עייפות החומר

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
דוגמה לשבר התעיפות
דוגמה לעקומת התעיפות של אלומיניום
עומס מתחלף
דיאגרמת גודמן המתוקנת
דיאגרמת גודמן המתוקנת

עייפות החומר היא תופעה של שבר המופיע בחומר מוצק כתוצאה מפעולת מאמץ מחזורי לאורך זמן. השבר מתרחש במאמצים נמוכים בהרבה ממאמץ הכניעה הרגיל של החומר. התופעה מוכרת גם בשם התעייפות. מאמץ הכניעה מוגדר בעקומת מאמץ - מעוות במבחן המתיחה ובו נגרם לחלק מעוות גדול תחת עומס.

עייפות החומר הוא מושג המתייחס להתנהגות של חומרים תחת עומס משתנה ולהרס של חומרים העמוסים בעומס משתנה. מהנדסי המאה ה-19 כבר היו מודעים לתופעה אבל לא ידעו להסביר אותה והם חשבו שתכונות החומר משתנות בהשפעת העומס והחומר הופך לפריך. סיבת ההרס הידועה כתופעה של עייפות החומר היא היווצרות סדקים זעירים מיקרוסקופיים החודרים לעומק החומר ומקטינים את שטח החתך הפעיל הנושא בעומס.

תהליך ההתעייפות הוא תלת-שלבי:

  • אתחול (Initiation): בשלב זה, כתוצאה מהמאמץ המחזורי מתחיל להווצר סדק קטן. שלב זה הינו קצר, ובדרך כלל אינו נמשך מעבר לחמישה גרעינים סביב נקודת ההתחלה. לעתים, בהתאם לחומר ולסביבה, שלב זה אינו ניתן להבחנה.
  • התקדמות (Propagation): בשלב זה חלה התקדמות מחזורית בגידול הסדק, עד אשר החומר הנשאר חלש מידי כדי לשאת בעומס.
  • שבר (Fracture): החלק הנותר נשבר בפתאומיות כתוצאה מהעומס המופעל.

גבול ההתעיפות או חוזק ההתעיפות של החומר הוא המאמץ המרבי שהחומר עומד בו במספר גדול מאוד של מחזורי עומס, אין סוף מחזורים באופן תאורטי ומליוני מחזורים באופן מעשי כאשר המספרים תלויים בסוג החומר. גבול ההתעיפות של החומר נקבע בנסיון להתעיפות המבוצע במכונה מיוחדת המעמיסה דגם קטן בעל מידות וצורה מוגדרים. הדגם נבדק תחת מאמץ כפיפה מחזורי. גורמים המשפיעים על גבול ההתעיפות הם סוג החומר ומצבו, סוג העומס, צורת מחזור העומס, מצב פני השטח והימצאות חריצים, קדחים ופינות חדות הגורמים לריכוז מאמצים. טבלאות או גרפים מגדירים את מקדמי ריכוז המאמצים המתאימים לפי הצורה והגודל.

תיאור גרפי של מאמץ ההתעיפות[עריכת קוד מקור | עריכה]

נסמן:

  • \  \sigma_{max} - מאמץ מרבי
  • \  \sigma_{min} - מאמץ מיזערי
  • \  \sigma_{a} - משרעת המאמץ
  • \  \sigma_{m} - מאמץ ממוצע

כאשר:

\  \sigma_{m}=\frac{\ \sigma_{max}+\ \sigma_{min}}{2}


\  \sigma_{a}=\frac{\ \sigma_{max}-\ \sigma_{min}}{2}

דיאגרמת גודמן המתוקנת מציגה בצורה גרפית את תחום המאמצים בו לא יגרם הרס כתוצאה מהתעיפות החומר.

נסמן:

  • \  S_{y} - מאמץ הכניעה של החומר
  • \  S_{u} - מאמץ ההרס של החומר
  • \  S_{e} - מאמץ ההתעיפות של החומר

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • W. Schutz (1996). A history of fatigue. Engineering Fracture Mechanics 54: 263-300. DOI
  • W.J.M. Rankine. (1842). On the causes of the unexpected breakage of the journals of railway axles, and on the means of preventing such accidents by observing the law of continuity in their construction. Institution of Civil Engineers, Minutes of Proceedings, 105-108. ספרו של המדען והמהנדס רנקין מייסד התחום.
  • F. Braithwaite. (1854). "On the fatigue and consequent fracture of metals". Institution of Civil Engineers, Minutes of Proceedings, 463–474.
  • Andrew, W. (1995) Fatigue and Tribological Properties of Plastics and Elastomers
  • Dieter, G. E. (1988) Mechanical Metallurgy
  • Little, R. E. & Jebe, E. H. (1975) Statistical design of fatigue experiments
  • Joseph E. Shigley & Larry D. Mitchell, Mechanical Engineering Design, McGraw-Hill 1983. Chepter 7 pages 270 -353