Jak zmienia się krzywa SN (lub krzywa Wöhlera) materiału z częstotliwością?

Jak cechy zmęczenia materiału można scharakteryzować za pomocą krzywej Wöhlera, w której każdy punkt danych odpowiada awarii związanej z naprężeniem na osi y i liczbą cykli na osi x. Przykładem jest następująca krzywa Wöhlera:

Jak ta krzywa zmienia się wraz z częstotliwością, z jaką osiągana jest liczba cykli?

Jeśli, z jakiegokolwiek powodu, proces zmęczenia staje się zależny od czasu, to również staje się zależny od częstotliwości. W normalnych warunkach uszkodzenie zmęczeniowe jest niezależne od częstotliwości. Ale w przypadku napotkania korozji lub wysokich temperatur, lub obu, szybkość cykliczna staje się ważna. Im wolniejsza częstotliwość i wyższa temperatura, tym wyższy wskaźnik propagacji pęknięć i krótsza żywotność przy danym poziomie naprężenia (1)

Ten cytat pochodzi z Mechanical Engineering Design , 7th Ed. w odniesieniu do części metalowych. Uwaga - naprężenia zmęczeniowe związane z metalem są uwzględniane w dużych cyklach. Standardowa obrotowa maszyna testująca RR Moore ma wydajność do 10.000 obr / min , a zatem ciepło generowane przez szybki cykl jest zwykle już obecne w danych próbki. Zamiast tego cytat określa zależność czasową zmęczenia oraz brak wykrycia przez krzywą Wöhlera propagacji pęknięć o niskiej częstotliwości.

Zależność czasowa oznacza zewnętrzne czynniki zależne od czasu, które z czasem powoli zwiększają naprężenia. Na przykład:

• Korozja usuwa z czasem grubość ze stałą szybkością. Część zaprojektowana dla poziomów naprężeń granicznych wytrzymałości umieszczonych w środowisku korozyjnym poradzi sobie ze skończoną liczbą cykli, zanim korozja zmniejszy przekrój nośny do poziomu poniżej granicy wytrzymałości.
• W podwyższonej temperaturze wytrzymałość ostateczna ulega zmniejszeniu. Część, która zbliża się do limitu wytrzymałości w temperaturze pokojowej, może cyklicznie wchodzić i wychodzić z wysokich temperatur (na przykład części samochodowe poddawane stresowi przez kilka godzin dziennie). W takim przypadku częstotliwość obciążenia stanie się czynnikiem, ponieważ liczba cykli wykonanych w czasach wysokiej temperatury będzie się liczyć do zmęczenia, a tym samym skróci życie w niskiej temperaturze jednocześnie.

Inny model stosuje się do obciążeń o niskiej częstotliwości i dużym obciążeniu. (Tak poważny, że odkształcenie plastyczne / propagacja pęknięć rozpoczyna się prawie natychmiast). Ta metoda, związek Mansona z trumną , próbuje znaleźć pozostałe cykle pozostałe po rozpoczęciu pęknięcia. Jeśli jest odkształceniem od obciążenia, jest prawdziwym naprężeniem dla pierwszego złamania, jest prawdziwym odkształceniem dla pierwszego złamania, a następnie szacowane odwrócenie (półcyklu) po pierwszym złamaniu można przewidzieć dla wszystkich częstotliwości jako:$\Delta \epsilon$$\sigma^{'}_F$(N$\epsilon^{'}_F$$(N)$

b i c są empirycznie wyznaczonymi współczynnikami. b jest w zakresie od -0,055 do -0,09, podczas gdy c jest w zakresie od -1,0 do -0,66. Więcej danych można uzyskać z (2) i (3).

Podsumowując, podczas gdy wewnętrzne wytwarzanie ciepła może bardzo dobrze być kluczem przy wysokich prędkościach cykli w przypadku tworzyw sztucznych, badania metaliczne są przeprowadzane już przy wysokich częstotliwościach, a krzywa Wöhlera faktycznie przedstawia problemy przy niskich częstotliwościach, co lepiej obejmuje model Mansona-Trumny.

1. Mishke, Charles R. i Richard G. Budynas. „Czynniki modyfikujące limit wytrzymałości, częstotliwość cykliczna”. Projektowanie maszynowe . Joseph E. Shigley. Wydanie 7 Nowy Jork: McGraw-Hill, 2004. 335. Drukuj.

2. JF Tavernelli i LF Coffin, Jr., „Eksperymentalne wsparcie dla ogólnego równania przewidującego zmęczenie w niskim cyklu” i SS Manson, dyskusja, przeł. ASME, J. Basic Eng. vol. 84, nr 4, ss. 533–537.

3. NE Dowling's Mechanical Behaviour of Materials , wyd. 2, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1999, rozdz. 14

Limit wytrzymałości zmniejsza się wraz z częstotliwością.