Prueba termomecánica

Verlauf eines phasenverschobenen Counter-Clockwise-Diamond-Tests

Las pruebas termomecánicas se llevan a cabo para determinar los valores característicos de un material o compuesto bajo cargas térmicas y mecánicas dinámicas. Las cargas termomecánicas son particularmente relevantes cuando se diseñan y dimensionan componentes que se someten a esfuerzos como turbinas de gas estacionario y motores de aeronaves.

Durante las pruebas, un sensor de deformación que aplica una fuerza oscilante con una frecuencia definida somete a la muestra a una carga de corte, estiramiento o flexión mecánica. Durante la prueba, también se define el perfil de temperatura variable.

La deformación del material se mide en términos de amplitud y desplazamiento de fase. Es posible tener varios tipos de carga, incluso:

Prueba en fase con elongación,

Prueba fuera de fase con presión, o

Prueba de desplazamiento de fase (prueba de diamante en el sentido de las manecillas del reloj, prueba de diamante en el sentido contrario a las manecillas del reloj).

Las medidas registradas representan las propiedades viscoelásticas de la muestra de acuerdo con la carga en una función de tiempo-temperatura. La prueba fuera de fase genera normalmente los esfuerzos más altos. La prueba indica el número de ciclos a la falla.

También es posible realizar la prueba de fatiga de ciclos bajos con procedimientos de arranque y apagado térmicos. La relajación cíclica con la subsecuente fatiga por fluencia puede ocurrir en el rango de fluencia del material.

Progresión de una prueba de diamante en el sentido contrario a las manecillas del reloj con desplazamiento de fase

Thermomechanische Versuche

Verlauf eines phasenverschobenen Counter-Clockwise-Diamond-Tests

Thermomechanische Versuche werden durchgeführt, um die Kennwerte eines Werkstoffs oder Bauteils unter dynamischen thermischen und mechanischen Belastungen zu ermitteln. Thermomechanische Belastungen sind insbesondere bei der Konstruktion und Auslegung von beanspruchten Bauteilen wie etwa stationäre Gasturbinen oder Flugtriebwerke zu berücksichtigen.

Bei den Versuchen wird die Probe mechanisch mit einer oszillierenden Kraft und definierten Frequenz durch einen Verformungsgeber auf Biegung, Dehnung oder Schub belastet. Der gleitende Temperaturverlauf während des Versuchs ist ebenfalls definiert.

Die Materialverformung wird in Amplitude und Phasenverschiebung gemessen. Dabei sind verschiedene Belastungsarten möglich, wie etwa

• In-Phase-Test mit Dehnung,
• Out-of-Phase-Test mit Druck oder
• phasenverschobene Prüfung (Clockwise-Diamond-Test, Counter-Clockwise-Diamond-Test).

Die aufgezeichneten Messwerte stellen in einer Zeit-Temperatur-Funktion die viskoelastischen Eigenschaften der Probe in Abhängigkeit von der Belastung dar. Dabei generiert der Out-of-Phase-Test i. d. R. die höchsten Beanspruchungen. Der Versuch liefert die sogenannte Anrisswechselzahl.

Die Tests können auch als Dehnwechsel-Versuche mit thermischen An- und Abfahrvorgängen durchgeführt werden. Dabei kann im Kriechbereich des Materials eine zyklische Relaxation mit nachfolgender Kriechermüdung auftreten.

热机械试验

金刚石的逆时针相移试验示意图

热机械试验用于确定材料或构件在动态热载荷和机械载荷下的特性值。热机械载荷对于承受应力的某些构件的设计和尺寸确定特别重要，如固定式燃气轮机和飞机发动机。

在试验过程中，一个形变传感器以特定频率向样品施加振荡力，造成样品产生机械弯曲、拉伸或剪切。试验期间的各种温度分布也是已知的。

材料的形变通过幅度和相移来测量。试验包括各种载荷类型：

同相拉伸试验，

异相压缩试验，或

相移试验（金刚石的顺时针试验，金刚石的逆时针试验）。

记录的测量数据描述了样品在时间 - 温度函数条件下对载荷的粘弹性。通常异相试验产生的应力最大。试验可表明材料的疲劳损坏周期数。

也可以采用带热启动和热关闭过程的低周疲劳测试。随后循环应力松弛，材料在其蠕变范围内产生蠕变疲劳。

金刚石的逆时针相移试验示意图