Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Zmęczenie materiałów pod kontrolą Laboratorium Wyznaczanie krzywej S-N (Wöhlera)	Rok studiów: II stopnia II Grupa: P1 Data ćwiczeń: 28.04.2015 Ocena: ………… Wojciech Darowski Krystian Dyczkowski

1. Ogólna charakterystyka eksperymentu

   1. Opis badania

Badanie polega na cyklicznym obciążaniu próbki o stałej amplitudzie naprężeń i stałej asymetrii cyklu R
do zniszczenia próbki. Eksperyment jest realizowany pod kontrolą obciążenia. Bezpośrednim wynikiem badania jest liczba cykli przy której nastąpiło zniszczenie próbki dla danej amplitudy naprężeń. W celu wyznaczenia krzywej S-N (krzywa Wӧhlera) należy przeprowadzić kilkanaście badań dla różnych amplitud naprężeń.

1. Cel ćwiczenia:

• Poznanie metodyki badań zmęczeniowych prowadzonych pod kontrolą obciążenia.

• Wyznaczenie krzywej S-N dla badanego materiału przy określonym cyklu obciążenia.

  1. Skojarzone normy

ASTM E 466 - „Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials”,

ASTM E 468 - „Standard Practice for Presentation of Constant Amplitude Fatigue Test Results for Metallic Materials”,

PN-74/H-04327 - „Badanie metali na zmęczenie - próba osiowego rozciągania-ściskania przy stałym cyklu obciążeń zewnętrznych”,

PN-76/H-04325 - „Badanie metali na zmęczenie - Pojęcia podstawowe i ogólne wytyczne przygotowania próbek oraz przeprowadzenia prób”.

1. Badane próbki i charakterystyka obciążenia:

Geometria próbek:

Rys. 1. Geometria badanej próbki.

Materiał próbki: stal 18G2A (w stanie dostawy)

Początkowa długość bazowa: L₀=25 mm

Parametry obciążenia:

Współczynnik asymetrii cyklu: R=-1

Częstotliwość obciążenia: f=15 Hz

1. Stanowisko badawcze i przebieg pomiaru

Badania prowadzone było na serwohydraulicznej maszynie wytrzymałościowej MTS 810 (rys. 2) o maksymalnej nośności 100 kN. Sterowanie maszyny odbywało się za pośrednictwem kontrolera MTS FlexTest SE, z wykorzystaniem oprogramowania TestWorks 4.

Rys. 2. Stanowisko badawcze; a) widok ogólny, b) schemat układu pomiarowego: 1 – czujnik przemieszczenie LVDT, 2 – serwozawór, 3 – badana próbka, 4 – czujnik siły, 5 – kondycjoner, 6 – układ próbkująco–pamiętający, 7 – przetwornik analogowo cyfrowy, 8 – układ sterowania, 9 – komputer, P(t), ε(t), S(t), – odpowiednio sygnały siły, odkształcenia mierzonego na próbce i przemieszczenia siłownika maszyny zmęczeniowej.

Badania przeprowadzono na próbach ze stali 18G2A o geometrii przedstawionej na rys. 2. Próbki mocowane były w hydraulicznie zaciskanych uchwytach. Badania prowadzono pod kontrolą obciążenia, aż do osiągnięcia zniszczenia próbki zachowując stałą wartość amplitudy naprężenia (σ_a),. Jako kryterium trwałości nieograniczonej przyjęto liczbę cykli 2⋅10⁷.

1. Wyniki badań i obliczeń:

   1. Protokół badań:
      

Liczba próbek poddanych badaniom: 20 sztuk,

Rodzaj materiału i jego obróbki cieplnej: 18G2A,

Rodzaj i typ maszyny: serwohydrauliczna maszyna wytrzymałościowa MTS 810,

Rodzaj obciążenia: cykle wahadłowe,

Częstotliwość obciążenia: 15 Hz,

Rodzaj chłodzenia próbki: brak.

Tabela 1. Zestawienie wyników badań zmęczeniowych¹.

Nr	Średnica próbki [mm]	Przekrój próbki [mm]	Naprężenia	Liczba cykli	Uwagi
			max	min	średnie
			MPa	MPa	MPa
1	7,918	49,24032108	275	-275	0
2	8,046	50,84519741	250	-250	0
3	7,905	49,07876547	250	-250	0
4	8,034	50,69364698	225	-225	0
5	8,085	51,33929846	200	-200	0
6	7,995	50,20267024	200	-200	0
7	7,963	49,80160195	175	-175	0
8	8,035	50,70626754	175	-175	0
9	7,907	49,1036029	150	-150	0
10	8,001	50,27804961	150	-150	0
11	7,942	49,53927504	137,5	-137,5	0
12	7,942	49,53927504	125	-125	0
13	8,077	51,23774962	112,5	-112,5	0
14	8,031	50,65579471	112,5	-112,5	0
15	7,937	49,47691835	100	-100	0
16	8,077	51,23774962	100	-100	0
17	7,932	49,41460094	100	-100	0
18	8,071	51,16165396	90	-90	0
19	8,017	50,47933774	90	-90	0
20	7,938	49,48938655	87,5	-87,5	0

1. Krzywa S-N (Wöhlera)

Rys. 3. Krzywa S-N wyznaczona dla badanej stali.

1. Analityczny opis uzyskanych wyników:

Wyznaczona zależność pomiędzy między amplitudą naprężenia a liczbą cykli do zniszczenia:

$$\left\{ \begin{matrix} \mathbf{S}_{\mathbf{a}}\mathbf{= 887,71}\left( \mathbf{N}_{\mathbf{f}} \right)^{\mathbf{- 0,099}}\mathbf{\ \ \ dla\ \ \ 1 \leq N \leq 1*}\mathbf{10}^{\mathbf{7}} \\ \\ \mathbf{N}_{\mathbf{f}}\mathbf{= \infty\ \ dla\ S \leq 180} \\ \end{matrix} \right.\ $$

---

1. Przedstawione dane mają charakter demonstracyjny i nie mogą być podstawą analiz prowadzonych w celach innych niż dydaktyczne, w szczególności w celach naukowych bądź komercyjnych.↩