Усталость материала
| Причины отказа механики |
|---|
| • Прогиб |
| • Коррозия |
| • Пластическая деформация |
| • Усталость материала |
| • Удар |
| • Трещина |
| • Плавление |
| • Износ |
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[править | править код]
Первооткрывателем явления стал Вильгельм Альберт (en:Wilhelm Albert), 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 циклических напряжениям, внёс немецкий инженер Август Вёллер (en:August Wöhler) классическими опытами с железом и сталью в условиях повторного растяжения-сжатия, результаты которых были опубликованы в 1858—1870 годах.
Л. Шпангенберг (de:Louis Spangenberg) 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[править | править код]
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[править | править код]
 | Список примеров в этом разделе не основывается на авторитетных источниках, посвящённых непосредственно предмету статьи или её раздела. |
- Версальская железнодорожная катастрофа — произошла 8 мая 1842 года. Изначальной причиной послужил излом оси паровоза. Погибло около 55 человек, в том числе и известный исследователь Жюль-Сезар Дюмон-Дюрвиль со своей семьёй. Одна из крупнейших железнодорожных катастроф XIX века. Последующее расследование показало всю важность исследований усталости материалов от постоянных циклических нагрузок.
- 1919 — затопление Бостона патокой
- 1954 — Крушения самолётов De Havilland Comet.
- 1972 — катастрофа Ан-10 под Харьковом.
- 1977 — обрушение пешеходного моста на станции Пушкино.
- 1988 — Происшествие с Boeing 737 над Кахулуи.
- 1989 — катастрофа DC-10 в Су-Сити.
- 1992 — авиакатастрофа в Амстердаме.
- 1998 — крушение ICE у Эшеде
- 2009 — авария на Саяно-Шушенской ГЭС.
- 2018 — Авария на авиалайнере Рейс 1380 Southwest Airlines
См. также[править | править код]
- Усталостная прочность
- Предел выносливости
- Алгоритм Любачевского — Стилинжера, который в ряде случаев позволяет моделировать микроструктуру усталостных дефектов
Примечание[править | править код]
- ↑ 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[править | править код]
- Выносливость (сопротивлении материалов) — статья из Большой советской энциклопедии.
- Усталость материалов — статья из Большой советской энциклопедии.
