Wersja Demo

Wytrzymałość zmęczeniowa materiałów

Pełny tekst artykułu dostępny jest dla zarejestrowanych użytkowników

Z reguły obciążenia elementów konstrukcyjnych zmieniają (np. okresowo) swoją wartość w czasie. Są to obciążenia zmienne, a naprężenia przez nie wywoływane nazywamy naprężeniami zmiennymi.

Obniżanie się wytrzymałości przy naprężeniach zmiennych nosi nazwę zmęczenia materiałów. W większości przypadków zmiany naprężeń w elementach maszynowych mają przebieg sinusoidalny:

s = s_m + s_asinwt

a)

b)

c)

a) przebieg dowolny (niesymetryczny) obciążenia; b) przebieg jednostronny (odzerowo-tętniący) obciążenia; c) przebieg obustronny (symetryczny, wahadłowy) obciążenia

Pęknięcia zaczynają się w pewnym punkcie A przekroju, zwykle przy powierzchni, i z wolna postępują w głąb materiału. Skoro przekrój zostanie w ten sposób dostatecznie osłabiony, na­stępuje nagłe pęknięcie obciążonego elementu. Pęknięcia wywołane naprężeniami zmęczenio­wymi mają charakterystyczny przełom. Jedna część przełomu ma wygląd muszlowy gładki (1), a druga krystaliczny (2). Obciążenia występujące w elementach kon­strukcyjnych mogą się zmieniać w pewnych granicach).

Schemat powstawa­nia przełomu

Wytrzymałość zmęczeniowa przy cyklach symetrycznych i niesymetrycznych

Podobnie jaki i przy obciążeniach statycznych (granica R_e lub R_m) do obliczeń uwzględniających zmęczenia materiału potrzebna jest pewna własność zwana wytrzymałością zmęczeniową Z.

Wytrzymałością zmęczeniową Z (lub granicą zmęczenia) nazywamy takie maksymalne naprężenie s_max dla danego cyklu naprężeń, przy którym element nie dozna zniszczenia po osiągnięciu umownej granicznej liczby cykli naprężeń (dla stali N = 10*10⁶)

Przeprowadzając badania dla próbek stalowych (dla stali St3) poddanych zginaniu obrotowemu, jak w cyklu obustronnym-symetrycznym, otrzymamy wykres Wöhlera.

Z wykresu tego można odczytać wartość wytrzymałości zmęczeniowej Z_go dla cyklu symetrycznego.

W podobny sposób można otrzymać krzywą Wöhlera dla innych cykli symetrycznych: rozciągania - ściskania (Z_ro lub Z_rc), skręcania (Z_so). Przy cyklach niesymetrycznych, zmieniając na przykład amplitudę s_a przy stałej wartości naprężeń średnich s_m, można otrzymać krzywą Wöhlera (Z=s_max=s_m+s_a) odpowiadającą danej wartości s_m. Dla cykli jednostronnych otrzymamy: rozciąganie (Z_rj), zginanie (Z_gj), skręcanie (Z_sj).

Przy obliczeniach zmęczeniowych elementów maszyn należy znać wytrzymałość zmęczeniową Z dla różnorodnych cykli. W tym celu sporządza się dla danego materiału i dla danego rodzaju obciążeń wykresy zmęczeniowe np. Smitha, Haigha.

Pełny tekst artykułu dostępny jest dla zarejestrowanych użytkowników