اختبار الإجهاد

يمكن استخدام مجموعة متنوعة من القسائم، ولكن من بين القسائم الشائعة ما يلي:

• عينة الشد المضغوطة (CT). تستخدم العينة المضغوطة أقل كمية من المواد لقياس نمو الشقوق. ^{[ 4 ]} عادةً ما تستخدم عينات الشد المضغوطة دبابيس أصغر قليلاً من ثقوب العينة لتطبيق الأحمال. إلا أن هذه الطريقة تمنع تطبيق الأحمال بدقة عند اقترابها من الصفر، ولذلك لا يُنصح باستخدام هذه العينة عند الحاجة إلى تطبيق أحمال سالبة. ^{[ 4 ]}
• لوحة الشد المتشققة من المنتصف (CCT). تتكون عينة الشد المتشققة من المنتصف أو عينة الشد الوسطى من صفيحة مسطحة أو قضيب يحتوي على فتحتين للتثبيت على المقابض.
• قسيمة شد ذات شق أحادي الحافة (SENT). ^{[ 6 ]} قسيمة الحافة الواحدة هي نسخة مطولة من قسيمة الشد المضغوطة.

تُستخدم الأجهزة التالية بشكل شائع لمراقبة اختبارات القسائم:

• تُستخدم مقاييس الإجهاد لمراقبة الأحمال أو مجالات الإجهاد المطبقة حول طرف الشق. ويمكن وضعها أسفل مسار الشق أو على الوجه الخلفي لعينة شد مضغوطة. ^{[ 7 ]}
• يمكن استخدام مقياس التمدد أو مقياس الإزاحة لقياس إزاحة فتحة طرف الشق عند مدخله. ويمكن استخدام هذه القيمة لتحديد معامل شدة الإجهاد الذي يتغير بتغير طول الشق. كما يمكن استخدام مقاييس الإزاحة لقياس مرونة العينة وموضعها أثناء دورة التحميل عند حدوث التلامس بين وجهي الشق المتقابلين، وذلك لقياس انغلاق الشق .
• عادة ما تتم مراقبة أحمال الاختبار المطبقة على جهاز الاختبار باستخدام خلية قياس الحمل.
• يمكن استخدام مجهر بصري متنقل لقياس موضع طرف الشق.

تتطلب عملية الاعتماد معرفة تاريخ الأحمال الكامل الذي تعرضت له عينة الاختبار وحسابه بدقة. وقد تسبب استخدام عينات اختبار سبق استخدامها في اختبارات التحمل الساكنة في مشاكل عند تطبيق أحمال زائدة ، مما قد يبطئ من معدل نمو شقوق الإجهاد.

يتم تسجيل أحمال الاختبار عادةً باستخدام نظام جمع البيانات الذي يحصل على البيانات من آلاف المدخلات المحتملة من الأجهزة المثبتة على عينة الاختبار، بما في ذلك: مقاييس الإجهاد، ومقاييس الضغط، وخلايا الحمل، ومحولات الإزاحة الخطية التفاضلية، وما إلى ذلك.

تبدأ شقوق الإجهاد عادةً من مناطق الإجهاد العالي، مثل مناطق تركيز الإجهاد أو عيوب المواد والتصنيع. من المهم أن تكون عينة الاختبار ممثلة لجميع هذه الخصائص.

قد تنشأ الشقوق من المصادر التالية:

• يحدث التآكل عادةً نتيجة الأحمال الديناميكية ذات عدد الدورات العالية.
• ثقوب محفورة بشكل خاطئ أو ثقوب ذات حجم غير صحيح للمثبتات ذات التركيب التداخلي . ^{[ 8 ]}
• معالجة المواد والعيوب مثل الشوائب المكسورة . ^{[ 9 ]}
• تركيزات الإجهاد مثل الثقوب والوصلات.
• خدوش، أضرار ناتجة عن الصدمات.

يُطبَّق حملٌ تمثيليٌّ بشكلٍ متكررٍ حتى يتم إثبات سلامة عمر المنشأة أو حدوث أعطالٍ تستدعي الإصلاح. ويُختار حجم التسلسل بحيث تُطبَّق أقصى الأحمال التي قد تُسبِّب تأثيرات التباطؤ بشكلٍ كافٍ، عادةً عشر مراتٍ على الأقل خلال الاختبار، بحيث لا تحدث أيُّ تأثيراتٍ ناتجةٍ عن التسلسل. ^{[ 10 ]}

تُصفّى عملية التحميل عادةً للتخلص من دورات التحميل الصغيرة غير الضارة التي تستغرق وقتًا طويلاً. ويُستخدم نوعان من التصفية بشكل شائع:

1. تعمل خاصية تصفية النطاق الميت على إزالة الدورات الصغيرة التي تقع بالكامل ضمن نطاق معين مثل +/-3g.
2. تعمل خاصية ترشيح الصعود والهبوط على إزالة الدورات الصغيرة التي تقل عن نطاق معين مثل 1g.

عادةً ما يقتصر معدل اختبار الهياكل الكبيرة على بضعة هرتزات، ويجب تجنب تردد الرنين الخاص بالهيكل. ^{[ 11 ]}

تُسمى جميع المكونات التي لا تُعد جزءًا من عينة الاختبار أو أجهزة القياس بمنصة الاختبار . وتشمل المكونات التي توجد عادةً في اختبارات الإجهاد واسعة النطاق ما يلي :

• نظام الويفلتري . لتطبيق الأحمال الصحيحة على مختلف أجزاء الهيكل، يُستخدم نظام يُعرف باسم الويفلتري لتوزيع الأحمال من مشغل التحميل إلى العينة المختبرة. تُوزع الأحمال المطبقة على نقطة مركزية عبر سلسلة من العوارض المتصلة بدبابيس، مما يُنتج أحمالًا معروفة عند نقاط التوصيل الطرفية. عادةً ما تُثبت كل نقطة توصيل طرفية بوسادة مُلصقة بالهيكل، مثل جناح الطائرة. تُستخدم عادةً مئات الوسادات لمحاكاة الأحمال الديناميكية الهوائية وأحمال القصور الذاتي التي تتعرض لها الأجنحة. ولأن نظام الويفلتري يتكون من وصلات شد، فإنه لا يستطيع تطبيق أحمال ضغط، ولذلك، يُستخدم عادةً نظام ويفلتري مستقل على الجانبين العلوي والسفلي لاختبارات إجهاد الأجنحة.
• تُستخدم المشغلات الهيدروليكية أو الكهرومغناطيسية أو الهوائية لتطبيق الأحمال على الهيكل، إما مباشرةً أو باستخدام جهاز توزيع الأحمال. توضع خلية قياس الحمل في خط التشغيل، ويستخدمها جهاز التحكم في الحمل للتحكم في الأحمال المُطبقة على المشغل. عند استخدام العديد من المشغلات على هيكل اختبار مرن، قد يحدث تداخل بينها. يجب على جهاز التحكم في الحمل ضمان عدم تطبيق دورات تحميل غير مرغوب فيها على الهيكل نتيجةً لهذا التداخل.
• قيود رد الفعل. يتم رد فعل العديد من الأحمال، مثل القوى الديناميكية الهوائية والقوى الداخلية، بواسطة قوى داخلية غير موجودة أثناء اختبار الإجهاد. وبالتالي، يتم رد فعل الأحمال خارج الهيكل عند نقاط غير حرجة مثل جهاز الهبوط أو من خلال قيود على جسم الطائرة .
• يمكن استخدام محول تفاضلي خطي متغير لقياس إزاحة المواقع الحرجة في الهيكل. ويمكن استخدام حدود هذه الإزاحات للإشارة إلى حدوث عطل في الهيكل ولإيقاف الاختبار تلقائيًا.
• هيكل غير تمثيلي. قد تكون بعض هياكل الاختبار باهظة الثمن أو غير متوفرة، وعادةً ما يتم استبدالها في هيكل الاختبار بهيكل مكافئ. قد تتعرض الهياكل القريبة من نقاط تثبيت المشغلات لحمل غير واقعي، مما يجعل هذه المناطق غير تمثيلية.

تُستخدم الأجهزة التالية عادةً في اختبار الإجهاد:

• مقاييس الإجهاد
• مقاييس التسارع
• مقاييس الإزاحة
• خلايا الحمل
• مستشعر الشقوق
• أجهزة استشعار لمراقبة سلامة الهيكل

من المهم تركيب أي مقاييس إجهاد على العينة المختبرة، والتي تُستخدم أيضًا لمراقبة طائرات الأسطول. يسمح ذلك بإجراء حسابات التلف نفسها على العينة المختبرة، والتي تُستخدم لتتبع عمر الإجهاد لطائرات الأسطول. هذه هي الطريقة الأساسية لضمان عدم تجاوز طائرات الأسطول العمر الآمن المحدد من اختبار الإجهاد.

تُعدّ عمليات الفحص جزءًا أساسيًا من اختبار الإجهاد. ومن المهم معرفة وقت ظهور أي تشقق قابل للكشف لتحديد العمر الافتراضي المعتمد لكل مكون، بالإضافة إلى تقليل الأضرار التي تلحق بالهيكل المحيط، ووضع خطط إصلاح ذات تأثير ضئيل على اعتماد الهيكل المجاور. يمكن إجراء عمليات فحص غير متلفة أثناء الاختبار، بينما تُستخدم الاختبارات المتلفة في نهايته للتأكد من احتفاظ الهيكل بقدرته على تحمل الأحمال.

يتضمن تفسير نتائج الاختبارات واعتمادها استخدام نتائج اختبار الإجهاد لتبرير العمر الافتراضي الآمن وتشغيل المنتج. ^{[ 12 ]} يهدف الاعتماد إلى ضمان أن يكون احتمال الفشل أثناء الخدمة منخفضًا بشكل مقبول. قد يلزم مراعاة العوامل التالية:

• عدد الاختبارات
• تناظر هيكل الاختبار والحمل المطبق
• تركيب وتصديق الإصلاحات
• عوامل التشتت
• تباين المواد وعملية التصنيع
• بيئة
• الأهمية

تتطلب معايير صلاحية الطيران عادةً أن تظل الطائرة آمنة حتى مع وجود هيكل متدهور بسبب وجود تشققات الإجهاد. ^{[ 13 ]}