Erityisratkaisut tutkimukseen ja tuotekehitykseen

ZwickRoell tarjoaa tutkimuskäyttöön sekä vakiomuotoisia että yksilöityjä testausratkaisuita, jotka on kehitetty yhteistyössä eri instituutioiden kanssa. Tutkijoiden kannalta koestuskoneen muunneltavuus on usein keskeisen tärkeää. He kohtaavat jatkuvasti uusia testaustarpeita ja -vaatimuksia, ja niihin tulisi kyetä vastaamaan nykyisten laitteistojen avulla.

Testausjärjestelmän liitännät ja liittämismahdollisuudet ovat erityisen tärkeässä asemassa. Usein tarvitaan uudenlaisia sensoreita, joiden täytyy kyetä toimimaan yhteen testauslaitteen mittaussignaalien kanssa. Myös kerätyn tiedon käsittelyn tulee olla helppoa. Tämä onnistuu joko suoraan testXpert II -ohjelmistolla, tai kerätty data voidaan siirtää toisen arviointiohjelmiston käsiteltäväksi.

1. Venymäliuskojen liittäminen

Mittausteknologia kykenee periaatteessa tarpeen vaatiessa samanaikaisesti tallentamaan venymäliuskan kaikki signaalit — voiman, muodonmuutoksen ja venymän.  

ZwickRoell tarjoaa kaksi eri vaihtoehtoa venymäliuskojen liittämiseen.

Suora liittäminen testControl -mittaus- ja ohjauselektroniikkaan

 Wheatstonen silta toteutetaan ulkoisen liitäntälaatikon avulla, joka yhdistää erilaiset venymäliuskat (120Ω, 350Ω, jne.) testausjärjestelmään. Tähän liitäntään voidaan kiinnittää mukautettu venymäliuska neljää tai kuutta johtoa käyttäen. Myös lämpötilan kompensointi on mahdollista. testControlin yksityiskohdista riippuen on mahdollista käyttää jopa neljää venymäliuskojen kanavaa. testControl tallentaa kaikki kanavat samanaikaisesti, ja niitä voidaan käyttää myös venymän ohjaamiseen kokeiden aikana. testXpert II ja testControl antavat sinulle vapauden määrittää kaikki kanavat siten, että esimerkiksi neljän venymäliuskan keskiarvon käyttäminen on mahdollista. Uusi testControl väylänlaajennin mahdollistaa 6, 12, tai jopa useamman venymäliuskan yhdistämisen.

Liittäminen HBM-mittausvahvistimen avulla

Erityinen synkronointimekanismi mahdollistaa helpon mittauspisteiden määrän kasvattamisen HBM:n, MGC+:n tai QuantumX:n avulla. Mitatut arvot tallennetaan synkronisesti koestuskoneen mittaussignaalin kanssa, mutta niitä ei voida käyttää ohjaustarkoituksessa.

4. Virumiskokeet ja sykliset ominaisuudet

Pelkän lämmön vaikutuksen lisäksi myös muilla mekaanisilla ominaisuuksilla on merkitystä esimerkiksi voimalaitoksissa, ja myös ne tulee kyetä määrittämään. Korkean lämmönvastustuskyvyn lisäksi voimalaitosten toimintaan vaikuttavat esimerkiksi tuulivoimaloiden ja aurinkopaneelien vaihteleva sähköntuotanto, mikä asettaa erityisiä vaatimuksia voimaloissa käytetyille materiaaleille.

Monet uudet voimalaitokset tulee kyetä käynnistämään ja sammuttamaan joustavasti ja lyhyen ajan sisään. Tämä johtaa lämpömekaaniseen väsymiseen (Thermo-Mechanical Fatigue, TMF), kun materiaali laajenee tai supistuu joka käynnistyksen ja sammutuksen yhteydessä. Useimpia 1900-luvun voimalaitoksia ei suunniteltu kestämään tämänkaltaista rasitusta, ja niitä pitää nyt päivittää jälkikäteen.

Toinen höyryä hyödyntävien voimalaitosten, ja erityisesti A-USC-voimalaitosten ongelma on, että niiden käyttölämpötila kohoaa jopa 760 °C ja höyrypaine nousee jopa 380 baariin, mikä aiheuttaa materiaalien korroosiota. Materiaalissa tapahtuvat muutokset (laajentuminen tai supistuminen) havainnoidaan, pitäen samalla jännitys tai venymä vakiona pitkän aikaa korotetussa lämpötilassa. Tätä tehdään myös syklisesti (viruminen).

5. Low Cycle Fatigue (LCF-kokeet)

Matalan syklisen kuormituksen väsytyskokeissa (LCF) materiaalia kuormitetaan syklisesti tietyssä, yleensä korotetussa lämpötilassa, kunnes sen plastinen muodonmuutos on enää minimaalista. Näyte (materiaali) kykenee kestämään tämän tyyppistä kuormitusta vain muutamia tuhansia toistokertoja. Tämän prosessin koestuskoneelle ja sen ohjaimelle asetetut vaatimukset ovat erityisen suuria, koska siirryttäessä elastisesta plastiseen muodonmuutokseen näytteen jäykkyys muuttuu merkittävästi, mihin ohjaimen on kyettävä mukautumaan nopeasti, jotta venymän muutosnopeus pysyy vakiona.

6. Lämpömekaaninen väsyminen (TMF)

Lämpömekaanisessa väsymisessä (Thermo-Mechanical Fatigue, TMF) syntyy näennäinen mekaaninen kuormitus materiaalin lämpölaajenemisen takia. Tämä ilmiö tapahtuu joka kerta, kun voimalaitos tai mikä tahansa lämpökone käynnistetään tai sammutetaan. Käynnistyksen aikana kaikkien osien lämpötila nousee huoneenlämpötilasta käyttölämpötilaan saakka, mistä seuraa materiaalin laajenemista. Laajeneminen luo materiaaliin jännityksen, joka tulee kyetä ennakoimaan tarkasti jotta osien vaurioituminen voidaan estää.

Lämpömekaanisen väsymisen mittaamiseen kuuluu näytteen syklinen lämmittäminen. Lisäksi koestuskone kuormittaa näytettä joko lämmitysten aikana tai lämmitysten välillä.

7. High Cycle Fatigue (HCF-kokeet)

Toisin kuin LCF-kokeessa, HCF-kokeessa kuormituksen muutokset perustuvat vain materiaalin lineaarisen elastisuuden muutoksiin. Sen yksi tärkeä käyttökohde on materiaalin tai osan väsymisrajan määrittäminen. Väsymisrajan määrittäminen tapahtuu yleensä Wöhlerin kuvaajan (s/n-kuvaajan) avulla. Näytteeseen kohdistetaan erilaisia jännityksiä ja venymiä, kunnes se murtuu. Wöhlerin kuvaaja määritetään samansuuruisten kuormitusten avulla, kun taas Gassnerin kuvaaja määritetään vaihtelevien kuormitusten avulla.

Nämä kuvaajat voidaan määrittää myös erilaisissa lämpötiloissa.

8. Instrumentoitu kovuuden mittaaminen onnistuu aina nano-tasolta makrotasolle saakka

Instrumentoitua painumasyvyyden mittaamista on käytetty tutkimuksissa jo vuosien ajan. Sitä käytetään ohuiden kerrosten tai pinnoitteiden mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseksi. Voima-painumasyvyys-mittauksella voidaan määrittää aineen kovuus Materns'in mukaan, sekä aineen elastisia ja plastisia ominaisuuksia.

Nyrkkisääntönä voidaan pitää, että testatessa pinnoitteita, painumasyvyys ei saa ylittää 10 %:ia pinnoitteen kokonaispaksuudesta (Vickers- ja Berkowitch-menetelmät). ZwickRoell UNAT-järjestelmää voidaan käyttää 10 nm ja 30 µm välillä olevien painumasyvyyksien mittaamiseen, ja ZHU/Zwicki-järjestelmää yli 6 µm painumasyvyyksien mittaamiseen. Saat ZwickRoell:ltä ratkaisut eri kokoluokan kovuusmittauksille, nano-tasolta mikro-luokan mittauksiin ja makrotason kovuusmittauksiin.

Testing additive manufactured structures for the aerospace industry at -269°C

Additive manufacturing methods such as laser melting afford a great amount of design freedom and therefore offer huge potential for weight minimization. Due to the small quantities typical in aerospace this type of manufacturing method can also be implemented cost-effectively. KRP Mechatec relies on a testing machine from ZwickRoell for testing additive manufactured aluminum and titanium structures at low temperatures down to -269°C .
Ylös