Vad betyder utmattningsbelastning?
Utmattningsbelastning är de förändringar som observeras i ett material under påverkan av spänningar som genereras under cyklisk belastning. Detta representeras i allmänhet genom att plotta en spänningscykelkurva (SN-kurva), där S representerar spänning och N representerar antalet cykler till brott.
Det finns progressiva och lokaliserade strukturella skador när utmattningsbelastning uppstår, och om de lokala spänningarna är tillräckligt höga leder det till initiering av en spricka, sprickans tillväxt och slutligen brott.
Trötthet kan förvärra strukturella skador i närvaro av korrosiva miljöer.
- Sprickinitiering
- Långsam, stabil spricktillväxt
- Snabb fraktur
Kunskaper.se Explains Fatigue Loading
Inom materialvetenskap är utmattning försvagning av ett material, och utmattningsbelastning innebär att man kontinuerligt laddar ett material med viss kraft tills det uppstår en spricka. Det är en kumulativ effekt som gör att ett material går sönder efter upprepade påfrestningar, varav ingen överstiger den slutliga draghållfastheten. Begreppet utmattning bygger på konceptet att ett material blir ”trött” och brister vid en spänningsnivå under materialets nominella hållfasthet.
I en korrosiv miljö, om ett material upplever utmattningsbelastning, leder det till korrosionsutmattning på grund av den kombinerade verkan av cykliska (eller alternerande) påfrestningar och en korrosiv miljö. Utmattningsprocessen tros spränga den skyddande passiva filmen, varefter korrosion påskyndas. Om metallen samtidigt utsätts för en korrosiv miljö kan brottet ske vid ännu lägre belastningar och efter kortare tid.
Trötthet uppstår när ett material utsätts för upprepad belastning. och lossning. Om lasterna ligger över ett visst tröskelvärde bildas mikroskopiska sprickor vid spänningskoncentratorerna såsom ytan, persistent slip band (PSB) och korngränssnitt. Så småningom, när en spricka når en kritisk storlek, fortplantar sig sprickan plötsligt och strukturen spricker. Strukturens form påverkar utmattningslivslängden avsevärt — fyrkantiga hål eller skarpa hörn leder till förhöjda lokala spänningar där utmattningssprickor kan börja.
Utmattningsbelastning orsakar utmattningsbrott, vilket inträffar i tre stadier:
De flesta tekniska fel orsakas av trötthet. Det största problemet i kretskort, motorer och många industriella tillämpningar är termisk utmattning. Termisk utmattning kan uppstå från termiska spänningar som orsakas av cykliska temperaturförändringar.
