Vad betyder trötthet?
Trötthet är den progressiva och lokaliserade strukturella skadan som uppstår när ett material utsätts för cyklisk belastning. Om de lokala spänningarna är tillräckligt höga leder detta till initiering av en spricka, sprickans tillväxt och slutligen brott. Trötthet kan förvärra strukturella skador i närvaro av korrosiva miljöer.
Många dramatiska och allvarliga fel orsakas av utmattning, och det är viktigt att byggnadsingenjörer tar med trötthet i designöverväganden. Vissa material (som vissa stål och titanlegeringar) uppvisar en teoretisk utmattningsgräns under vilken fortsatt belastning inte leder till utmattningsbrott.
Kunskaper.se Explains Fatigue
Inom materialvetenskap är trötthet försvagning av ett material. Det är en kumulativ effekt som gör att ett material går sönder efter upprepade påfrestningar, varav ingen överstiger den slutliga draghållfastheten. Termen ”utmattning” bygger på konceptet att ett material blir ”trött” och brister vid en spänningsnivå under materialets nominella hållfasthet.
Korrosionsutmattning är resultatet av den kombinerade verkan av en alternerande eller cyklisk spänning och en korrosiv miljö. Utmattningsprocessen tros orsaka brott på den skyddande passiva filmen, varvid 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 avlastning. Om belastningarna ligger över en viss tröskel börjar mikroskopiska sprickor att bildas 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 initieras.
Utmattningsbrott sker i tre steg:
- Sprickinitiering
- Långsam, stabil spricktillväxt
- Snabb fraktur
De flesta tekniska fel orsakas av trötthet. Den typ av utmattning som är mest bekymmersam i kretskort, bensin, diesel, gasturbinmotorer och många industriella tillämpningar är termisk utmattning. Termisk utmattning kan uppstå från termiska spänningar som orsakas av cykliska temperaturförändringar.
