Zmęczenie materiału – co oznacza?

Print Friendly, PDF & Email

Stal ma szerokie zastosowanie, co wynika z jej właściwości. Jest to surowiec wyróżniający się wysoką wytrzymałością, odpornością na uszkodzenia mechaniczne i działanie niekorzystnych czynników atmosferycznych. Bardzo ważną kwestią jest wytrzymałość zmęczeniowa stali. W zależności od rodzaju stopu żelaza będzie ona miała inną wartość dotyczącą wytrzymałości na zginanie, rozciąganie i skręcanie. Zmęczenie materiału dotyczy obniżenia jego własności wytrzymałościowych na skutek działania obciążeń zmiennych. Zniszczenia materiału nie następują oczywiście od razu, ma to miejsce dopiero po określonej liczbie cykli obciążenia.

Kiedy można mówić o zmęczeniu materiału? Czego dotyczy ten proces?

zmęczenie materiałuPomimo tego, że stal jest materiałem niezwykle wytrzymałym, twardym, to niestety w wyniku oddziaływania na nią różnych obciążeń w końcu dochodzi do jej zniszczenia. Stal służy między innymi jako materiał konstrukcyjny. Problem pojawia się w momencie wystąpienia długotrwałych obciążeń cyklicznych, co jest niestety nieuniknione. Łatwo domyślić się tego, że ciągłe naprężenia przyczyniają się do zmiany własności wytrzymałościowych materiału. To z kolei przekłada się na skrócenie jego żywotności, czyli eksploatacji elementów wykonanych ze stali. Warto od razu zaznaczyć, że siła naprężeń nie musi być duża. Można porównać to do niepozornej kropli wody, która jest w stanie wydrążyć dziurę w twardej skale, jeśli spada miarowo na jej powierzchnię przez dłuższy czas. Ze stalą nie jest inaczej, naprężenia o zmiennej oscylacyjnej mogą zniszczyć materiał, nawet jeśli ich wartości są znacznie niższe od parametrów wytrzymałościowych konkretnego stopu żelaza. O zmęczeniu materiału można wobec tego mówić, gdy dochodzi do powstania w nim uszkodzeń i ich powiększania się w wyniku oddziaływania na nie cyklicznych obciążeń.

Zmęczenie materiału, co warto wiedzieć?

To właśnie zmęczenie materiału stanowi największy problem w przypadku konstrukcji stalowych, bo przyśpiesza ich niszczenie. W zależności od rodzaju surowca jest on w stanie przenosić konkretną liczbę cykli obciążenia. Na zmęczenie materiału ma wpływ charakter obciążeń, sekwencja obciążeń i czas trwania obciążeń. Podczas projektowania konstrukcji stalowych zawsze ma się na uwadze wytrzymałość zmęczeniową stosowanych materiałów. Określa się ją przy wykorzystaniu rozmaitych metod. Najczęściej stosuje się procedurę Wöhlera. Można określić trwałość zmęczeniową zgodnie z prawem kumulacji uszkodzeń. Pomocnym wyznacznikiem jest także zakres amplitudy naprężeń. Oczywiście metody te nie są wystarczające, konieczne staje się także zastosowanie szeregu innych procedur. Można mówić również o wytrzymałości zmęczeniowej nieograniczonej, w przypadku której nie dochodzi do pojawienia się złomu zmęczeniowego. Wartości granicy zmęczenia będą inne, w zależności od tego, czy dotyczą rozciągania, ściskania, zginania. Obecnie badania zmęczeniowe wykonuje się przy wykorzystaniu nowoczesnych maszyn wytrzymałościowych, które są wyposażone w napęd hydrauliczny.