התעייפות – הבדלי גרסאות

עיון אינטראקטיבי בהיסטוריה

→ העריכה הקודמת העריכה הבאה ←

תוכן שנמחק תוכן שנוסף

חזותיקוד ויקי

בשורה

גרסה מ־11:17, 14 במרץ 2007

עייפות החומר היא תופעה של הרס החומר כתוצאה מפעולת מאמץ מחזורי לאורך זמן. החומר נכשל ונהרס 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 המתיחס 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 הווצרות 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. לעיתים, בהתאם לחומר ולסביבה, שלב זה אינו ניתן להבחנה.
התקדמות (Propagation): בשלב זה חלה התקדמות מחזורית בגידול הסדק, עד אשר החומר הנשאר חלש מידי בכדי לשאת בעומס.
שבר (Fracture): החלק הנותר נשבר בפתאומיות כתוצאה מהעומס המופעל.

גבול ההתעיפות או חוזק ההתעיפות של החומר הוא המאמץ המירבי שהחומר עומד בו במספר גדול מאד 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.

תאור גרפי של מאמץ ההתעיפות

נסמן:

$\ \sigma _{max}$ - מאמץ מירבי
$\ \sigma _{min}$ - מאמץ מינימלי
$\ \sigma _{a}$ - אמפליטודת 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

לקריאה נוספת

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.
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

@@ שורה 1: / שורה 1: @@
 [[תמונה:BrittleAluminium320MPA S-N Curve.jpg|left|thumb|250px|דוגמה לעקומת '''התעיפות''' של אלומיניום]]
 [[תמונה:Lineezoom.jpg|שמאל|ממוזער|250px|דוגמה לשבר '''התעיפות''']]
+[[תמונה:Fatigue1.jpg|שמאל|ממוזער|250px|עומס מתחלף]]
+[[תמונה:Fatigue2.JPG|שמאל|ממוזער|250px|דיאגרמת גודמן המתוקנת]]
+[[תמונה:Fatigue3.jpg|שמאל|ממוזער|250px|דיאגרמת גודמן המתוקנת]]
 '''עייפות החומר''' היא תופעה של הרס ה[[חומר]] כתוצאה מפעולת [[מאמץ (הנדסה)|מאמץ]] מחזורי לאורך זמן. ה[[חומר]] נכשל ונהרס במאמצים נמוכים בהרבה ממאמץ הכניעה הרגיל של החומר. התופעה מוכרת גם בשם התעייפות. מאמץ הכניעה מוגדר בעקומת מאמץ - מעוות במבחן [[מאמץ מתיחה|המתיחה]] ובו נגרם לחלק מעוות גדול תחת עומס.
@@ שורה 11: / שורה 14: @@
 גבול ההתעיפות או [[חוזק חומרים|חוזק]] ההתעיפות של החומר הוא המאמץ המירבי שהחומר עומד בו במספר גדול מאד 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 ל[[ריכוז מאמצים]]. [[טבלה|טבלאות]] או [[גרף פונקציה|גרפים]] מגדירים את מקדמי ריכוז המאמצים המתאימים לפי הצורה והגודל.
+=== תאור גרפי של מאמץ ההתעיפות ===
+נסמן:
+*<math>\  \sigma_{max}</math> - מאמץ מירבי
+*<math>\  \sigma_{min}</math> - מאמץ מינימלי
+*<math>\  \sigma_{a}</math> - אמפליטודת המאמץ
+*<math>\  \sigma_{m}</math> - מאמץ ממוצע
+כאשר:
+:<math>\  \sigma_{m}=\frac{\  \sigma_{max}+\  \sigma_{min}}{2}</math>
+:<math>\  \sigma_{a}=\frac{\  \sigma_{max}-\  \sigma_{min}}{2}</math>
+'''דיאגרמת גודמן המתוקנת''' מציגה בצורה גרפית את תחום המאמצים בו לא יגרם הרס כתוצאה מהתעיפות החומר.
+נסמן:
+*<math>\  S_{y}</math> - מאמץ הכניעה של החומר
+*<math>\  S_{u}</math> - מאמץ ההרס של החומר
+*<math>\  S_{e}</math> - מאמץ ההתעיפות של החומר
 == קישורים חיצוניים ==