Динамические испытания материалов: Какой привод подходит для моих задач?
Болт, искусственный тазобедренный сустав или компонент автомобиля - изделия и материалы в течение всего срока службы должны выдерживать динамические нагрузки. Ключевой вопрос: как долго материал может выдерживать нагрузки, прежде чем выйдет из строя? Именно здесь вступают в действие динамические усталостные испытания. Однако не все испытательные машины одинаковы – есть существенные различия, особенно что касается привода, которые влияют не только на результаты испытаний, но и на эксплуатационные расходы и затраты на техобслуживание.
Сервогидравлика Видео, текучесть трещины Резонансные системы Видео, усталостное испытание Линейный мотор Электромеханика Кручение Сравнительная таблица Программное обеспечение Видео, testXpert R Связаться
Сервогидравлика: классика для самых высоких требований
Сервогидравлические испытательные машины считаются стандартом, когда речь идет о максимальных усилиях, высокой гибкости и универсальности задач испытаний. Они работают с гидравлическими цилиндрами, управляемыми прецизионными сервоклапанами. Особенно при испытаниях на малоцикловую усталость (LCF), испытаниях на механику разрушения или высокодинамичных испытаниях (например, на быстрый разрыв и прокол) (например, по ISO 6603-2 или ASTM D3763) гидравлика часто не имеет альтернативы.
Но эта мощность имеет свою цену: постоянная подача давления в гидростанции требует больших затрат энергии. Затраты на техобслуживание сравнительно высоки из-за необходимости замены масла и фильтров, а также регулярной замены шлангов. Уровень шума также не следует недооценивать. Однако при правильном обслуживании сервогидравлические машины обеспечивают получение стабильных результатов в течение многих лет, даже при усилиях свыше 2.000 кН.
Резонансные системы: энергоэффективность и высокая частота
Когда речь идет о длительной прочности и многоцикловой усталости (HCF), резонансные испытательные машины, такие как Vibrophore, являются интересной альтернативой. В отличие от сервогидравлики собственная частота испытуемого образца возбуждается посредством механической системы. Это создает желаемую вибрацию при минимальных затратах энергии. Фактически потребление энергии резонансных систем составляет всего около двух процентов по сравнению с гидравлическими машинами. Требования к техобслуживанию также низкие: нет гидравлики, нет охлаждения, нет движущихся клапанов - и это при усилиях до 1.000 кН.
Нормативно резонансные машины особенно хорошо подходят для испытаний по Вёлеру согласно DIN 50100 и испытаний на механику разрушения по ASTM E399 или ISO 12106. В сочетании с механическим прижимом можно проводить даже статические испытания. Поэтому, если необходимо регулярное проведение испытаний больших объемов образцов при постоянной нагрузке, то Vibrophore гораздо более экономически эффективен в долгосрочной перспективе.
Электродинамика с линейным мотором: тишина, точность, отсутствие масла
В чувствительных средах (например, в области медицинской техники или электронной промышленности) ключевыми критериями являются уровень шума и отсутствие масла. Здесь на помощь приходят электродинамические испытательные машины с линейным мотором (например, серии LTM фирмы ZwickRoell). Они бесшумны (LTM 1/2/3: примерно 46 дБ(A) на расстоянии 1 м), не требуют подачи масла и неприхотливы в обслуживании. В то же время они обеспечивают точное управление даже при небольших усилиях (до 10 кН) и частотах свыше 100 Гц.
Они особенно актуальны для испытаний имплантатов по стандартам ISO 14801, ASTM F1717 или ISO 7206, то есть для изделий, которые должны подвергаться как динамическим, так и статическим испытаниям. Преимущества быстрой и точной реакции технологии линейных моторов также очевидны для новых материалов, таких как биокомпозиты или пластики.
Электромеханический испытательный цилиндр: середина
Между высокопроизводительной гидравликой и чувствительным электромотором фирма ZwickRoell предлагает также электромеханические приводы - сочетание универсальности и энергоэффективности. Эти системы особенно интересны, когда требуются средние усилия (от 1 до 100 кН), например, для испытаний пенных материалов сидений или композитов. Электромеханические системы можно модульно интегрировать, они не нуждаются в подаче масла и требуют минимальных затрат на обслуживание.
Не забыть кручение
Не каждое нагружение является линейным. Торсионные системы используются в основном для испытаний имплантатов или компонентов, подвергаемых вращательным нагрузкам. Здесь также фирма ZwickRoell предлагает как гидравлические, так и электродинамические решения. Торсионные системы LTM идеально подходят для небольших крутящих моментов (например, 10–100 Нм), тогда как сервогидравлические варианты обеспечивают крутящий момент до 2.500 Нм - в зависимости от области применения и стандартных требований.
Прямое сравнение
Чтобы облегчить принятие решения, ниже краткий обзор наиболее важных характеристик:
 Резонанс (Vibrophore) |
| |||
|---|---|---|---|---|
| Диапазон усилия/частота | 10 – 2.500 кН / до 100 Гц | до 1.000 кН / до 285 Гц | 1 – 10 кН / до 100 (120) Гц | 1 – 100 кН / ок. 1 Гц |
| Кручение | до 2.500 Нм | ./. | до 100 Нм | ./. |
| Ход | до 400 мм | до 6 мм | до 60 мм | до 400 мм |
| Типовые стандарты | ISO 12106, ASTM E606 | DIN 50100, ASTM E466 | ISO 14801, ASTM F1717 | универсальное применение |
| Области применения | LCF, разрушение, быстрые испытания | HCF, длительная прочность | Изделия, пленки, имплантаты | Композиты, пенные материалы |
| Эксплуатационные расходы | высокие (масло, ТО, энергия) | очень малы | низкий | низкий |
Подходящее программное обеспечение – testXpert R
Типовыми областями применения ПО testXpert R являются усталостные испытания и определение динамических характеристик материалов. Для многих испытаний (например, на механику разрушения, малоцикловую усталость (LCF), испытаний болтов или биомеханики) существуют стандартные программы испытаний, а также предусмотрены простая программа для усталостных испытаний и графический блок-редактор для собственного определения испытания.
Вывод
Выбор подходящего привода - это гораздо больше, чем просто техническое решение: он влияет на эксплуатационные расходы, точность испытаний, энергоэффективность и, в конечном итоге, на конкурентоспособность. Тот, кто хочет проводить экономически выгодные испытания в долгосрочной перспективе, не может избежать тщательного изучения приводных технологий. Фирма ZwickRoell для каждого требования предлагает подходящее решение – от высокоэффективной гидравлики до бесшумного линейного мотора.
