Усталость материала
| Причины отказа механики | |
|---|---|
| Прогиб | |
| Коррозия | |
| Пластическая деформация | |
| Усталость материала | |
| Удар | |
| Трещина | |
| Плавление | |
| Износ | |
Усталость материала — в материаловедении — процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных (часто циклических) напряжений, приводящий к изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению материала за указанное время[1].
Обратное свойство материала называется выносливостью (свойство материала воспринимать переменные (циклические) нагрузки без разрушения в указанное время). Кроме того, это понятие близко связано с прочностью, существует понятие усталостной прочности.
Выносливость измерима, существуют методики её измерения.
Выносливость, так же, как и прочность, для многих материалов сильно зависит от температуры, это явление получило название хладноломкость.
Содержание
История[править | править вики-текст]
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 научную основу проектирования металлических конструкций, подвергающихся повторным 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[править | править вики-текст]
Основным методом предотвращения усталостного разрушения является модификация конструкции механизма с целью исключения циклических нагрузок, либо замена материалов на менее склонные к усталости. Значительное увеличение выносливости даёт химико-термическая обработка металлов, например, азотирование.
Газотермическое напыление, особенно высокоскоростное газопламенное напыление, создаёт напряжение сжатия в покрытии материала и способствует защите деталей от разрушения.
Известные катастрофы, связанные с усталостью материала[править | править вики-текст]
- 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 — авиапроисшествие на Гавайских островах.
- 1989 — катастрофа DC-10 в Су-Сити.
- 1992 — авиакатастрофа в Амстердаме.
- 1998 — крушение ICE у Эшеде
- 2009 — авария на Саяно-Шушенской ГЭС.
Смотрите также[править | править вики-текст]
- Усталостная прочность
- Алгоритм Любачевского-Стилинжера, который в ряде случаев позволяет моделировать микроструктуру усталостных дефектов
Примечание[править | править вики-текст]
- ↑ 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 сводится к тысячам километров пробега
