Vad betyder uthållighetsgräns (Se)?
Uthållighetsgränsen (Se) för ett material definieras som den spänning under vilken ett material kan uthärda ett oändligt antal upprepade belastningar cykler utan att uppvisa fel. Med andra ord, när ett material utsätts för en påfrestning som är lägre än dess uthållighetsgräns bör det teoretiskt kunna motstå en obestämd mängd belastningscykler.
T.ex. bultar som används för att hålla nere maskiner är ofta känsliga för utmattning. När maskineriet vibrerar upplever bultarna upprepade belastningscykler fram och tillbaka. Så småningom kan denna belastning leda till utmattning i bulten, där materialet så småningom försvagas och bulten spricker. Denna åtgärd är mycket lik att böja ett gem fram och tillbaka tills det går sönder.
Men om bulten utsätts för en cyklisk belastning som är under dess uthållighetsgräns, kan det förväntas att uthärda en oändlig mängd vibrationer utan att utveckla sprickor eller uppleva utmattningsbrott.
Alla material har inte en hållbarhetsgräns. Till exempel har styva, elastiska, lågdämpande material, som vissa termoplaster eller härdplaster, en mycket låg eller obefintlig uthållighetsgräns.
Tålståndsgräns ska inte förväxlas med trötthet styrka. Den förra är en spänningsgräns för oändliga belastningscykler, medan den senare beskriver den maximala belastningen för ett specifikt antal belastningscykler.
Tålståndsgräns kan också kallas utmattningsgräns.
Kunskaper.se Explains Endurance Limit (Se)
För att bättre förstå uthållighetsgränsen är det först värt att förstå trötthet i metaller.
Materialutmattning
Trötthet uppstår när en metall utsätts för upprepad belastning. Denna belastning är vanligtvis väsentligt under materialets sträckgräns. Den cykliska verkan tjänar dock till att försvaga materialet, vilket gör att det så småningom misslyckas.
Trötthet uppstår eftersom de flesta kända material innehåller defekter, i en eller annan form, på mikroskopisk nivå. Defekterna fungerar som stresshöjare, vilket gör att stresskoncentrationer utvecklas i lokala regioner. Dessa förstärkta spänningar orsakar att mikroskopiska sprickor bildas och fortplantar sig, vilket så småningom leder till brott.
Men om spänningarna som appliceras på materialet är tillräckligt låga kommer materialet inte att uppleva utmattning under upprepad cyklisk laddning.
Figur 1. Graf över stress kontra antal stresscykler, som illustrerar begreppet uthållighetsgräns. Vid utmattnings-/uthållighetsgränsen kan materialet genomgå oändliga spänningscykler.
Hur uthållighetsgräns mäts
Tålståndsgränsen för stål och andra material kan mätas med flera olika testmetoder. Alla tester tillämpar dock samma grundläggande princip.
Först laddas testprovet på testanordningen som applicerar en upprepad och förutbestämd växelspänning på provet tills det går sönder. Den applicerade belastningen minskas gradvis tills provet genomgår ett stort antal belastningscykler (vanligtvis runt 107
- till 108) utan att visa tecken på trötthetsfel.
- Axiell (Direkt-Stress) Test – Detta test involverar applicering av en alternerande axiell belastning (spänning och kompression) vinkelrätt mot materialets tvärsnitt.
- Torsionsutmattningstest – Detta utmattningstest tillämpar en omväxlande medurs och moturs vridningspåkänning på provet. I likhet med de andra testerna reduceras rotationsbelastningen gradvis tills provet klarar av ett stort antal alternerande belastningscykler utan fel.
De testmetoder som används för att bestämma uthållighetsgränser beror på vilken typ av trötthet som undersöks. Några av de vanligaste testmetoderna inkluderar:
Böjtrötthetstest – Böjtrötthetstestning, som namnet antyder, innebär att man applicerar en böjspänning på provet och mäter dess utmattning/uthållighet begränsa. De två vanligaste typerna av maskiner för testning av böjutmattning är fribärande balkmaskiner och roterande balkmaskiner.
