ISO 3800 Резьбовые крепёжные изделия. Испытание на усталость под осевой нагрузкой. Методы испытаний и оценка результатов

В стандарте ISO 3800 «Изделия крепежные резьбовые. Испытания на усталость под действием осевой нагрузки. Методы испытаний и оценка результатов», опубликованном Международной организацией по стандартизации (ИСО), изложены условия проведения испытаний на усталость под действием осевой нагрузки для резьбовых крепежных изделий и даны рекомендации по оценке результатов.

Если не согласовано иное, испытания проводятся при переменном напряжении при комнатной температуре с приложением нагрузки, центрированной вдоль продольной оси крепежной детали. Влияние посадки зажатых деталей на напряжение в крепежной детали не учитывается.

Данный метод позволяет определить усталостную прочность резьбовых крепежных деталей.

Результаты испытаний могут зависеть от условий испытаний. Поэтому настоящий стандарт устанавливает минимальные требования для минимизации этого влияния. Также включены методы калибровки и центрирования испытательной аппаратуры.

В принципе, испытания резьбовых крепёжных элементов проводятся для определения усталостных свойств, например, по кривой Вёлера. Испытуемые резьбовые крепёжные элементы устанавливаются в испытательную машину для испытания на усталость под осевой нагрузкой и подвергаются воздействию знакопеременной растягивающей нагрузки.

Постоянное среднее напряжение часто используется для определения неограниченного срока службы. Постоянное отношение напряжений часто используется для приемочных испытаний качества.

Испытание продолжается до разрушения образца или до достижения заданного количества циклов нагружения. Количество циклов испытания обычно определяется материалом или пределом усталости испытуемого образца. Если не указано иное, разрушение определяется как полное разделение крепёжной детали на две части.

Испытательная машина, используемая в данных испытаниях, оснащена устройством, которое автоматически поддерживает нагрузку в пределах 2% от требуемых значений на протяжении всего испытания, а также подсчитывает и регистрирует общее количество циклов за испытание. Для обеспечения этой точности испытательная машина периодически калибруется. Диапазон частот испытания должен составлять от 4,2 до 250 Гц. Испытательная машина генерирует синусоидальные колебания нагрузки на испытываемом образце. Испытательная машина должна быть оснащена устройством, предотвращающим автоматический перезапуск после остановки из-за отключения электроэнергии.

Испытательные приспособления должны быть способны передавать осевые нагрузки на испытываемый образец. Основные требования приведены на рисунках, представленных в стандарте. Рекомендуется самоцентрирование.

Периодически следует проверять соосность испытательного приспособления. Это достигается с помощью проверочного штифта с четырьмя тензорезисторами, расположенными под углом 90 дюймов (230 см) на общей центральной линии относительно оси. Длина параллельной части проверочного штифта должна быть в четыре раза больше его диаметра. Разница между максимальным напряжением и номинальным растягивающим напряжением, измеренным при 50% диапазона нагрузки, используемого на машине, не должна превышать 6% номинального растягивающего напряжения. Использование самовыравнивающихся устройств не рекомендуется. В случае их использования, соосность следует тщательно проверять, так как любая эксцентрическая нагрузка может существенно повлиять на результаты усталостных испытаний.

Короче говоря, стандарт ISO 3800 определяет:

• Стандартные условия испытаний на осевую (растяжимую) усталость резьбовых крепежных деталей (например, болтов, шпилек).
• Рекомендации по настройке испытаний, включая приложение нагрузки, контроль окружающей среды и калибровку оборудования.
• Методы оценки с использованием кривых S–N (напряжение-число циклов) и статистического анализа.

Целью настоящего стандарта является оценка усталостной прочности крепежных изделий, которая имеет решающее значение для прогнозирования долговечности при циклических нагрузках.

Основные процедуры испытаний, описанные в настоящем стандарте:

• Испытания на ограниченный ресурс: Усталостная долговечность определяется при заданных амплитудах напряжений. Как правило, испытывают минимум шесть образцов при постоянных уровнях напряжений для оценки распределения усталостной долговечности. Статистическая оценка определяет уровни напряжений для 10-, 50- и 90-процентных вероятностей отказа, обычно отображаемых с помощью гауссовой диаграммы вероятностей.
• Переходный (бесконечный) диапазон: эти испытания определяют предел усталости (предел выносливости), при котором разрушение сохраняется даже после многих циклов. Используются такие методы, как лестничный, предельный или арксинусный анализ. Статистически надёжные пределы усталости (например, в пределах ±5%) обычно требуют 15–30 образцов.

В результате испытаний строятся кривые S–N, отображающие зависимость амплитуды напряжения от количества циклов до разрушения (N). Статистические инструменты позволяют оценить предельные значения выносливости для заданной надёжности. Используются следующие методы:

• Гауссовская сеть вероятностей для конечных данных о сроке службы.
• Методы лестницы, границы или арксинуса для оценки диапазона перехода.

Основные причины важности стандарта ISO 3800:

• Предотвращает усталостные разрушения: многие механические разрушения машин, транспортных средств и конструкций вызваны не только однократными перегрузками, но и многократными циклическими нагрузками. Этот стандарт, устанавливающий стандартную процедуру определения усталостной прочности, помогает инженерам проектировать крепёжные изделия, которые не будут неожиданно трескаться или ломаться во время эксплуатации.
• Обеспечивает сопоставимые результаты испытаний на глобальном уровне: без единого стандарта две лаборатории могут испытывать один и тот же болт и получать разные результаты из-за различий в оборудовании, методах нагружения или подготовке образцов. Этот стандарт точно определяет требования к оборудованию, способу приложения нагрузки, выравниванию и методам оценки, обеспечивая повторяемость и сопоставимость результатов в разных странах и отраслях.
• Поддержка критически важных для безопасности приложений: крепёжные элементы используются в аэрокосмической, автомобильной, железнодорожной, строительной и тяжёлой промышленности, где даже один отказ болта может привести к катастрофическим авариям. Соблюдая этот стандарт, производители могут доказать, что их продукция соответствует усталостным характеристикам, требуемым для этих высокорисковых применений.
• Улучшает разработку продукции и контроль качества: отделы НИОКР используют эти стандартные испытания для оценки новых материалов, покрытий и конструкций перед массовым производством. Отделы контроля качества могут проводить периодические испытания, чтобы гарантировать соответствие каждой партии требованиям к долговечности.
• Обеспечивает проектирование с учётом надёжности: этот стандарт включает в себя статистические методы оценки (например, кривые S–N) и позволяет инженерам проектировать изделия с учётом желаемой вероятности долговечности. Этот подход, основанный на данных, позволяет избежать избыточного проектирования (что приводит к непроизводительным расходам материала) и недостаточного проектирования (что увеличивает риск отказа).

В результате ISO 3800 является авторитетным источником информации для оценки осевой усталости резьбовых крепёжных элементов в контролируемых лабораторных условиях. Независимо от того, являетесь ли вы производителем крепёжных изделий, инженером по качеству или проектировщиком конструкций, этот стандарт обеспечивает основу для обеспечения единообразия, надёжности и прослеживаемости результатов испытаний на усталость.

Наша организация, работающая на протяжении многих лет и внимательно следящая за мировыми достижениями в области науки и технологий, располагает квалифицированной командой и обширной инфраструктурой для проведения испытаний, измерений и анализа в широком спектре областей для предприятий всех секторов экономики. В связи с этим мы также предоставляем услуги по испытаниям в соответствии со стандартом ISO 3800 «Резьбовые крепежные элементы. Испытания на усталость под осевой нагрузкой. Методы испытаний и оценка результатов».