Ultraschallermüdungsapparatur – Ultrafast-WKK

Ultraschallermüdungsapparatur Ultrafast-WKK

Um Versuche mit mehr als 10⁸ Zyklen in angemessener Zeit durchführen zu können, wurde im Rahmen des Exzellenzclusters „Engineering of Advanced Materials“ ein Ultraschallermüdungssystem „Ultrafast-WKK“ angeschafft. Bei dieser Anlage wird ein Piezokristall zu einer hochfrequenten Schwingung angeregt, welche über ein Verstärkersystem auf einen Probenkörper übertragen wird. Die sich einstellende Frequenz entspricht der Eigenfrequenz der Probe und liegt typischerweise bei Frequenzen um 20 kHz. In der Probe bildet sich dabei eine stehende Welle aus, wodurch es zu einem Dehnungsmaximum in der Mitte der Probe kommt. Dieses kann mittels Dehnungsmessstreifen bestimmt und im Anschluss mit der Gesamtverschiebung der Probe korreliert werden. Die Gesamtverschiebung wird am frei schwingenden Probenende mit Hilfe eines Laserinterferometers bestimmt. So ist es möglich, nach einigen Kalibrierungsversuchen, die Probendehnung während der Ermüdung berührungslos zu bestimmen.

Die hohen Arbeitsfrequenzen (20 kHz) führen jedoch zu einer deutlichen Probenerwärmung während der Belastung. Weshalb Ultraschallermüdungsexperimente in einem Puls-Pause-Betriebsmodus durchgeführt werden. Typischerweise liegen die Belastungszeiten im Bereich zwischen 250 – 500 ms, die entsprechenden Pausezeiten können 500 ms bis einigen Sekunden betragen. So ergeben sich effektive Ermüdungsfrequenzen von über 2500 Hz.

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