Testovi izdržljivosti

Testovi izdržljivosti se dele u više kategorija:

• Zamor pri malom broju ciklusa, u skladu sa standardima ISO 12106 i ASTM E606
• Zamor pri velikom broju ciklusa, prema DIN 50100, ASTM E466-15 ili ISO 1099

Test izdržljivosti pri velikom broju ciklusa (HCF), poznat i kao S-N kriva, Wöhler-ov test izdržljivosti ili test sa stalnim vibracijama se koristi za ispitivanje cikličnog opterećenja u cilju određivanja zamornog ponašanja materijala i komponenti. Ponašanje pri zamoru ili otpornost na vibracije pruža informacije o deformaciji i mehanizmu loma materijala ili komponente pod delovanjem dinamičkog, oscilujućeg opterećenja. Rezultati ovih testova su ključni za praktičnu upotrebu materijala i delova, budući da je ciklično mehaničko opterećenje jedan od najčešćih uzroka njihovog otkaza. Poznavanje ponašanja pri zamoru omogućava precizno određivanje čvrstoće pri ograničenom veku trajanja i granice zamora materijala ili komponente. Poznavanje ponašanja materijala i komponenti pri zamoru obezbeđuje da tokom životnog veka krajnjeg proizvoda ne dođe do kritičnih oštećenja materijala ili iznenadnog loma usled zamora.

Ispitni uzorak se postavlja na ispitni stalak i izlaže cikličnom opterećenju (zatezanje, pritisak, savijanje, torzija ili smicanje), obično pomoću sinusoidne funkcije opterećenja u odnosu na vreme. Tokom Wöhlerovog testa izdržljivosti, srednji stres ostaje konstantan. Uzorci u seriji testiranja se naizmenično opterećuju promenom naprezanja (amplitudom) s obe strane srednjeg nivoa naprezanja dok ne dođe do unapred definisanog kriterijuma otkaza, npr.:

• Test izdržljivosti pri velikom broju ciklusa (HCF) traje sve dok ne dođe do loma uzorka (ili dok se ne ispuni jasno definisan kriterijum otkaza, poput pojave pukotine).
• Unapred se definiše granična vrednost broja ciklusa. HCF test (S-N test) se završava kada uzorak ili komponenta dostigne taj broj ciklusa bez pojave vidljivog oštećenja. Ako komponenta ili uzorak izdrži zadati broj ciklusa bez oštećenja, smatra se otpornim na zamor.
• Naučnici i inženjeri ispitivanja uvek izvode više uzastopnih HCF (S-N) testova na identičnim uzorcima, kako bi osigurali pouzdanost rezultata. Amplituda naprezanja se postepeno smanjuje od uzorka do uzorka (metoda stepenika) dok ne prestane da se javlja unapred definisan događaj (npr. lom uzorka), ili dok se ne dostigne granični broj ciklusa opterećenja. Najčešće se za svaku amplitudu opterećenja sprovode najmanje tri testa radi statističke pouzdanosti rezultata.
  

Svi dobijeni podaci iz serije Wöhler-ovih testova se zatim prikazuju na Wöhler-ovom dijagramu. Ovaj dijagram prikazuje zavisnost između amplituda napona (Y-osа) i odgovarajućeg graničnog broja ciklusa opterećenja (X-osа). Na taj način se dobija Wöhler-ova kriva (sinonim: Wöhler-ova linija).

Klasičan merni uređaj za test izdržljivosti pri velikom broju ciklusa je tenzometar, koji reaguje na istezanje ili sabijanje površine promenom svog električnog otpora. Na tržištu postoji širok izbor tenzometara različitih materijala i oblika, što omogućava da se za svaki standardni test pronađe odgovarajući model. Da bi se zabeležila deformacija materijala ili komponente koja se ispituje, jedan ili više tenzometara se ručno postavljaju na uzorak i povezuju kablovima sa uređajem za pojačavanje signala ili tzv. sistemom za akviziciju podataka (DAQ).

Iako to u teoriji deluje jednostavno, u praksi se često ispostavi da je postupak znatno složeniji: Postavljanje tenzometra na tačno određeno mesto podrazumeva fizički zahvat u površinsku strukturu uzorka. I kada je lepak kojim je tenzometar pričvršćen izuzetno tanak, na mestu postavljanja može doći do lokalnog efekta zareza. Nastala mala oštećenja na površini mogu dovesti do neželjenih preloma u zoni tenzometra, što narušava validnost testa. Pored toga, upotreba tenzometara donosi i drugi problem: Osim što dolazi do zamora ispitivanog materijala, i sam materijal od kojeg je tenzometar napravljen podleže zamoru tokom ispitivanja. Posebno kod visokotehnoloških kompozita, zamor materijala tenzometra može nastupiti ranije nego zamor materijala koji se ispituje. Kao posledica toga, HCF test (Wöhler-ov test) neretko mora da se obustavi pre vremena, čim dođe do otkaza samog tenzometra, bez obzira na stanje uzorka.

U takvim slučajevima, efikasna zamena ili dopuna tenzometrima jeste primena optičke 3D metrologije: Sistemi za merenje pomoću kamera prate tok ispitivanja u realnom vremenu (u multisenzorskim konfiguracijama iz različitih uglova istovremeno) i omogućavaju beskontaktno prikupljanje mernih podataka. Izmerene vrednosti istezanja i 3D pomeranja pružaju precizan uvid u način na koji se uzorak deformiše tokom ispitivanja. Izmereni podaci se automatski prenose u merni softver, što omogućava različite analize (npr. poređenje mernih podataka sa simulacionim podacima).

Sistem ARAMIS za optičko 3D merenje omogućava izuzetno precizno snimanje 3D koordinata, 3D prostornog pomeranja i 2D deformacija površine – kako na čitavoj površini uzorka, tako i na tačno definisanim područjima koja su od posebnog značaja za analizu. Merno područje ARAMIS sistema se može fleksibilno prilagoditi ispitnom uzorku. Bilo da se radi o maloj komponenti ili konstrukciji dugoj nekoliko metara, ARAMIS senzori uvek obuhvataju celu oblast ispitivanja. Za razliku od klasičnih tenzometara, ovaj sistem omogućava potpuno beskontaktno prikupljanje mernih podataka. Ako je to potrebno, korisnik može pomoću softvera ZEISS INSPECT naknadno da postavi virtuelne tenzometre na komponentu, bez potrebe da unapred zna gde će se javiti najveća deformacija. Softver vodi korisnika kroz ceo proces merenja: od prikupljanja mernih podataka, preko analize površinskih deformacija ili tačkasto definisanih 3D pomeranja, pa sve do izrade preglednih i razumljivih izveštaja o merenju, koji su jasni čak i korisnicima bez iskustva u mernoj tehnici (npr. partnerima ili kupcima). Stepen deformacije uzorka može se, na primer, vizualizovati prikazom odstupanja u boji, što omogućava jasan uvid u promene na površini.