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
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
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
- 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.
Смотрите также
- Усталостная прочность
- Алгоритм Любачевского-Стилинжера, который в ряде случаев позволяет моделировать микроструктуру усталостных дефектов
Примечание
- ↑ 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
Источники
- Выносливость (сопротивлении материалов) — статья из Большой советской энциклопедии.
- Усталость материалов — статья из Большой советской энциклопедии.
Напишите отзыв о статье "Усталость материала"
Отрывок, характеризующий Усталость материала
– Ай, нашему барину чуть шляпку не сбила, – показывая зубы, смеялся на Пьера краснорожий шутник. – Эх, нескладная, – укоризненно прибавил он на ядро, попавшее в колесо и ногу человека.– Ну вы, лисицы! – смеялся другой на изгибающихся ополченцев, входивших на батарею за раненым.
– Аль не вкусна каша? Ах, вороны, заколянились! – кричали на ополченцев, замявшихся перед солдатом с оторванной ногой.
– Тое кое, малый, – передразнивали мужиков. – Страсть не любят.
Пьер замечал, как после каждого попавшего ядра, после каждой потери все более и более разгоралось общее оживление.
Как из придвигающейся грозовой тучи, чаще и чаще, светлее и светлее вспыхивали на лицах всех этих людей (как бы в отпор совершающегося) молнии скрытого, разгорающегося огня.
Пьер не смотрел вперед на поле сражения и не интересовался знать о том, что там делалось: он весь был поглощен в созерцание этого, все более и более разгорающегося огня, который точно так же (он чувствовал) разгорался и в его душе.
В десять часов пехотные солдаты, бывшие впереди батареи в кустах и по речке Каменке, отступили. С батареи видно было, как они пробегали назад мимо нее, неся на ружьях раненых. Какой то генерал со свитой вошел на курган и, поговорив с полковником, сердито посмотрев на Пьера, сошел опять вниз, приказав прикрытию пехоты, стоявшему позади батареи, лечь, чтобы менее подвергаться выстрелам. Вслед за этим в рядах пехоты, правее батареи, послышался барабан, командные крики, и с батареи видно было, как ряды пехоты двинулись вперед.
Пьер смотрел через вал. Одно лицо особенно бросилось ему в глаза. Это был офицер, который с бледным молодым лицом шел задом, неся опущенную шпагу, и беспокойно оглядывался.
Ряды пехотных солдат скрылись в дыму, послышался их протяжный крик и частая стрельба ружей. Через несколько минут толпы раненых и носилок прошли оттуда. На батарею еще чаще стали попадать снаряды. Несколько человек лежали неубранные. Около пушек хлопотливее и оживленнее двигались солдаты. Никто уже не обращал внимания на Пьера. Раза два на него сердито крикнули за то, что он был на дороге. Старший офицер, с нахмуренным лицом, большими, быстрыми шагами переходил от одного орудия к другому. Молоденький офицерик, еще больше разрумянившись, еще старательнее командовал солдатами. Солдаты подавали заряды, поворачивались, заряжали и делали свое дело с напряженным щегольством. Они на ходу подпрыгивали, как на пружинах.
Грозовая туча надвинулась, и ярко во всех лицах горел тот огонь, за разгоранием которого следил Пьер. Он стоял подле старшего офицера. Молоденький офицерик подбежал, с рукой к киверу, к старшему.
– Имею честь доложить, господин полковник, зарядов имеется только восемь, прикажете ли продолжать огонь? – спросил он.
– Картечь! – не отвечая, крикнул старший офицер, смотревший через вал.
Вдруг что то случилось; офицерик ахнул и, свернувшись, сел на землю, как на лету подстреленная птица. Все сделалось странно, неясно и пасмурно в глазах Пьера.
Одно за другим свистели ядра и бились в бруствер, в солдат, в пушки. Пьер, прежде не слыхавший этих звуков, теперь только слышал одни эти звуки. Сбоку батареи, справа, с криком «ура» бежали солдаты не вперед, а назад, как показалось Пьеру.
Ядро ударило в самый край вала, перед которым стоял Пьер, ссыпало землю, и в глазах его мелькнул черный мячик, и в то же мгновенье шлепнуло во что то. Ополченцы, вошедшие было на батарею, побежали назад.
– Все картечью! – кричал офицер.
Унтер офицер подбежал к старшему офицеру и испуганным шепотом (как за обедом докладывает дворецкий хозяину, что нет больше требуемого вина) сказал, что зарядов больше не было.
– Разбойники, что делают! – закричал офицер, оборачиваясь к Пьеру. Лицо старшего офицера было красно и потно, нахмуренные глаза блестели. – Беги к резервам, приводи ящики! – крикнул он, сердито обходя взглядом Пьера и обращаясь к своему солдату.
