14. Únava (charakteristiky cyklického zaťažovania, štádiá únavového procesu, únavové skúšky)

ÚNAVA – je porušenie materiálu spôsobené časovo premenlivým namáhaním.

Pri takto namáhaných materiáloch postupne dochádza k nevratným vnútorným zmenám vo forme plastických (tvarových) deformácií, ktoré po určitom počte zaťažovacích cyklov spôsobujú porušenie materiálov pri napätiach nižších, než je ich medza.

diagram

  • Ru – medza úmernosti
  • Rp – medza pružnosti
  • Re – medza klzu
  • Rm – medza pevnosti

Únava je jav, ktorý sa často vyskytuje u kovov a ich zliatin. Únava spôsobuje znižovanie životnosti súčastí a konštrukcií.

Štúdium únavových vlastností kovových materiálov má veľký význam, lebo prevažná väčšina lomov, vznikajúcich v prevádzke strojov (až 90%) je zapríčinených únavou materiálu.

Pri únave dochádza k postupnému hromadeniu (kumulácii) poškodenia pri opakovanom kmitovom (cyklickom) mechanickom namáhaní materiálov. Ak napätie striedavo mení svoju hodnotu od minimálnej po maximálnu, mení sa striedavo veľkosť pružnej (elastickej) deformácie. Z energetického hľadiska je tento proces aktívny, to znamená, že pri každom zaťažovacom cykle kov pohlcuje, resp. uvoľňuje mechanickú energiu.

Kmitové (cyklické) zaťaženie

Je také zaťaženie, ktoré mení svoju hodnotu periodicky od minima po maximum.

Táto periodická zmena môže byť:

  • pravidelná
  • nepravidelná

Cyklické (kmitové) zaťaženie

  • T – doba kmitu – najmenší časový úsek, počas ktorého sa opakuje rovnaký priebeh napätia.
  • f – frekvencia zaťažovania – počet zmien zaťaženia za jednotku času. f= 1 / T
  • Zaťažovací cyklus – priebeh napätia za jednu dobu kmitu. Každý zaťažovací cyklus je určený týmito charakteristikami napätia:
  • σh – horné napätie (najväčšia hodnota cyklického napätia)
  • σn – dolné napätie (najmenšia hodnota cyklického napätia)
  • σm – stredné napätie (stredná hodnota z horného a dolného cyklického napätia) … σm = (σhn)/2
  • σa – amplitúda napätia (najväčšia hodnota premenlivej zložky kmitového napätia) … σa = (σhn)/2
  • Δσ – rozkmit napätia … Δσ = σhn
  • R – súčiniteľ asymetrie cyklu … R = σnh

Podľa veľkosti a znamienka stredného napätia σm a súčiniteľa asymetrie R delíme cyklické zaťaženie na:

  • a) striedavé symetrické
  • b) striedavé nesymetrické
  • c) miznúce
  • d) pulzujúce

Delenie cyklického zaťaženia

  1. pulzujúce v tlaku
  2. miznúce v tlaku
  3. striedavé nesymetrické
  4. striedavé symetrické
  5. striedavé nesymetrické
  6. miznúce v ťahu
  7. pulzujúce v ťahu

Delenie cyklického zaťaženia

ŠTÁDIÁ ÚNAVOVÉHO PROCESU

Podľanevratných zmien v štruktúre materiálu, ktoré spôsobuje plastická (trvalá) deformácia, je možné únavový proces rozdeliť na 3 po sebe nasledujúce a časovo sa prekrývajúce štádiá:

1) štádium zmien mechanických vlastností – pri cyklickom zaťažovaní materiálov v dôsledku zmien v mikroštruktúre materiálu dochádza ku zmene mechanických vlastností, ktoré sa prejavia ako cyklické zmäkčenie (u materiálov s Rm/Re <1,2) alebo cyklické spevnenie (u materiálov s Rm/Re >1,4). Z hľadiska odolnosti proti únavovým porušeniam sú nevhodné tie materiály, u ktorých dochádza k cyklickému zmäkčovaniu (lebo porušenie u nich vzniká pri menšom počte cyklov N ako u cyklicky sa spevňujúcich materiálov)

2) štádium nukleácie únavových trhlín – únavové trhliny vznikajú vždy na povrchu cyklicky zaťažovaných telies v miestach, kde dochádza ku koncentrácii napätia (napr. vruby, nedokonale opracovaný povrch, v miestach, kde sa mení priemer hriadeľov)

3) štádium šírenia únavových trhlín – únavové trhliny postupne znižujú nosný prierez súčastí, napätie v priereze stúpa až po Rm a nastáva dolomenie súčastí. Rýchlosť šírenia trhliny závisí od mnohých faktorov, napr. od σa, R, dĺžky trhliny…

ÚNAVOVÉ SKÚŠKY KOVOV

Predpisujú ich normy:

  • STN 42 0363 – Metodika skúšania
  • STN 42 0368 – Štatistické vyhodnocovanie výsledkov skúšok únavy kovov

Únavové skúšky sa vykonávajú na 10 až 15 tyčiach z rovnakého materiálu, rovnakých rozmerov a kvality opracovania povrchu

Skúšobné tyče sa postupne zaťažujú stále menším napätím, pričom sa zisťuje počet cyklov N, pri ktorých sa porušili, až po tyče, u ktorých k prerušeniu nedôjde

Z výsledkov skúšok sa zostrojí WÖHLEROVA KRIVKA materiálu zvyčajne v súradniciach σa – log N, z ktorej sa vypočíta medza únavy σc.

Medza únavy

σc – medza únavy – je také napätie, pri ktorom materiál teoreticky vydrží nekonečný počet cyklov. Keďže materiál pri skúškach nie je možné zaťažovať do nekonečna, za odolný proti únave ho považujeme vtedy, ak znesie tzv. základný počet cyklov. (pre ocele, liatiny, meď a ich zliatiny… Nc = 107cyklov



Počet komentárov: 1 k téme “14. Únava (charakteristiky cyklického zaťažovania, štádiá únavového procesu, únavové skúšky)”

  1. Kvalita produkcie » Spoľahlivosť technických systémov – témy | projektovanie - realizácia - prevádzka výrobných systémov, projektová činnosť, analýza - štruktúra - rozvoj výroby:

    […] Únava (charakteristiky cyklického zaťažovania, štádiá únavového procesu, únavové skúšky… […]

Nechaj komentár

  • [ Vyhľadaj ]

      




  • [ Zaujímavé linky ]

    • 1. Strojárska technológia náuka o procesoch, ktorými sa za pomoci mechanickej alebo tepelnej energie menia konštrukčné materiály na strojnícke výrobky – zlievarenstvo, obrábanie, tvárnenie, tepelné spracovanie povrchov, povrchové úpravy povlakovaním, montáž…
    • 2. Projektovanie výrobných systémov rojektovanie – realizácia – prevádzka výrobných systémov, projektová činnosť, analýza – štruktúra – rozvoj výroby
    • Slovenský ústav technickej normalizácie Slovenský ústav technickej normalizácie

  • Error. Page cannot be displayed. Please contact your service provider for more details. (19)




    Share your story & Inspire Others. $9.99 .org from GoDaddy.com!