Práctica estándar ASTM E2368-10 para pruebas de fatiga termomecánica controlada por voltaje

La norma "ASTM E2368-10 Práctica estándar para pruebas de fatiga termomecánica controlada por tensión" desarrollada por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM) cubre la determinación de las propiedades de fatiga termomecánica de materiales en condiciones de tensión controlada con carga uniaxial. El ciclo de fatiga termomecánica se define aquí como una condición en la que los campos uniformes de temperatura y tensión en la sección de medición de la muestra se varían simultáneamente y se controlan de forma independiente. Esta aplicación tiene como objetivo abordar las pruebas de fatiga termomecánica realizadas para respaldar actividades como la investigación y el desarrollo de materiales, el diseño mecánico, el control de procesos y calidad, el rendimiento del producto y el análisis de fallas. Aunque esta aplicación es específica para pruebas de fatiga controlada por tensión, muchos capítulos brindan información útil para pruebas de fatiga termomecánica controlada por fuerza o tensión controlada.

Esta implementación permite valores máximos y mínimos de temperatura y tensión mecánica y escalonamiento de temperatura y tensión mecánica, con la restricción de que estos parámetros se mantengan cíclicamente constantes durante todo el período de prueba. No se imponen restricciones a factores ambientales como presión, humedad, ambiente y otros, siempre que sean controlados durante toda la prueba, no causen pérdida o cambio en el tamaño de las muestras en el tiempo y estén detallados en el informe de datos.

El uso de esta aplicación se limita a muestras y no incluye pruebas de componentes, estructuras o productos de consumo a gran escala.

Para los efectos de esta norma, se aplican los siguientes términos y definiciones:

• La tensión se define aquí como la tensión de ingeniería, que es la relación entre la fuerza y ​​el área de la sección transversal original de la muestra. El área se mide en estado descargado a temperatura ambiente.
• El coeficiente de expansión térmica expresa el cambio fraccionario en la deformación de expansión libre para un cambio unitario de temperatura medido en la muestra de prueba.
• La deformación total es el componente de deformación medido en la muestra de prueba y la suma de la deformación térmica y la deformación mecánica.
• La deformación térmica es el componente de la deformación resultante de un cambio de temperatura (medida en la muestra de prueba) en condiciones de libre expansión. Para algunos materiales, puede ser no lineal en el rango de temperatura de interés.
• La deformación mecánica es el componente de deformación que resulta cuando la deformación térmica de expansión libre (medida en la muestra de prueba) se resta de la deformación total.
• La deformación elástica es el componente de deformación que resulta cuando la tensión se divide por el módulo de Young dependiente de la temperatura (de acuerdo con el método de prueba estándar ASTM E111-17 para el módulo de Young, el módulo tangente y el módulo de cuerda).
• La deformación inelástica se refiere al componente de deformación que resulta cuando la deformación elástica se resta de la deformación mecánica.
• La relación de deformación es la relación entre la deformación mecánica mínima y la deformación mecánica máxima en un ciclo de deformación.
• Ángulo de fase verdadero de tensión mecánica/temperatura; con el fin de evaluar la precisión de la fase, se define como el cambio de forma de onda entre la respuesta de temperatura máxima medida en la muestra y la respuesta de tensión mecánica máxima. Para fines de referencia, el ángulo se considera positivo si la respuesta máxima de temperatura está 180 grados o menos por delante de la respuesta máxima de tensión mecánica; de lo contrario, el ángulo de fase se considera negativo.
• La fatiga termomecánica sincrónica se refiere a un ciclo en el que el valor máximo de temperatura y el valor máximo de deformación mecánica ocurren simultáneamente.
• La fatiga termomecánica fuera de fase (antifase) se refiere a un ciclo en el que el valor máximo de la temperatura está por delante del valor máximo de la deformación mecánica en un valor de tiempo igual a la mitad del período del ciclo.

En el uso de materiales estructurales en ambientes de alta temperatura, los componentes susceptibles a daños por fatiga pueden experimentar una forma de fuerzas térmicas y mecánicas que varían simultáneamente durante un ciclo determinado. Estas condiciones son a menudo de preocupación crítica porque combinan mecanismos de daño dependientes de la temperatura y cíclicos (fatiga) con gravedad variable relacionada con la relación de fase entre la temperatura cíclica y la tensión mecánica cíclica.

Se puede considerar que tales efectos influyen en la evolución de la microestructura, los micromecanismos de degradación y varios otros procesos fenomenológicos que, en última instancia, influyen en la vida cíclica. Las pruebas de fatiga termomecánica controlada por tensión se utilizan a menudo para investigar los efectos de la variación simultánea de cargas térmicas y mecánicas en condiciones idealizadas. Aquí, se aplican y controlan externamente campos cíclicos teóricamente uniformes de temperatura y voltaje en toda la sección de medición de la muestra.

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