Macchina per prove di fatica dinamica
Macchina per prove di fatica dinamica - Serie ToronDFT™
La macchina per prove di fatica dinamica serie ToronDFT™ fornisce carichi ciclici accurati e ad alta frequenza per la caratterizzazione dei materiali, la validazione dei componenti e la ricerca sulla meccanica della frattura. Questo sistema servoidraulico da pavimento è costruito attorno alla piattaforma della serie ToronDFT™, disponibile con capacità di carico di 25 kN, 50 kN, 100 kN, 250 kN e 500 kN. Esegue prove di fatica a trazione-trazione, trazione-compressione e a inversione completa su metalli, polimeri, compositi e materiali biomedici per generare curve SN, determinare i limiti di fatica e misurare i tassi di propagazione delle cricche.
Il telaio di carico della serie ToronDFT™ utilizza due colonne rigide, una traversa rettificata di precisione e un'architettura autoportante che mantiene l'attuatore alla base per un carico stabile del campione. Un attuatore dinamico ad alte prestazioni con una corsa di ±75 mm eroga forme d'onda sinusoidali, triangolari e definite dall'utente a frequenze adatte sia ai regimi di fatica a basso che ad alto numero di cicli. Un sistema di controllo servoidraulico a circuito chiuso, abbinato a una cella di carico certificata per la fatica e a un estensimetro opzionale, garantisce un controllo preciso di forza, spostamento o deformazione durante l'intera prova.
Il sistema è dotato di morsetti e dispositivi di fissaggio intercambiabili per prove di trazione assiale, compressione, flessione e su componenti speciali. Un'unità di potenza idraulica dimensionata in base al telaio di carico selezionato garantisce un flusso e una pressione dell'olio costanti, mentre un controllore digitale integrato automatizza l'esecuzione delle prove, l'acquisizione dei dati e la generazione delle forme d'onda. La serie ToronDFT™ è configurabile per adattarsi agli standard di prova, alla geometria del campione e ai requisiti di produttività di ciascun laboratorio.
Macchina per prove di fatica dinamica - Applicazioni della serie ToronDFT™
La serie ToronDFT™ supporta i test di fatica e meccanica della frattura in diversi settori industriali, dove la durabilità ciclica determina la sicurezza e la durata del prodotto.
- Ricerca su metalli e leghe: caratterizza la resistenza alla fatica, i limiti di resistenza e il comportamento deformazione-vita delle leghe ferrose e non ferrose ai fini dello sviluppo delle leghe e della conformità alle specifiche.
- Materiali strutturali aerospaziali: genera dati SN e tassi di propagazione delle cricche per leghe di alluminio, titanio e superleghe a base di nichel utilizzate nei rivestimenti delle cellule degli aeromobili, nei dischi delle turbine e nei carrelli di atterraggio secondo le norme ASTM E466 e ASTM E647.
- Sviluppo di componenti automobilistici: valuta la durabilità ciclica di bracci delle sospensioni, alberi di trasmissione, elementi di fissaggio e giunti saldati in condizioni di carico rappresentative delle condizioni di esercizio su strada.
- Test di impianti biomedici: esegue la validazione della resistenza alla fatica di dispositivi di fissaggio spinale, steli dell'anca, componenti del ginocchio, placche ossee e impianti dentali secondo le norme ASTM F1717, ASTM F2077 e ISO 14801.
- Composito Materials TestingEsegue prove di fatica a trazione-trazione su laminati polimerici rinforzati con fibre e pannelli sandwich secondo le norme ASTM D3479 e ISO 13003 per applicazioni aerospaziali ed eoliche.
- Qualificazione di saldature e giunti: sottopone le saldature di testa, le saldature d'angolo e i giunti incollati a carichi di fatica ad ampiezza costante e variabile per verificarne le prestazioni.
- Meccanica della frattura e propagazione delle cricche: misura da/dN in funzione di ΔK su provini di trazione compatti (CT) e di trazione media (MT) secondo la norma ASTM E647 per l'analisi della tolleranza al danno.
- Test di elementi di fissaggio e molle: determina la durata a fatica di bulloni, viti, rivetti ed elementi elastici in condizioni di carico assiale e combinato.
Internazionali
La serie ToronDFT™ supporta le procedure di prova definite in un'ampia gamma di norme internazionali di fatica e meccanica della frattura.
- ASTM E466 - Pratica standard per l'esecuzione di prove di fatica assiale ad ampiezza costante a forza controllata su materiali metallici
- ASTM E606 - Metodo di prova standard per la prova di fatica a deformazione controllata
- ASTM E647 - Metodo di prova standard per la misurazione della velocità di propagazione delle cricche da fatica
- ASTM E399 - Metodo di prova standard per la tenacità alla frattura in condizioni di deformazione piana lineare-elastica dei materiali metallici
- ASTM E468 - Pratica standard per la presentazione dei risultati delle prove di fatica ad ampiezza costante per materiali metallici
- ASTM D3479 - Metodo di prova standard per la fatica a trazione-trazione di materiali compositi a matrice polimerica
- ISO 1099 - Materiali metallici: prove di fatica: metodo a forza assiale controllata
- ISO 12106 - Materiali metallici: prove di fatica: metodo a deformazione assiale controllata
- ISO 12108 - Materiali metallici: prove di fatica: metodo di propagazione delle cricche da fatica
- ISO 7500-1 - Materiali metallici: Taratura e verifica delle macchine per prove statiche uniassiali
- DIN 50100 - Prove di fatica: Esecuzione e valutazione di prove cicliche ad ampiezze di carico costanti su provini e componenti metallici
Macchina per prove di fatica dinamica - Serie ToronDFT™ - Caratteristiche principali
La serie ToronDFT™ combina un telaio di carico rigido, un attuatore servoidraulico reattivo e un controllore digitale in una piattaforma configurabile per prove di fatica.
- Telaio di carico autoportante: l'architettura a doppia colonna, autoportante, con attuatore montato sulla base, fornisce una piattaforma stabile e a baricentro basso che riduce al minimo il trasferimento delle vibrazioni al campione e alle apparecchiature circostanti.
- Attuatore dinamico ad alte prestazioni: un attuatore idraulico resistente alla fatica con una corsa di ±75 mm offre un movimento ciclico costante su tutta la gamma di frequenza, supportando sia test di durata ad alto numero di cicli che test di fatica a basso numero di cicli e a bassa frequenza.
- Cella di carico di precisione: una cella di carico resistente alla fatica (classe 0.5 secondo ISO 7500-1) misura la forza assiale con elevata precisione e stabilità a lungo termine, fornendo un feedback affidabile per il controllo a circuito chiuso per milioni di cicli.
- Controllo servoidraulico a circuito chiuso: una servovalvola e un regolatore PID digitale mantengono forza, spostamento o deformazione entro tolleranze ristrette, compensando automaticamente le variazioni di conformità del campione man mano che si formano e si propagano le cricche.
- Controllore digitale integrato: automatizza la generazione di forme d'onda (sinusoidale, triangolare, quadra e profili personalizzati), l'acquisizione dei dati, il conteggio dei cicli e la terminazione del test in base a criteri di guasto definiti dall'utente.
- Meccanismo di sollevamento e bloccaggio della traversa: un sistema motorizzato di regolazione della traversa e di bloccaggio idraulico consente un rapido riposizionamento per diverse lunghezze di campioni e configurazioni di fissaggio senza necessità di spessori manuali.
- Morsetti e dispositivi di fissaggio intercambiabili: morsetti a cuneo idraulici, morsetti meccanici e dispositivi di fissaggio personalizzati consentono di utilizzare campioni piatti, rotondi e componenti per prove di trazione, compressione, flessione e carico combinato.
- Centralina idraulica (HPU): una centralina idraulica dedicata, dimensionata in base alla capacità del telaio di carico selezionato, garantisce pressione e flusso dell'olio stabili, con sistemi di filtrazione e raffreddamento che prolungano la durata di servizio delle servovalvole e degli attuatori.
- Elevata rigidità del telaio: la rigidità del telaio fino a 6.5 × 10⁸ N/m sul modello da 500 kN riduce la deflessione parassita, mantenendo lo spostamento misurato rappresentativo della deformazione effettiva del campione.
- Ampio spazio di prova verticale: le altezze verticali massime, da 1,120 mm (modelli da 25 kN e 50 kN) a 2,000 mm (modello da 500 kN), consentono di alloggiare provini di grandi dimensioni, camere climatiche e dispositivi di flessione multipunto.
- Protezione di sicurezza e di finecorsa: l'arresto di emergenza integrato, i finecorsa superiore e inferiore e le funzioni di interblocco proteggono l'operatore, il campione e la macchina da corse eccessive e carichi imprevisti.
- Configurazione personalizzabile: capacità di carico, corsa dell'attuatore, spazio di prova, piastra di base, impugnature, camera climatica e software di controllo possono essere adattati allo specifico ambito di prova del laboratorio.
Teoria e metodo
Le prove di fatica sottopongono un campione a ripetuti carichi ciclici che alternano una forza (o deformazione) massima e una minima a una frequenza controllata. Ogni ciclo di carico induce uno scorrimento microscopico lungo i piani cristallografici all'interno del materiale. Nel corso di migliaia o milioni di cicli, questi eventi di scorrimento si accumulano formando bande di scorrimento persistenti, poi microfratture e infine una frattura dominante che si propaga fino alla rottura del campione. La relazione tra l'ampiezza della sollecitazione applicata e il numero di cicli a rottura (la curva SN) caratterizza la resistenza a fatica di un materiale.
L'azionamento servoidraulico della serie ToronDFT™ converte il fluido idraulico pressurizzato in un movimento preciso e ad alta frequenza del pistone. Una servovalvola modula il flusso d'olio all'attuatore in tempo reale, mentre un controllore ad anello chiuso confronta il segnale di feedback proveniente dalla cella di carico (o estensimetro) con la forma d'onda di comando e regola la posizione della valvola per mantenere l'ampiezza target entro tolleranze ristrette. Questa architettura consente di eseguire test a forza controllata per la fatica ad alto numero di cicli (HCF) e test a deformazione controllata per la fatica a basso numero di cicli (LCF), dove predomina la deformazione plastica.
Le prove di meccanica della frattura estendono la valutazione della fatica oltre la vita utile totale. L'operatore pre-incrina un provino intagliato e applica un carico ciclico monitorando la lunghezza della cricca con un estensimetro o un sistema di caduta di potenziale. Rappresentando graficamente la velocità di propagazione della cricca (da/dN) in funzione dell'intervallo del fattore di intensità degli sforzi (ΔK) si ottiene una curva che descrive il comportamento di soglia, di regime di Paris e di quasi instabilità. Gli ingegneri utilizzano questi dati per la progettazione a tolleranza di danno, per la definizione degli intervalli di ispezione e per la previsione della vita utile residua dei componenti strutturali.
Macchina per prove di fatica dinamica - Serie ToronDFT™ - Specifiche tecniche
| Parametro | ToronDFT™ 25 | ToronDFT™ 50 | ToronDFT™ 100 | ToronDFT™ 250 | ToronDFT™ 500 |
|---|---|---|---|---|---|
| Tipo struttura | A pavimento | ||||
| Carico nominale (kN) | 25 | 50 | 100 | 250 | 500 |
| Spazio di prova verticale massimo (mm) | 1,120 | 1,120 | 1,120 | 1,400 | 2,000 |
| Corsa dell'attuatore (mm) | ± 75 | ||||
| Altezza del piano di lavoro (mm) | 900 | 1,000 | |||
| Distanza effettiva tra le colonne / Larghezza del test (mm) | 540 | 650 | 800 | ||
| Diametro colonna (mm) | 80 | 90 | 110 | ||
| Larghezza della base, sinistra-destra (mm) | 1,100 | 1,200 | 1,500 | ||
| Profondità della base, anteriore-posteriore (mm) | 800 | 1,000 | |||
| Altezza (mm) | 2,700 | 3,100 | 4,200 | ||
| Rigidità del telaio (N/m) | 5 × 10⁸ | 6.5 × 10⁸ | |||
| Peso approssimativo (kg) | ≈1,250 | ≈1,650 | ≈2,100 | ||