Усталость

Характерный усталостный излом

Усталость материала (материаловедение) — 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 указанное время). Кроме того это понятие близко связано с прочностью, имеет место быть 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.

История

Первооткрывателем явления стал Вильгельм Альберт (en:Wilhelm Albert), но термин «усталость» был введён в 1839 году французским ученым Ж.-В. Понселе, который обнаружил снижение прочности стальных конструкций при воздействии циклических напряжений.

Диаграмма Вёллера: по горизонтальной оси — количество циклов, по вертикальной — давление

Причины отказа механики
Прогиб
Коррозия
Пластическая деформация
Усталость материала
Удар
Трещина
Плавление
Износ

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

Наилучший способ предотвращения усталостного разрушения - изменение конструкции механизма таким образом, чтобы предотвратить циклические нагрузки, либо использование конструкционных материалов, менее склонных к усталости. Хорошие результаты для увеличения выносливости дают методы Химико-термической обработки металлов, например азотирование. Методы газотермичесого напыления, особенно высокоскоростное газопламенное напыление, создающее напряжение сжатия в покрытии могут использоваться для защиты деталей, подвергающихся сильным циклическим нагрузкам.

Примечание

1. ↑ 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