Koncepcja krzywej granicznej zm?czenia (HL) zosta?a po raz pierwszy zaproponowana przy rozwi?zywaniu krzywej granicznej zm?czenia tylnej osi.

10 stycznia 1954 kometa BOAC rozpad?a si? 7800 metrów nad Elb? we W?oszech.

8 kwietnia kolejna ?kometa” BOAC uderzy?a w zatok? Neapolitańsk? we W?oszech, zabijaj?c na pok?adzie 21 osób. Jak dot?d wszystkie komety zosta?y uziemione.

Cz?sty upadek komet wstrz?sn?? ?wiatem. ?

W tym czasie premier Wielkiej Brytanii Winston Churchill poleci? nam za wszelk? cen? ustali? przyczyn? wypadku.

W tym celu marynarka brytyjska wys?a?a flot?, aby uratowa? wrak samolotu w pobli?u wyspy Elba z dna morza o g??boko?ci setek metrów i wys?a?a go do Królewskiego Instytutu Badań Lotniczych w celu zbadania.

Dochodzenie wykaza?o, ?e w p?ucach ofiar katastrofy lotniczej pojawi?y si? p?kni?cia spowodowane rozpr??aniem si? gazu, co wskazuje, ?e nag?y spadek ci?nienia powietrza w kabinie przed katastrof? doprowadzi? do gwa?townego rozpr??enia si? gazu w p?ucach, co doprowadzi?o do p?kni?cia p?uc. Badania na wraku samolotu wykaza?y, ?e w niektórych iluminatorach pojawi?y si? p?kni?cia, co jest zgodne z wynikami autopsji.

W tym samym czasie firma de havilan przeprowadzi?a ?cis?? inspekcj? na produkowanym i uziemionym samolocie. Test trwa? ponad 9000 godzin, a na poszyciu samolotu pojawi?y si? p?kni?cia, podobnie jak p?kni?cia na wraku rozbitego samolotu.

Wed?ug badań i analiz techników, przyczyn? wypadku by?o ?zm?czenie” materia?ów metalowych, z których wykonano konstrukcj? nadwozia samolotu.

Pod dzia?aniem zmiennego ci?nienia, po pewnym czasie, w obszarze lokalnego du?ego napr??enia powstaj? mikrop?kni?cia, a nast?pnie mikrop?kni?cia stopniowo rozszerzaj? si? do p?kni?cia.

Awaria zm?czeniowa ma cechy nag?ego w czasie, lokalnego w miejscu i wra?liwo?ci na ?rodowisko i defekty, wi?c nie jest ?atwo znale?? na czas.

Pod wp?ywem wielokrotnego zwi?kszania ci?nienia i dekompresji pow?oka kwadratowego iluminatora komety odkszta?ca si? i p?ka, co ostatecznie prowadzi do zm?czenia metalu. Jako pierwszy rodzaj samolotu odrzutowego na ?wiecie ?kometa” leci szybciej ni? inne odrzutowce i naturalnie wytrzymuje wi?kszy nacisk, co u?atwia zm?czenie metalu.

W ten sposób dzi?ki badaniu wypadku komety narodzi? si? nowy temat – ?mechanika zm?czenia”.

Dzisiaj poznamy i zrozumiemy: krzyw? zm?czenia i podstawowe w?a?ciwo?ci mechaniczne zm?czenia.

Krzywa zm?czenia i krzywa zm?czenia w cyklu symetrycznym

（1） Krzywa zm?czenia i granica zm?czenia

Krzywa zm?czenia: jest to krzywa zale?no?ci pomi?dzy napr??eniem zm?czeniowym a trwa?o?ci? zm?czeniow?, czyli krzywa SN, która jest podstaw? do wyznaczenia granicy zm?czenia i ustalenia kryterium napr??enia zm?czeniowego.

W przypadku materia?ów metalowych ze starzeniem si? napr??eń, takich jak stal w?glowa i ?eliwo sferoidalne, gdy poziom napr??eń cyklicznych spada do pewnej warto?ci krytycznej, sekcja o niskim napr??eniu staje si? sekcj? poziom?, co wskazuje, ?e próbka mo?e podlega? nieskończonym cyklom napr??eń bez p?kni?? zm?czeniowych. Dlatego odpowiednie napr??enie nazywa si? granic? zm?czenia, która jest oznaczona jako σ – 1 (cykl symetryczny, r = – 1).

Je?li ten rodzaj materia?u nie p?ka po 107 cyklach napr??eń, mo?na uzna?, ?e nie p?knie, nawet je?li zostanie poddany nieskończonym cyklom napr??eń, wi?c 107 cykli jest cz?sto u?ywany jako podstawa do okre?lenia granicy zm?czenia.

Inny rodzaj materia?ów metalowych, jak stop aluminium i stal nierdzewna, nie ma cz??ci poziomej na krzywej SN, ale zwi?ksza si? wraz ze spadkiem napr??eń. W tej chwili napr??enie bez p?kania w pewnym cyklu mo?na zdefiniowa? jedynie jako warunkow? granic? zm?czenia lub granic? zm?czenia o skończonej trwa?o?ci, zgodnie z wymaganiami eksploatacyjnymi materia?ów.

（2） Wyznaczanie krzywej zm?czenia

Ogólnie krzyw? zm?czenia mierzy si? za pomoc? testu zm?czeniowego zginania obrotowego. Zasad? czteropunktowej maszyny testowej do gi?cia pokazano na poni?szym rysunku.

Cz??? krzywej SN o wysokim napr??eniu (skończona ?ywotno??) zosta?a zmierzona metod? testu grupowego, to znaczy przyj?to wy?szy poziom napr??enia 3-4, a dane z oko?o 5 próbek zosta?y zmierzone pod ka?dym poziomem napr??enia, a nast?pnie dane zosta? przetworzony w celu obliczenia mediany (wspó?czynnik prze?ycia 50%) trwa?o?ci zm?czeniowej.

?redni? krzyw? SN ze wspó?czynnikiem prze?ycia 50% mo?na uzyska?, stosuj?c σ – 1 mierzon? metod? rosn?co i malej?co jako najni?szy poziom napr??enia krzywej SN i dopasowuj?c j? do wyników zmierzonych metod? badania grupowego w linia prosta lub krzywa.

（3） Granica zm?czenia w ró?nych stanach napr??eń

Granica zm?czeniowa tego samego materia?u jest ró?na w ró?nych stanach napr??eń, ale istnieje mi?dzy nimi pewna zale?no??.

Wyniki pokazuj?, ?e istnieje pewna zale?no?? pomi?dzy granic? zm?czenia przy symetrycznym zginaniu a symetrycznym rozci?ganiem, ?ciskaniem i granic? zm?czenia przy skr?caniu.

（4） Zale?no?? mi?dzy granic? zm?czenia a wytrzyma?o?ci? statyczn?

Test pokazuje, ?e im wi?ksza wytrzyma?o?? materia?u metalowego na rozci?ganie, tym wi?ksza granica zm?czenia.

W przypadku stali o ?redniej i niskiej wytrzyma?o?ci istnieje liniowa zale?no?? mi?dzy granic? zm?czenia a wytrzyma?o?ci? na rozci?ganie.

Gdy σ B jest niskie, mo?na je w przybli?eniu zapisa? jako σ – 1 = σ B.

Gdy σ B jest wy?sze, zale?no?? prawie liniowa b?dzie odbiega?, co wynika ze zmniejszenia plastyczno?ci i odporno?ci na p?kanie oraz ?atwego powstawania i propagacji p?kni??.

Schemat zm?czenia i asymetryczny granica zm?czenia cyklicznego

Wiele cz??ci pracuje pod asymetrycznym cyklicznym obci??eniem, dlatego konieczne jest zmierzenie granicy asymetrycznego cyklicznego zm?czenia materia?ów, aby spe?ni? potrzeby projektowania i doboru materia?ów takich cz??ci.

Granice zm?czenia ró?nych cykli asymetrycznych s? zwykle uzyskiwane z wykresu zm?czenia metod? rysunku technicznego.

Zgodnie z ró?nymi metodami rysowania istniej? dwa rodzaje wykresów zm?czeniowych

（1） σ a – σ m wykres zm?czeniowy

W warunkach ró?nych wspó?czynników napr??eń R granic? zm?czenia σ r wyra?on? przez σ Max rozk?ada si? na σ A i σ m, a wykres zm?czenia σ a – σ m uzyskuje si? wykonuj?c krzyw? ABC w uk?adzie wspó?rz?dnych.

（2） σ max (σ min) – wykres zm?czenia σ m

Granica zm?czenia przy ró?nym stosunku napr??eń R jest wyra?ona odpowiednio przez σ max (σ min) i σ m w uk?adzie wspó?rz?dnych, tworz?c wykres zm?czenia.

AHB to granica zm?czenia σ Max przy ró?nych R.  

Granica zm?czenia wzrasta wraz ze wzrostem ?redniego napr??enia lub wspó?czynnika napr??enia, ale amplituda napr??enia a maleje.

Odporno?? na przeci??enie zm?czeniowe

Pierwotna granica zm?czenia materia?u mo?e nie ulec zmianie lub zmniejszeniu, gdy cz??ci metalowe s? czasami poddawane krótkotrwa?emu przeci??eniu, które zale?y od napr??enia przeci??eniowego materia?u i odpowiednich skumulowanych cykli przeci??enia.  

Je?li metal pracuje przez okre?lon? liczb? cykli na poziomie napr??enia wy?szym ni? granica zm?czenia, jego granica zm?czenia i trwa?o?? zm?czeniowa zmniejsz? si?, co spowoduje uszkodzenia spowodowane przeci??eniem.

Zdolno?? materia?u metalowego do przeciwstawiania si? uszkodzeniom przeci??eniowym zm?czenia wyra?ona jest przez granic? uszkodzeń przeci??eniowych lub obszar uszkodzeń przeci??eniowych.

Granica uszkodzeń spowodowanych przeci??eniem jest okre?lana eksperymentalnie: mierzone s? ró?ne poziomy napr??eń przeci??eniowych i odpowiadaj?ce im cykle napr??eń, które zaczynaj? zmniejsza? trwa?o?? zm?czeniow? i uzyskuje si? ró?ne punkty testowe. Granic? uszkodzenia przeci??eniowego uzyskuje si? ??cz?c ka?dy punkt. Te dwa pytania nie s? korzystne

Obszar linii cienia mi?dzy granic? uszkodzenia przeci??eniowego a prostym odcinkiem obszaru wysokich napr??eń krzywej zm?czeniowej (cykl napr??eń p?kni?cia zm?czeniowego pod ka?dym poziomem napr??enia tego odcinka nazywany jest warto?ci? wytrzyma?o?ci przeci??eniowej) nazywany jest obszarem uszkodzenia przeci??eniowego .

Gdy cz??ci s? przeci??one w tym obszarze, granica zm?czenia materia?u zostanie zmniejszona w ró?nym stopniu, a im bardziej granica zm?czenia zostanie zmniejszona w pobli?u warto?ci wytrzyma?o?ci.

Im bardziej stroma jest granica uszkodzenia przeci??eniowego (lub warto?? wytrzyma?o?ci przeci??eniowej) i im w??szy obszar uszkodzenia, tym wi?ksza jest zdolno?? przeciwstawiania si? przeci??eniom zm?czeniowym.

Czu?o?? na karb zm?czeniowy

Ze wzgl?du na potrzeb? u?ytkowania cz??ci cz?sto maj? stopnie, naro?niki, rowki wpustowe, otwory olejowe, gwinty i tak dalej. Struktury te s? podobne do efektu karbu, który zmienia stan napr??eń i powoduje koncentracj? napr??eń.

Dlatego wa?ne jest, aby zrozumie? wp?yw koncentracji stresu spowodowanego naci?ciem na granic? zm?czenia.

Istniej? dwa skrajne przypadki oceny materia?ów pod k?tem wra?liwo?ci na karb zm?czeniowy

(a) KF = KT, to znaczy rozk?ad napr??eń próbki z karbem jest dok?adnie taki sam jak w stanie spr??ystym i nie ma redystrybucji napr??eń. W tym czasie karb najpowa?niej zmniejsza granic? zm?czenia, a czu?o?? karbu zm?czeniowego QF = 1, a wra?liwo?? karbu materia?u jest najwi?ksza.

(b) KF = 1, σ – 1 = σ – 1n, karb nie zmniejsza granicy zm?czenia, co wskazuje, ?e napr??enie ma du?? redystrybucj? w procesie zm?czenia, efekt koncentracji napr??eń jest ca?kowicie wyeliminowany, QF = 0, czu?o?? na karb materia?u jest najmniejsza.

Dlatego warto?? QF mo?e odzwierciedla? zdolno?? materia?u do redystrybucji napr??eń i zmniejszania koncentracji napr??eń podczas zm?czenia.

Zm?czenie wysokocyklowe: wi?kszo?? metali jest bardzo wra?liwa na naci?cia; uszy s? z?amane

W zm?czeniu niskocyklowym wi?kszo?? metali nie jest wra?liwa na karb, poniewa? obszar nasady karbowania tego ostatniego znajduje si? w strefie plastycznej, co powoduje relaksacj? napr??eń i redukcj? koncentracji napr??eń.