Вязкость разрушения по ASTM E399/ISO 12135: как снизить затраты и сложность
Два вида испытаний - одна система: самый умный путь для определения значений KIC
Говоря о безопасности материалов, уже недостаточно знать их максимальное усилие растяжения. Важнее другое: как материал реагирует на дефекты (например, небольшие трещины), возникшие в процессе производства или под действием напряжения? Именно здесь вступает в действие механика разрушения. Одним из важнейших стандартов в этой области является ASTM E399, регламентирующий так называемый критический коэффициент интенсивности напряжения KIC.
Эта величина описывает, насколько устойчив пораженный трещиной материал к нестабильному распространению трещины, т.е. насколько высокой может быть интенсивность поля напряжения вблизи вершины трещины, прежде чем произойдет внезапное разрушение. Этот ключевой показатель является решающим в критически важных с точки зрения безопасности областях применения: например, в авиации, автомобильной промышленности или энергетике.
Что именно испытывают по стандарту ASTM E399?
Стандарт ASTM E399 регламентирует условия испытания для определения значения вязкости разрушения KIC в линейно-упругих условиях. Особенность: используются стандартные образцы – обычно образцы CT (Compact Tension) или SEB (Single Edge Bend) – на которые предварительно наносят трещины. Они подвергаются квазистатическому нагружению вплоть до разрушения, при этом оценивается интенсивность напряжения в зоне трещины.
Необходимые условия для получения достоверных результатов:
- Линейно-упругое поведение материала
- «Естественная» трещина с определенными свойствами (т.е. острая, соответствующей длины, с регламентированным предшествующим полем напряжения)
- Прецизионное регулирование процесса испытания
- Тщательный анализ согласно стандарту
И вот здесь становится ясно: ASTM E399 - это совсем не просто стандартное испытание. Требования к машине, программному обеспечению и оператору высоки, а время, необходимое для обработки многих образцов, может быть крайне длительным.
Машина Vibrophore: эффективность и точность
Машина Vibrophore фирмы представляет собой решение, изначально разработанное для усталостных испытаний (например, определение кривых S-N по DIN 50100). Но с одним дополнительным преимуществом: благодаря механической блокировке резонатора машину Vibrophore можно также использовать для квазистатических испытаний - поэтому она превосходно подходит для стандарта ASTM E399.
Преимущества очевидны:
- Два метода испытания, одна система: усталостные испытания и испытания на вязкость разрушения на одной машине
- Энергетическая эффективность: в резонансном режиме Vibrophore потребляет всего около 2 % энергии аналогичной сервогидравлической машины
- Нет необходимости в техобслуживании: нет гидравлической системы, нет масла, нет охладителя
- Тишина и чистота: идеально для лабораторных условий без мешающего шума или масляного тумана
- Автоматизированный анализ: с помощью программного обеспечения testXpert можно напрямую документировать и архивировать результаты по ASTM E399
Пример из практики
Во многих испытательных лабораториях (например, на металлообрабатывающих предприятиях или в авиастроительных компаниях) регулярно проводятся испытания на усталость и механику разрушения. Вместо содержания двух систем можно использовать машину Vibrophore как многофункциональное оборудование: днем проводят квазистатические испытания KIC по ASTM E399, а ночью определяют кривые S-N в непрерывном циклическом режиме. Смена рабочих режимов осуществляется без применения инструментов – эффективнее не бывает.
Такая гибкость положительно влияет на загрузку мощностей и эксплуатационные расходы, особенно при больших объемах производства или жестких графиках. Также сокращаются затраты на обучение, поскольку персоналу достаточно освоить только одну систему.
Технически продумано - экономически убедительно
Vibrophore особенно результативен с точки зрения общих эксплуатационных расходов. В то время как классические сервогидравлические системы не только дороги в использовании, но и требуют регулярного обслуживания (например, замены масла, фильтров, клапанов) и затратного охлаждения, машина Vibrophore:
- не нуждается в техобслуживании (нет механического нагружения компонентов)
- портативна (нет дополнительных агрегатов)
- и экономически эффективна в течение длительного времени
Вывод: ASTM E399 с Vibrophore – более интеллектуальное проведение испытаний
Механика разрушения предъявляет требования - в техническом, нормативном и организационном плане. Любой, кто хочет работать эффективно и с учетом перспектив, вряд ли сможет обойтись без машины Vibrophore. Возможность проводить как динамические, так и квазистатические испытания на одной машине снижает инвестиционные и эксплуатационные расходы, одновременно повышая универсальность испытательной лаборатории.
С помощью машины Vibrophore фирмы ZwickRoell вы будете полностью подготовлены к решению всех задач механики разрушения – от испытаний по ASTM E399 и ISO 12106 до испытаний на длительную прочность.
