Trötthetsgräns - Fatigue limit

Representativa kurvor för applicerad stress mot antal cykler för   stål (visar en uthållighetsgräns) och   aluminium (visar ingen sådan gräns).

Den utmattningsgräns eller gräns uthållighet är den spänningsnivå under vilken ett oändligt antal belastningscykler kan tillämpas på ett material utan att orsaka utmattningsbrott. Vissa metaller såsom järn legeringar och titan legeringar har en tydlig gräns, medan andra, såsom aluminium och koppar inte och kommer så småningom att misslyckas även från små spännings amplituder. Om material inte har en tydlig gräns används termen utmattningshållfasthet eller uthållighetsstyrka och definieras som det maximala värdet av fullständigt omvänd böjspänning som ett material tål under ett angivet antal cykler utan utmattningsfel .

Definitioner

Den ASTM definierar utmattningshållfasthet , som "värdet av spänning vid vilken brott uppträder efter cykler", och utmattningsgräns , såsom "den begränsande värdet av spänning vid vilken fel uppstår som blir mycket stor". ASTM definierar inte uthållighetsgräns , det stressvärde under vilket materialet tål många belastningscykler, men antyder att det liknar utmattningsgränsen. ${\ displaystyle S_ {N_ {f}}}$${\ displaystyle N_ {f}}$${\ displaystyle S_ {f}}$${\ displaystyle N_ {f}}$

Vissa författare använder uthållighetsgräns , för den stress under vilken misslyckande aldrig inträffar, även för ett obestämt stort antal belastningscykler, som i fallet med stål ; och utmattningsgräns eller utmattningsstyrka , för den spänning vid vilken fel inträffar efter ett specificerat antal belastningscykler, såsom 500 miljoner, som i fallet med aluminium. Andra författare skiljer inte mellan uttrycken även om de skiljer mellan de två typerna av material. ${\ displaystyle S_ {e}}$${\ displaystyle S_ {f}}$

Typiska värden

Typiska värden för gränsen ( ) för stål är hälften av den slutliga draghållfastheten, till maximalt 290 MPa (42 ksi). För järn, aluminium och kopparlegeringar är det vanligtvis 0,4 gånger den ultimata draghållfastheten. Maximala typiska värden för strykjärn är 170 MPa (24 ksi), aluminium 130 MPa (19 ksi) och koppar 97 MPa (14 ksi). Observera att dessa värden är för smidiga "un-notched" testprover. Uthållighetsgränsen för hackade prover (och därmed för många praktiska designsituationer) är betydligt lägre. ${\ displaystyle S_ {e}}$${\ displaystyle S_ {e}}$

För polymera material har utmattningsgränsen visat sig återspegla den inneboende hållfastheten hos de kovalenta bindningarna i polymerkedjor som måste brytas för att förlänga en spricka. Så länge som andra termokemiska processer inte bryter polymerkedjan (dvs. åldring eller ozonattack ) kan en polymer arbeta på obestämd tid utan sprickväxt när belastningar hålls under den inre styrkan.

Begreppet trötthetsgräns, och därmed standarder baserade på en trötthetsgräns som ISO 281: 2007 rullningslagerets livstidsprognos, är fortfarande kontroversiellt, åtminstone i USA.

Historia

Begreppet uthållighetsgräns introducerades 1870 av August Wöhler . Ny forskning tyder emellertid på att uthållighetsgränser inte finns för metalliska material, att om tillräckligt med stresscykler utförs, kommer även den minsta stress så småningom att ge trötthetsfel.

Se även

• Trötthet (material)

Referenser