Усталость материала
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][источник не указан 69 дней].
Параметр, обратный к усталости материала называется выносливостью (свойство материала воспринимать переменные (циклические) нагрузки без разрушения в указанное время либо за указанное число циклов нагружения)[источник не указан 69 дней].
Кроме того, это понятие близко связано с прочностью, существует также понятие усталостной прочности[источник не указан 69 дней].
Выносливость можно численно измерить, существуют методики её измерения[источник не указан 69 дней].
Выносливость, так же, как и прочность, для многих материалов сильно зависит от температуры, это явление получило название хладноломкость[источник не указан 69 дней].
История[править | править код]
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[источник не указан 69 дней].
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[источник не указан 69 дней].
Луис Шпангенберг[de] в 1874 году впервые графически изобразил результаты исследований, опубликованных А. Вёллером в виде таблиц[источник не указан 69 дней].
С тех пор[когда?] представление полученной зависимости между амплитудами напряжения цикла и числом циклов до разрушения называют диаграммой (кривой) Вёллера[источник не указан 69 дней].
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[источник не указан 69 дней].
Газотермическое напыление, особенно высокоскоростное газопламенное напыление, создаёт напряжение сжатия в покрытии материала и способствует снижению склонности деталей к усталостному разрушению[источник не указан 69 дней].
Некоторые известные катастрофы, связанные с усталостным разрушением[править | править код]
- 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[2].
- 1919 — Затопление Бостона патокой[3].
- 1954 — Крушения самолётов De Havilland Comet[4].
- 1972 — Катастрофа Ан-10 под Харьковом[5].
- 1977 — Обрушение пешеходного моста на станции Пушкино[6].
- 1988 — Происшествие с Boeing 737 над Кахулуи[7].
- 1989 — Катастрофа DC-10 в Су-Сити[7].
- 1992 — авиакатастрофа в Амстердаме[8].
- 1998 — Крушение ICE у Эшеде[9].
- 2009 — Авария на Саяно-Шушенской ГЭС[10].
- 2018 — Авария авиалайнера Рейс 1380 Southwest Airlines[11].
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.
- ↑ Discussion in 1879 book of the Versailles accident
- ↑ Sohn, Emily Why the Great Molasses Flood Was So Deadly (англ.). The History Channel. A&E Television Networks (January 15, 2019). Дата обращения: 16 января 2019.
- ↑ ObjectWiki: Fuselage of de Havilland Comet Airliner G-ALYP. Science Museum (24 September 2009). Дата обращения: 9 октября 2009. Архивировано 7 января 2009 года.
- ↑ Катастрофа Ан-10А Украинского УГА в районе Харькова. airdisaster.ru. Дата обращения: 4 ноября 2012.
- ↑ Марк Коган: «Первая трещина»
- ↑ 1 2 Aircraft Accident Report, Aloha Airlines Flight 243, Boeing 737-100, N73711, Near Maui, Hawaii, April 28, 1998. National Transportation Safety Board (June 14, 1989). Дата обращения: 5 февраля 2016.
- ↑ Описание происшествия на Aviation Safety Network
- ↑ Roman Grafe: Die Hochgeschwindigkeitskatastrophe. In: Süddeutsche Zeitung, 2. Juni 2008.
- ↑ Кудрявый В. В. Системные причины аварий // Гидротехническое строительство. — 2013. — № 2.
- ↑ Mandatory Inspection On All Boeing 737 Engines Following Southwest Incident - Airways Magazine (англ.), Airways Magazine (18 April 2018). Дата обращения 18 апреля 2018.
Источники[править | править код]
- Выносливость (сопротивлении материалов) — статья из Большой советской энциклопедии.
- Усталость материалов — статья из Большой советской энциклопедии.