Усталость материала

Характерный усталостный излом
Причины отказа механики

Уста́лость материа́ла — в материаловедении — процесс постепенного накопления повреждений в детали под действием переменных (часто циклических) напряжений, приводящий к изменению свойств материала, образованию трещин, их развитию и разрушению материала детали за указанное время[1].

Параметр, обратный к усталости материала называется выносливостью (свойство материала воспринимать переменные (циклические) нагрузки без разрушения в указанное время либо за указанное число циклов нагружения).

Кроме того, это понятие близко связано с прочностью, существует также понятие усталостной прочности.

Выносливость можно численно измерить, существуют методики её измерения.

Выносливость, так же, как и прочность, для многих материалов сильно зависит от температуры, это явление получило название хладноломкость.


История[ | ]

Диаграмма Вёллера: по горизонтальной оси отложено количество циклов нагружения, по вертикальной напряжение разрушения.

Первооткрывателем явления стал Вильгельм Альберт[en], но термин «усталость» был введён в 1839 году французским учёным Ж.-В. Понселе, который обнаружил снижение прочности стальных конструкций при воздействии циклических напряжений.

Наибольший вклад в научное обоснование проектирования металлических конструкций, подвергающихся циклическим напряжениям, внёс немецкий инженер Август Вёллер[en] классическими опытами с железом и сталью в условиях повторного растяжения-сжатия, результаты которых были опубликованы в 1858—1870 годах.

Луис Шпангенберг[de] в 1874 году впервые графически изобразил результаты исследований, опубликованных А. Вёллером в виде таблиц.

С тех пор графическое представление полученной зависимости между амплитудами напряжения цикла и числом циклов до разрушения называют диаграммой (кривой) Вёллера.

Предотвращение усталостного разрушения[ | ]

Основным методом предотвращения усталостного разрушения является модификация конструкции механизма с целью исключения циклических нагрузок, либо замена материалов на менее склонные к усталостному разрушению. Значительное увеличение выносливости даёт химико-термическая обработка металлов, например, поверхностное азотирование.

Газотермическое напыление, особенно высокоскоростное газопламенное напыление, создаёт напряжение сжатия в покрытии материала и способствует снижению склонности деталей к усталостному разрушению.

Некоторые известные катастрофы, связанные с усталостным разрушением[ | ]

См. также[ | ]

Примечание[ | ]

  1. Часто при определении срока службы используется не понятие времени, а понятие количества циклов (изгибов, изломов, сжатий-растяжений и пр.), а в некоторых отраслях, таких, как автомобилестроение, количество циклов нагружения учитывается длиной пробега в тысячах километров.

Источники[ | ]