وأيده العمل المشاريع: "مركز البحوث التابع لجامعة Žilina-2nd المرحلة"، منح ITMS 313011 011، العلم منحة وكالة وزارة التربية والتعليم والعلوم والرياضة في الجمهورية السلوفاكية والأكاديمية السلوفاكية للعلوم، رقم: 1/0045/ 17, 1/0951/17 و 1/0123/15 ومنح البحوث السلوفاكية ووكالة التنمية، رقم أبفف-16-0276.

ملاحظة: قد الهندسة كل عينة مختارة وتحسب وفقا للخصائص الميكانيكية والفيزيائية للمواد التي تم اختبارها، حيث يحتوي تردد صدى متطابقة كنظام الفحص بالموجات فوق الصوتية.

1-تحديد الأبعاد عينة الاختبار التعب
ملاحظة: هندسة العينة القياسية "الساعة الرملية" ضغط التوتر، مع الأبعاد الرئيسية المحددة، يرد في الشكل 1. أبعاد د ود، و r هي المعرفة من قبل المستخدم (مستقل)، بينما l و L الأبعاد يجب أن تحسب، وفقا لظروف تردد صدى الصحيح (تابع). طول قياس l النتائج فقط من نسبة الهندسة بين د،، البحث و التطوير ، ويمكن حسابها بسهولة أو التي تم الحصول عليها من نموذج عنصر؛ وهكذا، فإنه لن كائن لمزيد من المناقشة.
<ol><li>
تحديد أبعاد مستقلة ملاحظة: ويتم اختيار الأبعاد الرئيسية للعينة (د، D, r) وفقا لمعايير مادية وشروط الاختبار.<ol>
<li>تحديد قياس القطر د وفقا لحجم المواد للاختبار المطلوب. في حالة المجهرية متجانسة مع لا عيوب داخلية، قياس قطرها أصغر المفضل. وفي حالة مواد مع العيوب الداخلية الهامة (مثل الفراغات وشرينكاجيس في مواد المدلى بها)، قياس قطرها أكبر أمر ضروري. قياس القطر د عادة من 3 مم إلى 5 مم.</li>
		<li>تحديد قطر الرأس د وفقا لحجم المواد التجريبية المتاحة. قطر الرأس تستخدم د عادة من 10 ملم إلى 15 ملم. ملاحظة: د أكبر، وأقصر سوف يكون طول الرأس (L).</li>
	</ol>
</li>
	<li>تحديد قياس دائرة نصف قطرها r وفقا لتوزيع الإجهاد الميكانيكية المطلوبة في العينة لقياس الطول. يتم قياس القطر r أكبر، سلاسة هو توزيع الضغط الميكانيكي. دائرة نصف قطرها قياس استخداماً r = 20 ملم أو r = 32 مم. ملاحظة: r أكبر، كلما طالت فترة العينة.</li>
	<li>
تحديد الأبعاد تعتمد
	<ol>
<li>تحديد عدد الموجات ك وفقا للصيغة9،التالية18: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq1.jpg"> ملاحظة: هنا هو وr تردد صدى للنظام بالموجات فوق الصوتية (هرتز)، ρ كثافة حجم (م-3كجم)، وهو هد المعامل الحيوي من مرونة (م-3كجم).</li>
		<li>تحديد التقريب القطعي لقياس نصف قطر، وفقا للصيغة9،التالي19: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq2.jpg"> ملاحظة: هنا l هو طول قياس (m) وهو د قطر الرأس (م) د هو قياس القطر (m) (الشكل 1).</li>
		<li>تحديد انحراف فعالة وفقا للصيغة9،التالية18: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq3.jpg"> ملاحظة: هنا هو تقريب القطع الزائد (م-1) تحدد بالمعادلة (2) ، و K هو عدد الموجات (-) تحدد وفقا لتعبير (1).</li>
		<li>تحديد طول الرأس (L) وفقا للمعادلة التالية9،18: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq4.jpg"> ملاحظة: هنا هو ك عدد الموجات (-) تحدد وفقا لتعبير (1) في النقطة 1.2.1 وبيتا هو انحراف فعالة (م-1) تحدد بالمعادلة (3) l هو طول قياس (m) (الشكل 1).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2-حساب الضغط الميكانيكي في قياس طول العينة
<ol><li>تحديد عامل المعايرة على أسس هندسية <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq5.jpg"> وفقا للمعادلة التالية9،18: <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq6.jpg">
</li>
	<li>تحديد ɛ السعة تشوه وفقا للمعادلة التالية9،18: <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq7.jpg"> ملاحظة: هنا <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq5.jpg"> هو عامل هندسية (-) وهو يو السعة التشرد المطلوبة من الطرف الحر من العينة (m).</li>
	<li>تحديد الضغط الميكانيكي السعة σ وفقا للمعادلة التالية9،18: <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/57007/57007eq8.jpg"> ملاحظة: هنا ɛ تشوه السعة (-) تحدد وفقا لتعبير (5)، وهو هد المعامل الحيوي من مرونة (م-3كجم). إذا كان الضغط الميكانيكي المحسوبة منخفضة جداً، من الضروري زيادة السعة التشرد u (m)، والعكس بالعكس.</li>
</ol>3-الصناعات التحويلية العينة مع عمليات القطع
<ol><li>بسبب انحرافات صغيرة مختلف العينات تشكيلة من شكل مثالي، تصنيع العينات مع أطول رؤساء، وعادة ما تكون ل + 0.5 مم.</li>
</ol>4-المواءمة بين تردد صدى للعينة بنظام الموجات فوق الصوتية
ملاحظة: تنسيق هو عملية تعويض الانحرافات الصغيرة المختلفة للعينة الحقيقية من الشكل المثالي، ومحسوب، للحصول على تردد الرنين الصحيح، الذي في وئام مع سونوترودي الصوتية بالموجات فوق الصوتية.
<ol><li>اختيار النوع المناسب من سونوترودي الصوتية، وفقا لنطاق التشريد المطلوبة، التي قادرة على توفير الضغط الميكانيكي السليم في العينة. ملاحظة: تصميم كل نوع من سونوترودي ومعايرة لمجموعة مختلفة من تشرد، وهكذا يتم اختيار سونوترودي المناسبة حسب السعة المطلوبة التشرد المحسوبة وفقا للمادة 2.</li>
	<li>
جبل في سونوترودي على المحول الكهربائي بيزو.
	<ol>
<li>المسمار المسمار اتصال داخل الحفرة المركزية على سونوترودي حتى يصل إلى الأسفل.</li>
		<li>نشر جل الصوتية على وجه سونوترودي. ملاحظة: يتم استخدام كمية صغيرة من هلام، ما يكفي لملء هذه مخالفة السطوح، مما يحسن نقل موجه ميكانيكية بين محول كهربائي بيزو وسونوترودي.</li>
		<li>المسمار سونوترودي في المحول الكهربائي بيزو.</li>
	</ol>
</li>
	<li>تشغيل النظام بالموجات فوق الصوتية مع محول كهربائي بيزو مع سونوترودي المحملة لقياس تردد صدى لنظام معين في درجة الحرارة الفعلية.<ol>
<li>قم بتشغيل برنامج اختبار بالموجات فوق الصوتية (مثلاً، Win20k).</li>
		<li>اختر نوع سونوترودي المستخدمة في القائمة المنسدلة في مربع "نموذج".</li>
		<li>أدخل السعة ممكن التشريد أدنى سونوترودي خاصة في المربع "السعة".</li>
		<li>انقر فوق الزر "ابدأ".</li>
		<li>قراءة تردد صدى الفعلي للنظام في مربع "تردد".</li>
		<li>انقر فوق الزر "إيقاف".</li>
	</ol>
</li>
	<li>تحميل العينة في نهاية سونوترودي.<ol>
<li>المسمار المسمار اتصال في حفرة المركزية للعينة حتى يصل إلى الأسفل.</li>
		<li>برغي العينة إلى سونوترودي.</li>
	</ol>
</li>
	<li>تشغيل النظام بالموجات فوق الصوتية مع محول كهربائي بيزو مع سونوترودي المحملة، وعينه لقياس تردد صدى لنظام معين في درجة الحرارة الفعلية.<ol>
<li>قم بتشغيل برنامج اختبار بالموجات فوق الصوتية.</li>
		<li>اختر نوع سونوترودي المستخدم في القائمة المنسدلة في مربع "نموذج".</li>
		<li>أدخل السعة ممكن التشريد أدنى سونوترودي خاصة في المربع "السعة".</li>
		<li>انقر فوق الزر "ابدأ".</li>
		<li>قراءة تردد صدى الفعلي للنظام في مربع "تردد".</li>
		<li>انقر فوق الزر "إيقاف".</li>
	</ol>
</li>
	<li>عندما تردد صدى للنظام مع العينة المركبة أقل من ذلك دون العينة، والحد من كتلة العينة بقطع وجوه رئيس العينة. ملاحظة: إذا تردد صدى مع عينة محمل أعلى، أنه سيكون من الضروري تخفيض في قياس القطر د، التي تتغير ظروف الاختبار. وهذا هو السبب يتم إضافة 0.5 مم على طول الرؤساء في عملية التصنيع.<ol>
<li>تركيب العينة من سونوترودي.</li>
		<li>جبل العينة في مخرطة وانتقل بانخفاض 0.1 مم وجه أول رئيس.</li>
		<li>جبل العينة في مخرطة وانتقل بانخفاض 0.1 مم وجه الرأس الثاني.</li>
		<li>كرر الخطوة 4.6 حتى تردد صدى داخل التسامح ± 10 هرتز.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5-النهائي تركيب العينة إلى سونوترودي قبل الاختبار التعب
<ol><li>تطبيق هلام الصوتية على وجوه لإنشاء اتصالات بين سونوترودي والعينة.<ol>
<li>المسمار المسمار اتصال في حفرة المركزية للعينة حتى يصل إلى الأسفل.</li>
		<li>انتشار الهلام الصوتية على وجه العينة. ملاحظة: يتم استخدام فقط كمية صغيرة من هلام الصوتية لملء في المخالفات على السطح لتحسين نقل الموجات الصوتية من سونوترودي للعينة.</li>
		<li>برغي العينة إلى سونوترودي.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6-تشغيل نظام التبريد للعينة
<ol><li>إذا تم استخدام تبريد الهواء، تركز مجرى الهواء مباشرة في منتصف طول القياس للعينة، وانتظر حوالي 20 ثانية، حيث تدفق تيار الهواء يشبع العينة.</li>
	<li>إذا تم استخدام مياه التبريد، تركز فوهات المياه على رأس أعلى من العينة، وضبط كثافة تيار حيث يتدفق الماء بسلاسة على طول المقياس، لتجنب التجويف. ملاحظة: غمر العينة في الماء أو النفط ممكن أيضا، ولكن يمكن استخدام هذا فقط لوقت قصير الاختبارات نظراً لتأثير التجويف كبيرا، مما يسرع عملية بدء الكراك التعب.</li>
</ol>7-تشغيل نظام تبريد المحول الكهربائي بيزو
<ol><li>فتح الصمام لمجرى الهواء وضبط الضغط في الفاصل الزمني بين 0.5 و 1 بار.</li>
</ol>8-تشغيل الاختبار في السعة المطلوبة التشرد
<ol><li>قم بتشغيل برنامج اختبار بالموجات فوق الصوتية.</li>
	<li>اختر نوع سونوترودي المستخدمة في القائمة المنسدلة في مربع "نموذج".</li>
	<li>أدخل السعة المطلوبة التشرد سونوترودي خاصة في المربع "السعة".</li>
	<li>انقر فوق الزر "ابدأ".</li>
</ol>9-التعب بدء الكراك ونشر
<ol><li>ويلاحظ أنه بعد التعب الكراك البدء والنشر من خلال جزء من المقطع العرضي، وهو إزاحة النظام من تردد الرنين والاختبار يتم إنهاؤها بطبيعة الحال.</li>
	<li>إذا كان الاختبار لا ينتهي بكسر، بعد بلوغ العدد المطلوب من تحميل دورات، (وهو الاختبار تشغيل السحب) إنهاء باستخدام الزر "إيقاف" في برنامج الفحص بالموجات فوق الصوتية.</li>
</ol>10-تركيب العينة من سونوترودي
<ol><li>برغي قبالة العينة من سونوترودي بالموجات فوق الصوتية.</li>
</ol>11-ثابت تحميل كسر القوة
<ol><li>استخدام القوة تحميل ثابت لكسر بقية المقطع العرضي مع استخدام جهاز تحميل ثابت. ملاحظة: ناقلات ونوع القوة تحميل لكسر ثابتة ينبغي أن تتوافق مع نوع التعب تحميل حيث يحتوي سطح الكسر حرف متسقة.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Moore, H. F., Kommers, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The fatigue of metals. , 321 (1927).</li><li>Nicholas, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> High Cycle Fatigue: A Mechanics of Materials Perspective. , (2006).</li><li>Schijve, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fatigue of Structures and Materials. , (2008).</li><li>Murakami, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Metal Fatigue: Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions. , (2002).</li><li>Trsko, L., Bokuvka, O., Novy, F., Guagliano, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+severe+shot+peening+on+ultra-high-cycle+fatigue+of+a+low-alloy+steel.">Effect of severe shot peening on ultra-high-cycle fatigue of a low-alloy steel.</a> Mater. Design. 57, 103-113 (2014).</li><li>Stanzl, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fracture+mechanisms+and+fracture+mechanics+at+ultrasonic+frequencies.">Fracture mechanisms and fracture mechanics at ultrasonic frequencies.</a> Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 567-579 (1999).</li><li>Bathias, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=There+is+no+infinite+fatigue+life+in+metallic+materials.">There is no infinite fatigue life in metallic materials.</a> Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 559-565 (1999).</li><li>Ritchie, R. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-cycle+fatigue+of+Ti-6Al-4V.">High-cycle fatigue of Ti-6Al-4V.</a> Fatigue. Fract. Eng. M. 22 (7), 621-631 (1999).</li><li>Bathias, C., Paris, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Gigacycle Fatigue in Mechanical Practice. , (2004).</li><li>Bokuvka, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ultrasonic Fatigue of Materials at Low and High Frequency Loading. , (2015).</li><li>Almaraz, G. M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+Fatigue+Testing+on+the+Polymeric+Material+PMMA,+Used+in+Odontology+Applications.">Ultrasonic Fatigue Testing on the Polymeric Material PMMA, Used in Odontology Applications.</a> Procedia Structural Integrity. 3, 562-570 (2017).</li><li>Flore, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+high+and+very+high+cycle+fatigue+behaviour+of+continuous+fibre+reinforced+plastics+by+conventional+and+ultrasonic+fatigue+testing.">Investigation of the high and very high cycle fatigue behaviour of continuous fibre reinforced plastics by conventional and ultrasonic fatigue testing.</a> Compos. Sci. Technol. 141, 130-136 (2017).</li><li>Tr&#353;ko, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Severe+Shot+Peening+on+the+Surface+State+and+Ultra-High-Cycle+Fatigue+Behavior+of+an+AW+7075+Aluminum+Alloy.">Influence of Severe Shot Peening on the Surface State and Ultra-High-Cycle Fatigue Behavior of an AW 7075 Aluminum Alloy.</a> J. Mater. Eng. Perform. 26 (6), 2784-2797 (2017).</li><li>Mayer, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyclic+torsion+very+high+cycle+fatigue+of+VDSiCr+spring+steel+at+different+load+ratios.">Cyclic torsion very high cycle fatigue of VDSiCr spring steel at different load ratios.</a> Int. J. Fatigue. 70, 322-327 (2015).</li><li>Bathias, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Piezoelectric+fatigue+testing+machines+and+devices.">Piezoelectric fatigue testing machines and devices.</a> Int. J. Fatigue. 28 (11), 1438-1445 (2006).</li><li>Mayer, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+torsion+and+tension-compression+fatigue+testing:+Measuring+principles+and+investigations+on+2024-T351+aluminium+alloy.">Ultrasonic torsion and tension-compression fatigue testing: Measuring principles and investigations on 2024-T351 aluminium alloy.</a> Int. J. Fatigue. 28 (11), 1446-1455 (2006).</li><li>Brugger, C., Palin-Luc, T., Osmond, P., Blanc, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+ultrasonic+fatigue+testing+device+for+biaxial+bending+in+the+gigacycle+regime.">A new ultrasonic fatigue testing device for biaxial bending in the gigacycle regime.</a> Int. J. Fatigue. 100, Part 2, 619-626 (2017).</li><li>Wagner, D., Cavalieri, F. J., Bathias, C., Ranc, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+fatigue+tests+at+high+temperature+on+anaustenitic+steel.">Ultrasonic fatigue tests at high temperature on anaustenitic steel.</a> J. Propul. Power. 1 (1), 29-35 (2012).</li><li>Kohout, J., Vechet, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+function+for+fatigue+curves+characterization+and+its+multiple+merits.">A new function for fatigue curves characterization and its multiple merits.</a> Int. J. Fatigue. 23 (2), 175-183 (2001).</li></ol>

ليس لدينا شيء الكشف عنها.

اختبار الموجات فوق الصوتية التعب هي واحدة من الطرق القليلة التي يسمح لاختبار المواد الإنشائية في منطقة دورة فائقة. ومع ذلك، شكل العينة وحجم محدودة جداً فيما يتعلق بتردد صدى. على سبيل المثال، اختبار من صفائح رقيقة في وضع التحميل المحوري ليس عموما ممكن. وبالإضافة إلى ذلك، اختبار عينات كبيرة لأنه عادة غير ممكنة، آلات الاختبار لا توفر مثل هذه السلطة، ويتطلب تصميم نظام الموجات فوق الصوتية الخاصة.
السليم التصميم والحساب، ومواءمة للعينة ينبغي عدم الاستهانة، حتى عندما تكون قادراً على بنجاح صدى عينة مع أبعاد مختلفة قليلاً وتعدل الموجات مولدات الموجات فوق الصوتية الحديثة. ومع ذلك، يؤدي هذا تحول من العقدة للموجات بعيداً عن الجزء الأوسط من طول قياس، وثم العينة غير محمل بشكل صحيح في قياس طول. وقد قدر كبير من العناية لنفس السبب، الواجب اتخاذها لضمان التماثل لاختبار العينة فيما يتعلق بكل محاور.
جرت مناقشة كبيرة حول الربط بين نتائج اختبار أداء على ترددات عالية مع البيانات التي تم الحصول عليها على أجهزة الاختبار التقليدية مع الترددات المنخفضة تحميل. وقد أظهرت العديد من الاختبارات أن نتائج عالية التردد الاختبارات الموسعة بطلاقة النتائج التي تم الحصول عليها في الترددات المنخفضة، وأيضا قد تتداخل بعض جزء من النتائج، عند النظر في وضع تحميل نفسه10. في وقت لاحق، من المفهوم عموما أن تواتر تحميل ليس المعلمة تحديد خصائص التعب، ولكن معدل التشوه، وتشوهات كبيرة في الترددات المنخفضة للتحميل توفر معدلات تشوه مشابهة كتحميل مع الصغيرة التشوهات في الترددات العالية. ومع ذلك، هذا هو السبب الرئيسي لماذا يمكن استخدام هذا الأسلوب للاختبارات في نطاق منطقة دورة عالية وفائقة أساسا، ستريك تشوه فيها صغيرة. زيادة الترددات العملية لمختلف عناصر جعلت هذه المناقشة أقل أهمية، كذلك، منذ هذا الأسلوب يوفر شروط تحميل مماثلة أكثر من تلك التي في تشغيل عالية السرعة.
التخميد القدرة الداخلية للمواد التي تم اختبارها ويحدد كمية الحرارة المنتجة أثناء الاختبار (التخميد الداخلية هو قدرة المواد على تحويل الطاقة الميكانيكية للحرارة). في حالة عدم كفاية التبريد، ساخنة طول المقياس هو إلى حد كبير، مما يعجل بالشروع في وجود صدع التعب بسبب انخفاض الخواص الميكانيكية للمواد التي تم اختبارها في درجات حرارة مرتفعة. في حالة معظم سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم، تيار هواء البارد كافياً لتهدئة العينة أثناء الاختبار. ويستخدم للمواد بأعلى القدرات التخميد الداخلية مثل الصلب والنيكل وسبائك التيتانيوم، تيار من سائل التبريد. أثناء التبريد بسائل التبريد السائل، له التجويف في الجزء الأوسط من طول قياس التي ينبغي تجنبها، لأن تجاويف التعجيل ببدء الكراك، الذي قد يؤدي إلى إبطال نتائج الاختبار.
نهاية اختبارات التعب في معظم الأجهزة الاختبارات التقليدية مع كسر كاملة في المقطع العرضي. بعد أن يتم تقليل المقطع العرضي للعينة بالصدع المتزايد باستمرار لما يسمى "عبر مقطع حرج"، العينة ثم أصيب بكسر في دورة واحدة ويتسم بطابع كسر ثابتة. عملية الموجات فوق الصوتية اختبار، عندما يصل طول صدع بطول حرجة التي التحولات صلابة النظام من تردد الرنين، توقف الاهتزاز مما تسبب في إنهاء طبيعية للاختبار. وهذا يعني أن من غير الممكن التوصل إلى المقطع العرضي الحرجة والاختبار لا ينتهي بكسر كاملة، التي تتم في وقت لاحق مصطنع. منذ صدع التعب الشروع في سلسة التعب العينات (بدون الشق اصطناعية) يمثل أكثر من 95% عدد دورات للكسر، عند النظر في عدد كبير من الدورات، يعتبر الفرق لا يعتد بها.
اختبار الموجات فوق الصوتية التعب هو أسلوب هام جداً، مما يسمح لمحاكاة لشروط تحميل عالي السرعة، ويقلل من وقت الاختبار. في هذا البروتوكول، ابرزنا أهم النقاط الحرجة والإمكانيات والقيود المفروضة على طريقة للتطبيقات الناجحة في التحقق من المواد البحثية والسلامة في العمليات الصناعية.

الأضرار التعب من المواد الإنشائية بشدة متصلة بالتصنيع، وأساساً مع استخدام محرك بخارى والقاطرات البخارية للنقل بالسكك الحديدية، التي استخدمت فيها الكثير من المكونات المعدنية، أساسا من الحديد، وقد تحمل مختلف أنواع التحميل دوري. أحد الاختبارات أقرب فعل ألبرت (ألمانيا عام 1829)1 في سلاسل ملحومة لروافع الألغام. تواتر تحميل 10 الانحناءات الدقيقة، واختبارات الأعلى 100,000 بلغت مسجل تحميل دورات1. عمل مهم آخر نفذه فيربيرن ويليام في عام 1864. وأجريت اختبارات على عوارض الحديد المطاوع مع استخدام حمولة ساكنة، التي رفعت برافعة وأسقط تسبب الاهتزازات. العارضة كانت محملة بتحميل ضغط متزايد تدريجيا السعة. بعد التوصل إلى عدة مئات من الآلاف دورات على مختلف فشل تحميل ستريك الإجهاد، في نهاية المطاف العارضة بعد فقط حوالي خمسة آلاف تحميل دورات في سعة تحميل خمسي من قوة الشد في نهاية المطاف. كان ذلك أول دراسة شاملة ومنهجية عن تأثير الإجهاد المتكررة على المواد الإنشائية قبل آب/أغسطس Wöhler في 1860-18701. لهذه الاختبارات، أنه تم استخدام التواء والانحناء وطرق التحميل المحوري. Wöhler صمم العديد من التعب فريدة اختبار آلات، ولكن صالحهم سرعات التشغيل منخفضة، على سبيل المثال آلة الانحناء الدورية الأسرع يعمل 72 لفة في الدقيقة (1.2 هرتز)، ومن ثم الانتهاء من البرنامج التجريبي استغرق 12 سنة1. بعد إجراء هذه الاختبارات، فقد اعتبر أن بعد بلوغ سعة تحميل الذي يقاوم المواد 107 دورات، تدهور التعب لا يكاد يذكر والمواد التي يمكن أن تحمل عدد لا حصر له من تحميل دورات. السعة تحميل هذا كان اسمه "حد التعب" وأصبحت المعلمة الرئيسية في التصميم الصناعي للعديد من السنوات2،3.
أن المزيد من تطوير الآلات الصناعية الجديدة، التي تتطلب مستوى أعلى من الكفاءة وتحقيق وفورات في التكاليف، توفر إمكانية تحميل أعلى، أعلى بسرعة العملية والمدد العالي وموثوقية عالية مع متطلبات صيانة منخفضة. على سبيل المثال، العناصر للقطار فائق السرعة شينكانزين، بعد 10 سنوات عملية، يجب أن تحمل حوالي 109 دورات، ويمكن أن يكون فشل المكون الرئيسي عواقب مهلكة4. وعلاوة على ذلك، كثيرا ما تعمل مكونات المحركات النفاثة في 12,000 دورة في الدقيقة، وكثيراً ما تتجاوز مكونات المخبرين توربو 17,000 لفة في الدقيقة. بسرعة هذه العملية عالية زيادة الاحتياجات من التعب اختبار الحياة في منطقة ما يسمى دورة فائقة، وتقييم ما إذا كانت قوة التعب من مادة يمكن حقاً النظر المستمر لدورات أكثر من 10 مليون. بعد التجارب الأولى التي يؤديها تتجاوز هذا التحمل، فمن الواضح أن فشل التعب يمكن أن يحدث حتى في الاتساع الإجهاد المطبق أقل من الحد الأقصى، والتعب بعد عدد من دورات أكثر بكثير من 107، وأن الآلية الأضرار والفشل يمكن أن يكون مختلفاً عن المعتاد منها5.
إنشاء برنامج اختبار تعب الرامية إلى التحقيق في منطقة دورة فائقة تتطلب تطوير أجهزة الاختبار الجديد بشدة زيادة تواتر تحميل. وركزت على هذا الموضوع عقدت ندوة في باريس في حزيران/يونيه 1998، حيث تجريبية عرضت النتائج التي تم الحصول عليها التي ستنزل تشيج6 وأغلقت باتيس7 في 20 كيلوهرتز تحميل الترددات، ريتشي8 باستخدام 1 كيلو هرتز حلقة مضاعفات الهيدروليكية اختبار الجهاز، وقبل ديفيدسون8 مع آلة اختبار 1.5 كيلو هرتز مغناطيسي-ستريكتيفي4. من ذلك الوقت، تم اقتراح العديد من الحلول، لكن لا يزال الأكثر استخداماً تستخدم آلة لهذا النوع من اختبار يستند إلى مفهوم مانسون من عام 1950 ويستخدم ترددات قريبة من 20 كيلوهرتز9. هذه الآلات يحمل توازن جيد بين معدل الإجهاد، ودقة تحديد عدد الدورات، ووقت الاختبار التعب (1010 دورات تتحقق في 6 أيام تقريبا). أجهزة أخرى كانت قادرة على توفير ترددات التحميل حتى أعلى، مثل تلك المستخدمة من قبل جيرالد في 1959-92 كيلو هرتز وكيكوكاوا في عام 1965-199 كيلوهرتز؛ ومع ذلك، نادراً ما تستخدم هذه نظراً لأنها تخلق معدلات عالية للغاية من التشوه، وحيث يستمر الاختبار لبضع دقائق فقط، خطأ ملحوظ في عد دورة المتوقع. عامل مهم آخر الحد من تواتر تحميل أجهزة الرنين لاختبار التعب هو حجم العينة، وفي علاقة مباشرة مع تردد صدى. كلما زاد التردد التحميل المطلوبة، وكلما صغر حجم العينة. وهذا هو السبب الذي يجعل ترددات فوق 40 كيلو هرتز نادراً ما تستخدم10.
منذ السعة التشرد يقتصر عادة ضمن الفاصل الزمني بين 3 و 80 ميكرومتر، الفحص بالموجات فوق الصوتية التعب يمكن بنجاح تطبيقها على المواد المعدنية الأكثر، على الرغم من تقنيات لاختبار المواد البوليمرية مثل البولي ميثيل ميثا اكريلات11 و كما تم تطوير المركبة12 . اختبار الموجات فوق الصوتية التعب عموما، أن من الممكن لتنفيذ في وسائط التحميل المحوري: الشد-ضغط متناظرة دورة13،14، التوتر--دورة التوتر15، ثلاث نقاط الانحناء15، وهناك أيضا عدد قليل دراسات مع تعديلات خاصة للنظام لالتواء اختبار15،16 و17بياكسيال الانحناء. من غير الممكن استخدام عينات عشوائية، لأن لهذا الأسلوب، والهندسة دقة تتصل بتحقيق تردد صدى 20 كيلوهرتز. للتحميل المحوري، عدة أنواع من العينات قد تم استخداماً، عادة مع شكل زجاج ساعة قياس طول قطرها من 3 إلى 5 مم. للانحناء ثلاث نقاط، ويشيع استخدام صفائح رقيقة، لأساليب أخرى يتم تصميم أنواع خاصة من العينات، وفقا لنوع الأسلوب واختبار الشروط. الأسلوب الذي صمم للتقييم لحياة التعب في منطقة دورة عالية وعالية جداً، وهذا يعني أنه في التحميل 20 كيلوهرتز، هو الحصول على دورات 1 مليون في 50 ثانية؛ ولذلك، وهذا يعتبر عادة الحد السفلي لتحميل الدورات التي يمكن أن تحقق بدرجة معقولة من الدقة، وفيما يتعلق بعدد تصميم دورة. كل العينة يجب أن تكون متسقة مع القرن الأفريقي بالموجات فوق الصوتية عن طريق تغيير كتلة العينة توفير تردد صدى الحق للنظام: القرن بالموجات فوق الصوتية مع العينة.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="665">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Ultrasonic fatigue testing device</td>
			<td style="width:71px;">Lasur</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td style="width:259px;">20 kHz, used for fatigue tests</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Nyogel 783</td>
			<td style="width:71px;">Nye Lubricants</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>Used as acoustic gel for connection of the parts of the ultrasonic system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Win 20k software</td>
			<td style="width:71px;">Lasur</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>Software for operation of the Lasur fatigue testing machine</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ultrasonic fatigue testing in the tension-compression mode

اختبار الموجات فوق الصوتية التعب هي واحدة من عدد قليل من الطرق التي تسمح للتحقيق في خصائص التعب في منطقة دورة فائقة. ويستند الأسلوب تعريض العينة إلى اهتزازات طولية على ما تردد صدى ما يقرب من 20 كيلو هرتز. باستخدام هذا الأسلوب، من الممكن أن تنخفض إلى حد كبير الوقت اللازم للاختبار، مقارنة بأجهزة فحص التقليدية التي عادة ما تعمل بترددات تقل عن 200 هرتز. فإنه يستخدم أيضا لمحاكاة تحميل المواد أثناء عملية في ظروف عالية السرعة، مثل تلك التي يعاني منها مكونات المحركات النفاثة أو سيارة المضخات التوربينية. من الضروري أن تعمل فقط في المنطقة دورة عالية وعالية جداً، بسبب إمكانية معدلات التشوه عالية للغاية، والتي يمكن أن يكون لها تأثير كبير على نتائج الاختبار. شكل العينة والأبعاد يجب أن تكون مختارة بعناية وتحسب للوفاء بالشرط صدى للنظام بالموجات فوق الصوتية؛ وهكذا، من غير الممكن لاختبار المكونات كاملة أو عينات من الشكل التعسفي. من الضروري قبل كل اختبار، للمواءمة بين العينة مع تواتر هذا النظام بالموجات فوق الصوتية للتعويض عن انحرافات الشكل الحقيقي من واحدة مثالية. من غير الممكن لتشغيل اختبار حتى كسر إجمالي للعينة، حيث يتم إنهاء الاختبار تلقائياً بعد بدء ونشر الكراك لمدة معينة، عند تغيير صلابة النظام ما يكفي لإزاحة النظام من صدى التردد. ويصف هذه المخطوطة في عملية تقييم التعب مواد خصائص في التعب بالموجات فوق الصوتية عالية التردد تحميل باستخدام الرنين الميكانيكي بتردد ما يقرب من 20 كيلو هرتز. البروتوكول يتضمن وصفاً مفصلاً لجميع الخطوات المطلوبة من أجل اختبار صحيحة، بما في ذلك تصميم العينة وحساب الإجهاد، ومواءمة مع تردد صدى، إجراء اختبار، وكسر الثابتة النهائية.

تشمل التعب نتائج اختبار الإجهاد، وعدد من الدورات، تحميل تحميل ويمكن رؤية حرف الإنهاء اختبار (الكسر أو تشغيل السحب) في الجدول 1، حيث ترد الصلب خفف وتطفئ النتائج من حياة التعب من 50CrMo4. تفسير نتائج اختبار الحياة التعب الأكثر شيوعاً هو ما يسمى S-ن الأرض (S-الإجهاد، N-عدد الدورات)، يعرف أيضا باسم الأرض Wöhler. اعتماد الحياة التعب على الإجهاد تحميل التطبيقية المرسومة في رسم تخطيطي مع محور المقلوب معطى تاريخيا، حيث قيمة مستقلة (تحميل الإجهاد) على المحور y وتعتمد القيمة (عدد الدورات) على المحور س . هي أنواع مختلفة من تحليل الانحدار التطبيقي19 بشأن نتائج الحياة التعب، وفي حالة نوبة يضاف إلى الرسم التخطيطي، فإنه يسمى عادة S-N منحنى. ومع ذلك، لم يكن هناك فرق بالمؤامرة الأصلي، والذي يشمل فقط احتواء بيانات. إذا كان الاختبار لا ينتهي بكسر، وإنهائه بعد بلوغ العدد المطلوب من تحميل دورات دون أضرار، نتيجة هذا يسمى مهلة تشغيل وفي ق-ن مؤامرة تتسم عادة بالسهم. ويبين الشكل 2 S نموذجي-N قطعة من الفولاذ اختبار ثلاثة: 450 هارد و MC 700 سترينكس S355 J2.
وباﻹضافة إلى ذلك، السطوح كسر العينات يتم تحليل، عادة باستخدام المسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM)، حيث حرف التعب الكراك البدء ونشر هو تحديد وتفسير. ويبين الشكل 3 سطح كسر تعب بعد اختبار الموجات فوق الصوتية التعب 50CrMo4 مروي وخفف من الفولاذ. الكراك بدأ على سطح الحر للعينة وثم نشرها من خلال المقطع العرضي حتى تم نقل نظام الموجات فوق الصوتية من تردد الرنين (منطقة مظلمة). ونتيجة لذلك، تم كسر بقية المقطع العرضي عن طريق تحميل ثابت أن إنشاء منطقة أخف على رأس هذا الرقم. ويبين الشكل 4 مجال نشر الكراك التعب في مقذوف فصيل عبد الواحد 7075-سبائك الألومنيوم T6511. يبين الشكل 5 تجويف تم إنشاؤها على السطح بسبب غمر من العينة في التبريد السائل (الماء المقطر مع مثبط لمكافحة التآكل في درجة حرارة الغرفة) لاختبار منذ فترة طويلة (عدة ساعات). التجويف تعجيل بدء الكراك التعب ونتيجة لهذا الاختبار لا يمكن اعتباره صحيحاً.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57007/57007fig1.jpg"> الشكل 1 : الرسم للعينة اختبار الموجات فوق الصوتية التعب ضغط التوتر القياسية. يتم تعريف الأبعاد كما يلي: د -قياس القطر، د-قطر الرأس، r-قياس نصف قطرها، L-طول الرأس، l-قياس الطول. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57007/57007fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57007/57007fig2.jpg"> الشكل 2 : S - ن الأرض من الفولاذ 450 هاردوكس، سترينكس 700 MC و S355 J2- اختبار تشغيل السحب يتسم بالسهم. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57007/57007fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57007/57007fig3.jpg"> الشكل 3 : كسر الحرف السطحية للعينة 50CrMo4 الصلب المحملة في 365 الآلام والكروب الذهنية وكسور بعد 1.97 × 10 8 تحميل دورات. كسر شرع على سطح العينة مجاناً. سطح الكسر يتكون من مجال إكثار الكراك التعب مستقرة (منطقة مظلمة) ومجال نشر الكراك غير مستقرة، كسر ثابت يسمى (منطقة الخفيفة). <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57007/57007fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57007/57007fig4.jpg"> الشكل 4 : مجال نشر الكراك التعب في العينة سبائك الألومنيوم 7075 فصيل عبد الواحد المحملة في 203 الآلام والكروب الذهنية، وكسر بعد 8.3 × 10 6 تحميل دورات. نشر الكراك مع إليه تعب ترانسكريستاليني وطابع الفرقة-نوع سطح الكسر نتيجة لنسيج تشوه قوي بعد قذف المواد في عملية التصنيع. يظهر السهم باتجاه نشر الكراك التعب. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57007/57007fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57007/57007fig5.jpg"> الشكل 5 : تجويف في سطح العينة 50CrMo4 الصلب عندما استخدمت عملية تبريد غير لائق. وكان غمر العينة في السائل (الماء المقطر مع مثبط لمكافحة التآكل في درجة حرارة الغرفة). تجاويف تسريع عملية بدء الكراك التعب نظراً لأنها بمثابة التأكيد على تركيز من الشقوق، وبالتالي نتيجة هذا الاختبار التعب غير صالحة. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57007/57007fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td rowspan="2">رقم العينة</td>
			<td>السعة الإجهاد</td>
			<td rowspan="2">عدد دورات التحميل</td>
			<td rowspan="2">النتيجة</td>
		</tr>
<tr>
<td>(MPa)</td>
		</tr>
<tr>
<td>1</td>
			<td>449</td>
			<td>1.22 × 107
</td>
			<td>كسر</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>505</td>
			<td>4.87 × 106
</td>
			<td>كسر</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>421</td>
			<td>2.08 × 107
</td>
			<td>كسر</td>
		</tr>
<tr>
<td>4</td>
			<td>449</td>
			<td>8.50 × 106
</td>
			<td>كسر</td>
		</tr>
<tr>
<td>5</td>
			<td>421</td>
			<td>1.59 × 107
</td>
			<td>كسر</td>
		</tr>
<tr>
<td>6</td>
			<td>393</td>
			<td>8.90 × 107
</td>
			<td>كسر</td>
		</tr>
<tr>
<td>7</td>
			<td>365</td>
			<td>1.22 × 108
</td>
			<td>كسر</td>
		</tr>
<tr>
<td>8</td>
			<td>337</td>
			<td>2.39 × 108
</td>
			<td>كسر</td>
		</tr>
<tr>
<td>9</td>
			<td>337</td>
			<td>5.55 × 108
</td>
			<td>كسر</td>
		</tr>
<tr>
<td>10</td>
			<td>309</td>
			<td>7.28 × 108
</td>
			<td>كسر</td>
		</tr>
<tr>
<td>11</td>
			<td>365</td>
			<td>1.97 × 108
</td>
			<td>كسر</td>
		</tr>
</tbody></table>الجدول 1: نتائج من الفولاذ 50CrMo4 التعب تحليل الحياة عن طريق اختبار الموجات فوق الصوتية التعب. وتمثل النتائج الحياة التعب الاعتماد على عدد من دورات التحميل على الإجهاد تحميل التطبيقية. يمكن إنهاء الاختبار مع كسر، أو بتشغيل السحب عند حدوث لا كسر التعب بعد العدد المطلوب من تحميل دورات.

Watch this Scientific Journal Video about Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode at JoVE.com

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

بروتوكول للموجات فوق الصوتية التعب التجارب في منطقة دورة عالية وعالية جداً في وضع تحميل ضغط التوتر المحوري.

الموجات فوق الصوتية التعب الاختبار في وضع ضغط التوتر

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

ultrasonic-fatigue-testing-in-the-tension-compression-mode

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Bending

SCIENTISTS IN ACTION

10.6K Views.  University of Žilina. بروتوكول للموجات فوق الصوتية التعب التجارب في منطقة دورة عالية وعالية جداً في وضع تحميل ضغط التوتر المحوري.

Video: Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The optical modes are frequently referred to as "whispering gallery modes" (WGM) or "morphology dependent resonances" (MDR) and exhibit high optical quality factors. Some proposed applications of micro-cavity optical resonators are in spectroscopy1, micro-cavity laser technology2, optical communications3-6 as well as sensor technology. The WGM-based sensor applications include those in biology7, trace gas detection8, and impurity detection in liquids9. Mechanical sensors based on microsphere resonators have also been proposed, including those for force10,11, pressure12, acceleration13 and wall shear stress14. In the present, we demonstrate a WGM-based electric field sensor, which builds on our previous studies15,16. A candidate application of this sensor is in the detection of neuronal action potential.
The electric field sensor is based on polymeric multi-layered dielectric microspheres. The external electric field induces surface and body forces on the spheres (electrostriction effect) leading to elastic deformation. This change in the morphology of the spheres, leads to shifts in the WGM. The electric field-induced WGM shifts are interrogated by exciting the optical modes of the spheres by laser light. Light from a distributed feedback (DFB) laser (nominal wavelength of ~ 1.3 &mu;m) is side-coupled into the microspheres using a tapered section of a single mode optical fiber. The base material of the spheres is polydimethylsiloxane (PDMS). Three microsphere geometries are used: (1) PDMS sphere with a 60:1 volumetric ratio of base-to-curing agent mixture, (2) multi layer sphere with 60:1 PDMS core, in order to increase the dielectric constant of the sphere, a middle layer of 60:1 PDMS that is mixed with varying amounts (2% to 10% by volume) of barium titanate and an outer layer of 60:1 PDMS and (3) solid silica sphere coated with a thin layer of uncured PDMS base. In each type of sensor, laser light from the tapered fiber is coupled into the outermost layer that provides high optical quality factor WGM (Q ~ 106). The microspheres are poled for several hours at electric fields of ~ 1 MV/m to increase their sensitivity to electric field.

A high-sensitivity photonic micro sensor was developed for electric field detection. The sensor exploits the optical modes of a dielectric sphere. Changes in the external electric field perturb the sphere morphology leading to shifts in its optical modes. The electric field strength is measured by monitoring these optical shifts.

تطوير يهمس معرض البوليمرية وضع مايكرو البصرية مجسات المجال الكهربائي

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various areas of technology and applied science, such as aerospace and communication engineering, sensing, metrology, nonlinear photonics, and quantum optics. In this article, we present the principal techniques used in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators. First detailed in this article is the protocol for resonator polishing, which is based on a grind-and-polish technique close to the ones used to polish optical components such as lenses or telescope mirrors. Then, a white light interferometric profilometer measures surface roughness, which is a key parameter to characterize the quality of the polishing. In order to launch light in the resonator, a tapered silica fiber with diameter in the micrometer range is used. To reach such small diameters, we adopt the "flame-brushing" technique, using simultaneously computer-controlled motors to pull the fiber apart, and a blowtorch to heat the fiber area to be tapered. The resonator and the tapered fiber are later approached to one another to visualize the resonance signal of the whispering gallery modes using a wavelength-scanning laser. By increasing the optical power in the resonator, nonlinear phenomena are triggered until the formation of a Kerr optical frequency comb is observed with a spectrum made of equidistant spectral lines. These Kerr comb spectra have exceptional characteristics that are suitable for several applications in science and technology. We consider the application related to ultra-stable microwave frequency synthesis and demonstrate the generation of a Kerr comb with GHz intermodal frequency.

The customized techniques developed in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators are presented. The protocols to obtain and characterize these resonators are detailed, and an explanation of some of their applications in microwave photonics is given.

ميكروويف أنظمة الضوئيات بناء على الرنانون توشوش-معرض واسطة

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various ...

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for synthesizing nanoscopic VB2 is presented as well as step-by-step procedure for applying a zirconium oxide coating to the VB2 particles for stabilization upon discharge. The process for disassembling existing zinc/air cells is shown, in addition construction of the new working electrode to replace the conventional zinc/air cell anode with a the nanoscopic VB2 anode. Finally, discharge of the completed VB2/air battery is reported. We show that using the zinc/air cell as a test bed is useful to provide a consistent configuration to study the performance of the high-energy high capacity nanoscopic VB2 anode.

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

A protocol is presented to study multi-electron metal/air battery systems by using previous technology developed for the zinc/air cell. Electrochemical testing is then performed on fabricated batteries to evaluate performance.

تلفيق من VB<sub&gt; 2</sub&gt; / الخلايا الكهروكيميائية الهواء للاختبار

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for ...

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at a frequency above the acoustic range (20 kHz). As a solid-state technology, ultrasonic lubrication can be used where conventional lubricants are unfeasible or undesirable. Further, ultrasonic lubrication allows for electrical modulation of the effective friction coefficient between two sliding surfaces. This property enables adaptive systems that modify their frictional state and associated dynamic response as the operating conditions change. Surface wear can also be reduced through ultrasonic lubrication. We developed a protocol to investigate the dependence of friction force reduction and wear reduction on the linear sliding velocity between ultrasonically lubricated surfaces. A pin-on-disc tribometer was built which differs from commercial units in that a piezoelectric stack is used to vibrate the pin at 22 kHz normal to the rotating disc surface. Friction and wear metrics including effective friction force, volume loss, and surface roughness are measured without and with ultrasonic vibrations at a constant pressure of 1 to 4 MPa and three different sliding velocities: 20.3, 40.6, and 87 mm/sec. An optical profilometer is utilized to characterize the wear surfaces. The effective friction force is reduced by 62% at 20.3 mm/sec. Consistently with existing theories for ultrasonic lubrication, the percent reduction in friction force diminishes with increasing speed, down to 29% friction force reduction at 87 mm/sec. Wear reduction remains essentially constant (49%) at the three speeds considered.

We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties.

تجارب على الموجات فوق الصوتية التزييت باستخدام Tribometer Piezoelectrically بمساعدة وProfilometer البصرية

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ultrasonic welding process described in this paper is based on three main pillars. Firstly, flat energy directors are used for preferential heat generation at the joining interface during the welding process. A flat energy director is a neat thermoplastic resin film that is placed between the parts to be joined prior to the welding process and heats up preferentially owing to its lower compressive stiffness relative to the composite substrates. Consequently, flat energy directors provide a simple solution that does not require molding of resin protrusions on the surfaces of the composite substrates, as opposed to ultrasonic welding of unreinforced plastics. Secondly, the process data provided by the ultrasonic welder is used to rapidly define the optimum welding parameters for any thermoplastic composite material combination. Thirdly, displacement control is used in the welding process to ensure consistent quality of the welded joints. According to this method, thermoplastic-composite flat coupons are individually welded in a single lap configuration. Mechanical testing of the welded coupons allows determining the apparent lap shear strength of the joints, which is one of the properties most commonly used to quantify the strength of thermoplastic composite welded joints.

A straightforward procedure for ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for basic mechanical testing is described. Key characteristics of this ultrasonic welding process are the use of flat energy directors for simplified process preparation and the use of process data for the fast definition of optimum processing conditions.

بالموجات فوق الصوتية لحام كوبونات الحراري المركب لتوصيف الميكانيكية للحام المفاصل من خلال لفة واحدة القص اختبار

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a new and inexpensive procedure to force mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser. This procedure is based on the detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs. This change is used to command the alignment of the intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions. More specifically, the value of the first Stokes parameter varies when the angle of the polarization controller is swept and, moreover, it undergoes an abrupt variation when the laser enters the mode-locked state. Monitoring this abrupt variation provides a practical easy-to-detect signal that can be used to command the alignment of the polarization controller and drive the laser towards mode locking. This monitoring is achieved by feeding a small portion of the signal to a polarization analyzer measuring the first Stokes parameter. A sudden change in the read out of this parameter from the analyzer will occur when the laser enters the mode-locked state. At this moment, the required angle of the polarization controller is kept fixed. The alignment is completed. This procedure provides an alternate way to existing automating procedures that use equipment such as an optical spectrum analyzer, an RF spectrum analyzer, a photodiode connected to an electronic pulse-counter or a nonlinear detecting scheme based on two-photon absorption or second harmonic generation. It is suitable for lasers mode locked by nonlinear polarization rotation. It is relatively easy to implement, it requires inexpensive means, especially at a wavelength of 1550 nm, and it lowers the production and operation costs incurred in comparison to the above-mentioned techniques.

A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.

أتمتة وضع قفل في اللاخطية الاستقطاب دوران الألياف الليزر من خلال قياسات الاستقطاب الناتج

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators. One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator. This modulator is particularly well suited for holographic video experimentation as it is relatively simple and inexpensive to fabricate1-3. Some additional advantages of leaky mode devices include: large aggregate bandwidth, polarization separation of signal light from noise, large angular deflection and frequency control of color1. In order to realize these advantages, it is necessary to be able to adequately characterize these devices as their operation is strongly dependent on waveguide and transducer parameters4. To characterize the modulators, the authors use a commercial prism coupler as well as a custom characterization apparatus to identify guided modes, calculate waveguide thickness and finally to map the device's frequency input and angular output of leaky mode modulators. This work gives a detailed description of the measurement and characterization of leaky mode modulators suitable for full-color holographic video.

This work describes fabrication and characterization of anisotropic leaky mode modulators for holographic video.

توصيف متباين الخواص راشح الوضع المغيرون في الموجة الكهرومغناطيسية للHolovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators.  One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator.  This ...

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres can be thought as a store of energy with a huge variety of applications: compact laser sources, highly sensitive biochemical sensors and nonlinear phenomena. A protocol for the fabrication of both the microspheres and coupling system is given. The couplers described here are tapered fibers. Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS). A proof of the cavity-enhanced phenomenon is given by the lack of correlation among the pump, signal and idler: a resonant mode has to exist in order to obtain the pair of signal and idler. In the case of hyperparametric oscillations (four wave mixing and stimulated anti-stokes Raman scattering), the modes must fulfill the energy and momentum conservation and, last but not least, have a good spatial overlap.

Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS).

حفز ستوكس وAntistokes رامان التشتت في Microspherical يهمس معرض الوضع الرنين

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering thermal wave fields that are disturbed by the defect. This effect is measured and used to locate the defect. We form the destructively interfering wave fields by using a modified projector. The original light engine of the projector is replaced with a fiber-coupled high-power diode laser. Its beam is shaped and aligned to the projector&#39;s spatial light modulator and optimized for optimal optical throughput and homogeneous projection by first characterizing the beam profile, and, second, correcting it mechanically and numerically. A high-performance infrared (IR) camera is set up according to the tight geometrical situation (including corrections of the geometrical image distortions) and the requirement to detect weak temperature oscillations at the sample surface. Data acquisition can be performed once a synchronization between the individual thermal wave field sources, the scanning stage, and the IR camera is established by using a dedicated experimental setup which needs to be tuned to the specific material being investigated. During data post-processing, the relevant information on the presence of a defect below the surface of the sample is extracted. It is retrieved from the oscillating part of the acquired thermal radiation coming from the so-called depletion line of the sample surface. The exact location of the defect is deduced from the analysis of the spatial-temporal shape of these oscillations in a final step. The method is reference-free and very sensitive to changes within the thermal wave field. So far, the method has been tested with steel samples but is applicable to different materials as well, in particular to temperature sensitive materials.

This method aims at locating vertical subsurface defects. Here, we couple a laser with a spatial light modulator and trigger its video input to heat a sample surface deterministically with two anti-phased modulated lines while acquiring highly resolved thermal images. The defect position is retrieved from evaluating thermal wave interference minima.

توطين العيوب تحت السطح عن طريق التدفئة المنظمة باستخدام الليزر الحرارية الحرارية المتوقعة

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure

High pressure hydrogen gas is known to adversely affect metallic components of compressors, valves, hoses, and actuators. However, relatively little is known about the effects of high pressure hydrogen on the polymer sealing and barrier materials also found within these components. More study is required in order to determine the compatibility of common polymer materials found in the components of the hydrogen fuel delivery infrastructure with high pressure hydrogen. As a result, it is important to consider the changes in physical properties such as friction and wear in situ while the polymer is exposed to high pressure hydrogen. In this protocol, we present a method for testing the friction and wear properties of ethylene propylene diene monomer (EPDM) elastomer samples in a 28 MPa high pressure hydrogen environment using a custom-built in situ pin-on-flat linear reciprocating tribometer. Representative results from this testing are presented which indicate that the coefficient of friction between the EPDM sample coupon and steel counter surface is increased in high pressure hydrogen as compared to the coefficient of friction similarly measured in ambient air.

In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure

A test methodology for quantifying tribological properties of polymers used in hydrogen infrastructure service is demonstrated and characteristic results for a common elastomer are discussed.

في الموقع ارتفاع ضغط الهيدروجين Tribological اختبار المواد البوليمرية الشائعة المستخدمة في البنية التحتية لإيصال الهيدروجين

High pressure hydrogen gas is known to adversely affect metallic components of compressors, valves, hoses, and actuators. However, relatively little is ...