Znużenie metali


Zastosowanie obliczeń / piątek, Marzec 9th, 2018

W różnorodnych konstrukcjach wszelkich gałęzi techniki mamy bardzo często do czynienia z obciążeniami zmiennymi. Siły wewnętrzne, wywołane niemi, w poszczególnych częściach składowych mogą przy tym doznawać znacznych wahnień swej wartości. Gdy np. przejeżdża pociąg kolejowy przez most, zwiększają się przeważnie siły wewnętrzne, wywołane już przedtem ciężarem własnym mostu, ale nierzadko zmniejszają się niektóre, a nawet zmieniają swój znak. Podczas ruchu maszyny parowej jest trzon tłokowy i korbowy narażony na przemian na rozciąganie i ściskanie. Napięcia lin i łańcuchów u maszyn do podnoszenia ciężarów zmieniają także swoją wielkość podczas pracy maszyn. Znacznym zmianom podlegają również siły wewnętrzne sprężyn różnego rodzaju, osi wozów drogowych i kolejowych, wałów motorów itp.

Już praktyka wykazała, że wahania wielkości sił wewnętrznych wywierają bardzo szkodliwy wpływ na trwałość materiału i że elementy, narażone na działanie wielokrotnie zmiennych obciążeń pękają niekiedy przy naprężeniach znacznie mniejszych od doraźnej wytrzymałości, a nawet mniejszych od granicy proporcjonalności danego materiału. To zjawisko, studiowane dotąd tylko na metalach, otrzymało nazwę znużenia metali. Zwykłe próby rozrywania, nie wystarczają do osądzenia, o ile materiał okaże się wytrzymałym przy napięciach zmiennych. Jeżeli bowiem pręt żelazny, narażony przez dłuższy czas na działanie często zmieniających się obciążeń, spróbujemy rozerwać w zwykły sposób, to nie dostrzeżemy żadnego uszczerbku pierwotnej wytrzymałości. Procentowe wydłużenie i poprzeczne skurczenie nie doznają również zmiany. Inny wszakże wynik otrzymujemy, doprowadzając pręt do rozerwania przez wielokrotne powtarzanie zmian obciążenia. Pęknięcie posiada wówczas taki sam wygląd, jak dla materiału zupełnie kruchego.

Zanim przeprowadzono doświadczalne badania nad znużeniem metali, uwzględniali inżynierowie szkodliwy wpływ zmiennych napięć, mnożąc obciążenie czynnikiem większym od jednostki. Pierwsze doświadczenia w tym kierunku wykonał W. Fairbairn, ale dopiero obszerne badania Wohler’a rzuciły więcej światła na kwestię znużenia metali.