Pruebas de resistencia dinámica

Las pruebas de resistencia dinámica se usan para determinar las características de deformación y falla de los materiales sujetos a cargas cíclicas. La resistencia dinámica es una combinación de la resistencia a la fatiga de vida finita y el límite de fatiga. Se determina principalmente para materiales y componentes mediante la prueba Wöhler, la cual somete a las piezas de prueba a esfuerzos cíclicos a ser representados en funciones carga-tiempo.

En la prueba de Wöhler, las amplitudes de carga y la relación de esfuerzos entre la subcarga y sobrecarga (valor R) es constante. Durante la prueba, las muestras son probadas en diferentes horizontes de carga, hasta que se produce una falla debido a la fractura o el inicio de agrietamiento, o hasta que se ha completado un número fijo de ciclos de esfuerzo. La curva Wöhler indica el número de ciclos de esfuerzo con amplitudes de carga variables que un componente soporta antes de fallar.

Se puede determinar lo siguiente:

La fatiga de ciclos bajos con hasta ${{10}^{5}}$ ciclos de esfuerzos, lo que puede llevar a la fatiga mediante amplitudes de elongación de alta plasticidad.

La resistencia a la fatiga de vida finita o fatiga de altos ciclos de alrededor de ${{10}^{4}}$ y $2\cdot {{10}^{6}}$ ciclos de esfuerzo.

El límite de fatiga, el cual también es determinado en buen grado por el material. Los aceros férricos perlíticos, por ejemplo, alcanzan su límite de fatiga a aproximadamente $5\cdot {{10}^{6}}$ ciclos de esfuerzo, mientras que, por ejemplo, los aceros austeníticos, el aluminio y los componentes en un ambiente corrosivo o a temperaturas altas nunca alcanzan realmente ningún tipo de límite de fatiga, en la mayoría de los casos.

Schwingfestigkeitsprüfung

Mit der Schwingfestigkeitsprüfung wird das Verformungs- und Versagensverhalten von Werkstoffen bei zyklischer Beanspruchung festgestellt. Dabei setzt sich die Schwingfestigkeit aus der Zeitfestigkeit und der Dauerfestigkeit zusammen. Sie wird für Werkstoffe und Bauteile zumeist im sogenannten Wöhlerversuch ermittelt, bei dem die geprüften Stücke zyklischen Beanspruchungen ausgesetzt werden, die in Belastungs-Zeit-Funktionen darzustellen sind.

Beim Wöhlerversuch sind Lastamplituden und das Spannungsverhältnis aus Unterlast zu Ruhegrad (Oberlast) konstant. Die Proben werden während des Versuchs in mehreren Lasthorizonten geprüft - und zwar so lange, bis ein Versagen durch Bruch oder Anriss auftritt oder bis sie eine festgelegte Zahl von Schwingungen, die sogenannte Schwingspielzahl, durchlaufen haben. Die Anzahl von ertragenen Schwingspielen eines Bauteils bei variablen Belastungsamplituden bis zum Ausfall wird mit Hilfe der Wöhlerlinie dargestellt.

Ermittelt werden können:

• Die Kurzzeitschwingfestigkeit (Low-Cycle-Fatigue) bei bis zu ${{10}^{5}}$ Schwingspielen, die zu Ermüdung durch hohe plastische Dehnamplituden führen können.
• Die Zeitfestigkeit oder Zeitschwingfestigkeit zwischen etwa ${{10}^{4}}$ und $2\cdot {{10}^{6}}$ Schwingspielen
• Die Dauerfestigkeit, die vor allem auch durch das Material bestimmt ist. Dabei erreichen etwa ferritisch-perlitische Stähle ihre Dauerfestigkeit bei etwa $5\cdot {{10}^{6}}$ Schwingspielen, während z. B. austenitische Stähle, Aluminium oder auch Bauteile in korrosiver Umgebung bzw. bei hohen Temperaturen meist keine wirkliche Dauerfestigkeit erlangen.

动强度试验

动强度试验用来确定循环载荷作用下材料的变形和失效特征。动强度取决于有限寿命疲劳强度和疲劳极限的联合作用。材料和构件的动强度主要通过沃勒试验确定，试验中试件受到循环应力并绘制载荷-时间函数。

在沃勒试验中，载荷振幅、欠载和过载之间的应力比（R值）是恒定的。试验过程，测试样品在不同载荷水平下的受力行为 - 直到出现断裂或开裂失效，或直到完成固定数目的应力循环。沃勒曲线显示了构件失效前在不同载荷振幅条件下的应力循环数目。

试验可以测得以下结果：

低周疲劳， ${{10}^{5}}$ 次应力循环范围内，由于高塑性延伸振幅可能导致试件疲劳。

有限寿命疲劳强度或高周疲劳， ${{10}^{4}}$ 到 $2\cdot {{10}^{6}}$ 次应力循环范围内。

疲劳极限，很大程度上也取决于材料。例如铁素体 - 珠光体钢，大约在 $5\cdot {{10}^{6}}$ 次应力循环下达到疲劳极限，而如奥氏体钢、铝在腐蚀性环境和/或高温下的构件在大多数情况下实际不会达到这个疲劳极限的数值。