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 = sm + sasinwt
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 Re lub Rm) do obliczeń uwzględniających zmęczenia materiału potrzebna jest pewna własność zwana wytrzymałością zmęczeniową Z.
Wytrzymałością zmęczeniową Z (lub granicą zmęczenia) nazywamy takie maksymalne naprężenie smax 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 Zgo dla cyklu symetrycznego.
W podobny sposób można otrzymać krzywą Wöhlera dla innych cykli symetrycznych: rozciągania - ściskania (Zro lub Zrc), skręcania (Zso). Przy cyklach niesymetrycznych, zmieniając na przykład amplitudę sa przy stałej wartości naprężeń średnich sm, można otrzymać krzywą Wöhlera (Z=smax=sm+sa) odpowiadającą danej wartości sm. Dla cykli jednostronnych otrzymamy: rozciąganie (Zrj), zginanie (Zgj), skręcanie (Zsj).
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