan en aproximadamente 6 días). Otros dispositivos fueron capaces de ofrecer más frecuencias de carga, como el utilizado por Girald en 1959-92 kHz y Kikukawa en 1965-199 kHz; sin embargo, éstos se utilizan raramente porque crean tasas de deformación muy alta y, puesto que el examen dura sólo unos minutos, se espera un notable error en el conteo de ciclo. Otro factor importante que limita la frecuencia de carga de los dispositivos de resonancia para las pruebas de fatiga es el tamaño de la muestra, que está en relación directa con la frecuencia de resonancia. Cuanto mayor sea la frecuencia de carga solicitado, cuanto menor sea la muestra. Esta es la razón por la cual raramente usado10frecuencias por encima de 40 kHz.
Puesto que la amplitud de desplazamiento es limitada generalmente dentro del intervalo de entre 3 y 80 μm, pruebas de fatiga ultrasónica pueden ser exitosamente aplicado en materiales metálicos más, aunque las técnicas para el análisis de materiales poliméricos como PMMA11 y también se desarrollaron compuestos12 . En general, pruebas de fatiga ultrasónica son posible realizar en los modos de carga axial: tracción - compresión simétrica ciclo13,14, tensión - tensión ciclo15,15, de flexión de tres puntos y también hay unas cuantas estudios con modificaciones especiales del sistema de torsión pruebas15,16 y biaxial flexión17. No es posible utilizar las muestras arbitrarias, porque para este método, la geometría está estrictamente relacionado con lograr la frecuencia de resonancia de 20 kHz. Para la carga axial, varios tipos de muestras se han comúnmente utilizados, generalmente con forma de reloj de arena con un calibre longitud diámetro de 3 a 5 mm. Para la flexión de tres puntos, se utilizan láminas delgadas, y para otros métodos de tipos especiales de especímenes están diseñados, según el tipo de método y condiciones de ensayo. El método fue diseñado para la evaluación de la vida de fatiga en la región de altas y ultra altas del ciclo, y esto significa que en el cargamento de 20 kHz, se obtiene 1 millón de ciclos en 50 s; por lo tanto, esto generalmente se considera el límite inferior de carga de ciclos que se pueden investigar con exactitud razonable, con respecto al número de ciclo de determinación. Cada muestra tiene que ser armonizado con el cuerno ultrasónico cambiando la masa de la muestra para proporcionar la frecuencia de resonancia correcta del sistema: cuerno ultrasónico con la muestra.

<table><tbody><tr><td>Ultrasonic fatigue testing device</td><td>Lasur</td><td>-</td><td>20 kHz, used for fatigue tests</td></tr><tr><td>Nyogel 783</td><td>Nye Lubricants</td><td>-</td><td>Used as acoustic gel for connection of the parts of the ultrasonic system</td></tr><tr><td>Win 20k software</td><td>Lasur</td><td>-</td><td>Software for operation of the Lasur fatigue testing machine</td></tr></tbody></table>

ultrasonic fatigue testing in the tension-compression mode

Pruebas de fatiga ultrasónica es uno de algunos métodos que permiten investigar propiedades de fatiga en la región de ultra alto ciclo. El método se basa en exponer a la muestra a las vibraciones longitudinales en su frecuencia de resonancia cerca de 20 kHz. Con el uso de este método, es posible reducir significativamente el tiempo requerido para la prueba, en comparación con dispositivos convencionales suelen trabajar a frecuencias menores de 200 Hz. También se utiliza para simular la carga del material durante la operación en condiciones de alta velocidad, tales como ésos experimentaron por componentes de los motores de jet o un coche turbo bombas. Es necesario operar sólo en la región de altas y ultra altas del ciclo, debido a la posibilidad de tasas de deformación muy alta, que puede tener una influencia significativa en los resultados de la prueba. Dimensiones y forma del espécimen deben ser cuidadosamente seleccionado y calculado para cumplir con la condición de resonancia del sistema ultrasónico; por lo tanto, no es posible probar los componentes completos o ejemplares de forma arbitraria. Antes de cada prueba, es necesario armonizar la muestra con la frecuencia del sistema ultrasónico para compensar las desviaciones de la forma real del ideal. No es posible ejecutar una prueba hasta una fractura total de la muestra, ya que la prueba se termina automáticamente después de la iniciación y propagación de la grieta a una cierta longitud, cuando la rigidez del sistema cambia lo suficiente como para cambiar el sistema de la resonancia frecuencia. Este manuscrito describe el proceso de evaluación de la fatiga de los materiales propiedades a fatiga ultrasónica de alta frecuencia carga con el uso de la resonancia mecánica a una frecuencia de cerca de 20 kHz. El protocolo incluye una descripción detallada de todos los pasos necesarios para una prueba correcta, incluyendo el diseño de la muestra, cálculo de tensión, armonizando con la frecuencia de resonancia, realizar la prueba y la fractura estática final.

Resultados de la prueba de fatiga incluyen carga tensión, número de ciclos de carga y el carácter de terminación de la prueba (fractura o agotamiento) puede verse en la tabla 1, donde resultados de la vida de fatiga de la 50CrMo4 apagado y disponen de acero templado. La interpretación más común de los resultados de la prueba de vida de fatiga es el llamado S - parcela N (S - stress, N - número de ciclos), también conocido como trama de Wöhler. La dependencia de ...

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Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Un protocolo para la fatiga ultrasónica en la región de altas y ultra altas del ciclo en el modo de carga de tensión-compresión axial.

Fatiga ultrasónica prueba en el modo de tensión-compresión

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

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Video: Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

A Testing Platform for Durability Studies of Polymers and Fiber-reinforced Polymer Composites under Concurrent Hygrothermo-mechanical Stimuli

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs and condition-based maintenance. These materials are adopted in a wide range of engineering applications, from aircraft and ship structures, to bridges, wind turbine blades, biomaterials and biomedical implants. Polymers are viscoelastic materials, and their response may be highly nonlinear and thus make it challenging to predict and monitor their in-service performance. The laboratory-scale testing platform presented herein assists the investigation of the influence of concurrent mechanical loadings and environmental conditions on these materials. The platform was designed to be low-cost and user-friendly. Its chemically resistant materials make the platform adaptable to studies of chemical degradation due to in-service exposure to fluids. An example of experiment was conducted at RT on closed-cell polyurethane foam samples loaded with a weight corresponding to ~50% of their ultimate static and dry load. Results show that the testing apparatus is appropriate for these studies. Results also highlight the larger vulnerability of the polymer under concurrent loading, based on the higher mid-point displacements and lower residual failure loads. Recommendations are made for additional improvements to the testing apparatus.

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites in service is a critical aspect for their designs and condition-based maintenance. We present a novel low-cost laboratory testing platform for the investigation of the influence of concurrent mechanical and environmental loadings, and may help design more efficient yet safer composite structures.

Una plataforma de pruebas de Estudios de durabilidad de Polímeros y reforzados con fibra de polímero composites bajo estímulos Concurrente Hygrothermo-mecánica

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs ...

Investigación

Ingeniería

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at a frequency above the acoustic range (20 kHz). As a solid-state technology, ultrasonic lubrication can be used where conventional lubricants are unfeasible or undesirable. Further, ultrasonic lubrication allows for electrical modulation of the effective friction coefficient between two sliding surfaces. This property enables adaptive systems that modify their frictional state and associated dynamic response as the operating conditions change. Surface wear can also be reduced through ultrasonic lubrication. We developed a protocol to investigate the dependence of friction force reduction and wear reduction on the linear sliding velocity between ultrasonically lubricated surfaces. A pin-on-disc tribometer was built which differs from commercial units in that a piezoelectric stack is used to vibrate the pin at 22 kHz normal to the rotating disc surface. Friction and wear metrics including effective friction force, volume loss, and surface roughness are measured without and with ultrasonic vibrations at a constant pressure of 1 to 4 MPa and three different sliding velocities: 20.3, 40.6, and 87 mm/sec. An optical profilometer is utilized to characterize the wear surfaces. The effective friction force is reduced by 62% at 20.3 mm/sec. Consistently with existing theories for ultrasonic lubrication, the percent reduction in friction force diminishes with increasing speed, down to 29% friction force reduction at 87 mm/sec. Wear reduction remains essentially constant (49%) at the three speeds considered.

We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties.

Los experimentos en ultrasónico Lubricación El uso de un Tribómetro asistida piezoeléctrico y Perfilómetro óptico

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ultrasonic welding process described in this paper is based on three main pillars. Firstly, flat energy directors are used for preferential heat generation at the joining interface during the welding process. A flat energy director is a neat thermoplastic resin film that is placed between the parts to be joined prior to the welding process and heats up preferentially owing to its lower compressive stiffness relative to the composite substrates. Consequently, flat energy directors provide a simple solution that does not require molding of resin protrusions on the surfaces of the composite substrates, as opposed to ultrasonic welding of unreinforced plastics. Secondly, the process data provided by the ultrasonic welder is used to rapidly define the optimum welding parameters for any thermoplastic composite material combination. Thirdly, displacement control is used in the welding process to ensure consistent quality of the welded joints. According to this method, thermoplastic-composite flat coupons are individually welded in a single lap configuration. Mechanical testing of the welded coupons allows determining the apparent lap shear strength of the joints, which is one of the properties most commonly used to quantify the strength of thermoplastic composite welded joints.

A straightforward procedure for ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for basic mechanical testing is described. Key characteristics of this ultrasonic welding process are the use of flat energy directors for simplified process preparation and the use of process data for the fast definition of optimum processing conditions.

La soldadura por ultrasonidos de Cupones termoplástico compuestos para la caracterización mecánica de las juntas soldadas a través de una sola vuelta cizalladura

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

Full-field Strain Measurements for Microstructurally Small Fatigue Crack Propagation Using Digital Image Correlation Method

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the growth of microstructurally small fatigue cracks. The proposed strain field analysis methodology is based on the use of a unique pattering technique with a characteristic speckle size of approximately 10 &#181;m. The developed methodology is applied to study the small fatigue crack behavior in body centered cubic (bcc) Fe-Cr ferritic stainless steel with a relatively large grain size allowing a high spatial measurement accuracy at the sub-grain level. This methodology allows the measurement of small fatigue crack growth retardation events and associated intermittent shear strain localization zones ahead of the crack tip. In addition, this can be correlated with the grain orientation and size. Thus, the developed methodology can provide a deeper fundamental understanding of the small fatigue crack growth behavior, required for the development of robust theoretical models for the small fatigue crack&#160;propagation in polycrystalline materials.

Microstructurally small fatigue crack growth behavior is investigated using a novel methodological approach combining crack growth rate measurement and strain-field analysis to reveal the cumulative deformation field at sub-grain level.

Medidas de tensión de campo completo para la fatiga microestructuralmente pequeño Crack propagación utilizando el método de correlación Digital de imágenes

A novel measurement approach is used to reveal the cumulative deformation field at a sub-grain level and to study the influence of microstructure on the ...

Intermediate Strain Rate Material Characterization with Digital Image Correlation

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common quasistatic equipment and procedures used for material characterization are not applicable for materials under dynamic loads. The dynamic response of a material depends on its deformation rate and is broadly categorized into high (i.e., greater than 200/s), intermediate (i.e., 10&#8722;200/s) and low strain rate regimes (i.e., below 10/s). Each of these regimes calls for specific facilities and testing protocols to ensure the reliability of the acquired data. Due to the limited access to high-speed servo-hydraulic facilities and validated testing protocols, there is a noticeable gap in the results at the intermediate strain rate. The current manuscript presents a validated protocol for the characterization of different materials at these intermediate strain rates. Strain gauge instrumentation and digital image correlation protocols are also included as complimentary modules to extract the utmost level of detailed data from every single test. Examples of raw data, obtained from a variety of materials and test setups (e.g., tensile and shear) is presented and the analysis procedure used to process the output data is described. Finally, the challenges of dynamic characterization using the current protocol, along with the limitations of the facility and methods of overcoming potential problems are discussed.

Here we present a methodology for the dynamic characterization of tensile specimens at intermediate strain rates using a high-speed servo-hydraulic load frame. Procedures for strain gauge instrumentation and analysis, as well as for digital image correlation strain measurements on the specimens, are also defined.

Caracterización de materiales de tipo cepa intermedia con correlación Digital de imágenes

The mechanical response of a material under dynamic load is typically different than its behavior under static conditions; therefore, the common ...

Crack Monitoring in Resonance Fatigue Testing of Welded Specimens Using Digital Image Correlation

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It is intended as a practical and reproducible procedure to identify macroscopic cracks at an early stage and monitor crack propagation during fatigue tests. It consists of strain field measurements at the weld using DIC. Images are taken at fixed load cycle intervals. Cracks become visible in the computed strain field as elevated strains. This way, the whole width of a small-scale specimen can be monitored to detect where and when a crack initiates. Subsequently, it is possible to monitor the development of the crack length. Because the resulting images are saved, the results are verifiable and comparable. The procedure is limited to cracks initiating at the surface and is intended for fatigue tests under laboratory conditions. By visualizing the crack, the presented procedure allows direct observation of macrocracks from their formation until rupture of the specimen.

Digital image correlation is used in fatigue tests on a resonance testing machine to detect macroscopic cracks and monitor crack propagation in welded specimens. Cracks on the specimen surface become visible as increased strains.

Monitoreo de grietas en las pruebas de fatiga por resonancia de especímenes soldados utilizando la correlación de imágenes digitales

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It ...

Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing

Regenerative medicine aims to engineer materials to replace or restore damaged or diseased organs. The mechanical properties of such materials should mimic the human tissues they are aiming to replace; to provide the required anatomical shape, the materials must be able to sustain the mechanical forces they will experience when implanted at the defect site. Although the mechanical properties of tissue-engineered scaffolds are of great importance, many human tissues that undergo restoration with engineered materials have not been fully biomechanically characterized. Several compressive and tensile protocols are reported for evaluating materials, but with large variability it is difficult to compare results between studies. Further complicating the studies is the often destructive nature of mechanical testing. Whilst an understanding of tissue failure is important, it is also important to have knowledge of the elastic and viscoelastic properties under more physiological loading conditions.
This report aims to provide a minimally destructive protocol to evaluate the compressive and tensile properties of human soft tissues. As examples of this technique, the tensile testing of skin and the compressive testing of cartilage are described. These protocols can also be directly applied to synthetic materials to ensure that the mechanical properties are similar to the native tissue. Protocols to assess the mechanical properties of human native tissue will allow a benchmark by which to create suitable tissue-engineered substitutes.

Tissue biomechanics is important for maintaining cell shape and function and for determining phenotype. This report demonstrates non-destructive mechanical protocols for characterizing elastic and viscoelastic properties of human soft tissues, which can be directly applied to tissue-engineered substrates to allow a close matching of engineered materials to native tissue.

Caracterización biomecánica de los tejidos blandos humanos utilizando sangría y Ensayo de tracción

Regenerative medicine aims to engineer materials to replace or restore damaged or diseased organs. The mechanical properties of such materials should ...

Bioingeniería

Biomechanical Testing of Murine Tendons

Tendon disorders are common, affect people of all ages, and are often debilitating. Standard treatments, such as anti-inflammatory drugs, rehabilitation, and surgical repair, often fail. In order to define tendon function and demonstrate efficacy of new treatments, the mechanical properties of tendons from animal models must be accurately determined. Murine animal models are now widely used to study tendon disorders and evaluate novel treatments for tendinopathies; however, determining the mechanical properties of mouse tendons has been challenging. In this study, a new system was developed for tendon mechanical testing that includes 3D-printed fixtures that exactly match the anatomies of the humerus and calcaneus to mechanically test supraspinatus tendons and Achilles tendons, respectively. These fixtures were developed using 3D reconstructions of native bone anatomy, solid modeling, and additive manufacturing. The new approach eliminated artifactual gripping failures (e.g., failure at the growth plate failure rather than in the tendon), decreased overall testing time, and increased reproducibility. Furthermore, this new method is readily adaptable for testing other murine tendons and tendons from other animals.

The protocol describes efficient and reproducible tensile biomechanical testing methods for murine tendons through the use of custom-fit 3D printed fixtures.

Pruebas biomecánicas de tendones murinos

Tendon disorders are common, affect people of all ages, and are often debilitating. Standard treatments, such as anti-inflammatory drugs, rehabilitation, ...

<meta charset="utf8"></head><body>Evaluación del hueso cortical mediante el dispositivo ultrasónico BDAT

Cortical Bone Assessment Using Ultrasonic Guided Waves: A Reproducibility Study in a Healthy Population

Fragility fractures are still a worldwide health burden in the context of population aging. In particular, the global number of hip fractures is expected to double between 2020 and 2050. Therefore, it is essential to detect patients at risk of fragility fracture at the population scale. The current golden standard is dual X-ray absorptiometry (DXA), providing the areal bone mineral density (aBMD). Ultrasonic devices, usually more portable and cheaper than X-ray devices, represent interesting DXA alternatives as screening tools. However, operator dependency is usually recognized as their main drawback. In this study, the measurement protocol of the bi-directional axial transmission (BDAT) ultrasonic device is presented in detail. The dedicated ultrasonic probe is placed at the one-third distal radius of the non-dominant forearm using conventional coupling gel. The guided interface provides in quasi-real time (about 2 Hz) four parameters of interest: velocities of the first arriving signal (vFAS) and the A0 mode (vA0),&#160;cortical thickness (Ct.Th) and porosity (Ct.Po), as well as four quality parameters. The operator moves the probe slowly at the measurement site, carefully observing the feedback provided by the interface until finding a stable position and starting a series of 10 acquisitions. When at least four consistent series are obtained, the measurement ends, and an automatic report is generated. The measurement usually takes about 5 min to complete. To determine the robustness of this protocol, a reproducibility study was conducted among 3 operators (one expert and two novices) and 14 healthy participants (6 women, 8 men, 21-53 years old). The intraclass correlation coefficients (ICC) were found good for vA0 (0.76), Ct.Po (0.80) or excellent for Ct.Th (0.87) and vFAS (0.91). The standard deviations were found to be less than 10% of the total ranges in clinical practice.

<meta charset="utf8"></head><body>Evaluación del hueso cortical mediante ondas guiadas por ultrasonidos: un estudio de reproducibilidad en una población sana

Here, we present the measurement protocol of the bi-directional axial transmission (BDAT) ultrasonic device in detail and test it in a reproducibility study, considering 14 healthy participants and 3 operators. Reliability, measured with the intraclass correlation coefficients (ICC), was good to excellent for four parameters of interest.

Evaluación del hueso cortical mediante ondas guiadas por ultrasonidos: un estudio de reproducibilidad en una población sana

Fragility fractures are still a worldwide health burden in the context of population aging. In particular, the global number of hip fractures is expected ...

Fatiga ultrasónica prueba en el modo de tensión-compresión

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Una plataforma de pruebas de Estudios de durabilidad de Polímeros y reforzados con fibra de polímero composites bajo estímulos Concurrente Hygrothermo-mecánica

Los experimentos en ultrasónico Lubricación El uso de un Tribómetro asistida piezoeléctrico y Perfilómetro óptico

La soldadura por ultrasonidos de Cupones termoplástico compuestos para la caracterización mecánica de las juntas soldadas a través de una sola vuelta cizalladura

Medidas de tensión de campo completo para la fatiga microestructuralmente pequeño Crack propagación utilizando el método de correlación Digital de imágenes

Caracterización de materiales de tipo cepa intermedia con correlación Digital de imágenes

Monitoreo de grietas en las pruebas de fatiga por resonancia de especímenes soldados utilizando la correlación de imágenes digitales

Caracterización biomecánica de los tejidos blandos humanos utilizando sangría y Ensayo de tracción

Pruebas biomecánicas de tendones murinos

Evaluación del hueso cortical mediante ondas guiadas por ultrasonidos: un estudio de reproducibilidad en una población sana

Evaluación del hueso cortical mediante ondas guiadas por ultrasonidos: un estudio de reproducibilidad en una población sana