مقاله بررسی پدیده خستگی مواد و فلزات
| دسته بندی | فنی و حرفه ای |
| فرمت فایل | docx |
| حجم فایل | 355 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 5 |
بررسی پدیده خستگی
مقدمه :
تعریف خستگی : به شکست مواد ، در نتیجه بارگذاری متناوب ، خستگی گفته می‌شود. آشنایی با پدیده خستگی و بررسی آن از اهمیت خاصی برخوردار است چرا که قطعات زیادی در ماشین‌آلات و سازه‌های مختلف استفاده می‌شود که تحت بارگذاری متغیر قرار دارند. با اینکه این بارهای متناوب از حد تحمل قطعات کمترند و در ظاهر نباید آسیبی به قطعه وارد شود اما با گذشت قطعه زمان بسیاری از آنها مستحلک شده و می‌شکنند. (به عنوان مثال می‌توان به مته‌های ابزار ، محور چرخ اتومبیل و پل‌ها اشاره کرد که در تمام این موارد ، قطعات تحت بارگذاری متغیر قرار می‌گیرند).
در واقع ما برای استفاده از مواد مختلف در طراحی یک ماشین یا سازه که تحت بار تناوبی قرار می‌گیرد فقط نمی‌توانیم به حد مجاز تنش‌ها در آن ماده اکتفا کنیم و باید عمر خستگی مواد را نیز در نظر بگیریم.
با توجه به مطالب فوق می‌توانید ضرورت بررسی پدیده خستگی را دریابید.
تئوری آزمایش :
هنگامی یک جسم دچار خستگی می‌شود که تحت بارگذاری متغیر قرار گرفته باشد. نکته قابل توجه در این پدیده این است که جسم در شرایطی خسته شده است که ممکن است تنش ماکزیمم وارد بر آن ، از حد تسلیم یا حد تناسب جنس نمونه کمتر باشد.
در پدیده خستگی ، شکست از تنش کششی روی یک ترک (بزرگ یا کوچک) شروع می‌شود. توجه داشته باشید که در لبه‌های ترک ، تمرکز تنش وجود دارد. (به عبارتی ترک‌‌ها به عنوان عامل افزایش تنش محلی ، عمل می‌کنند) و نتیجه این امر بزرگ شدن ترک است و جسم تا زمانی در برابر بار اعمالی مقاومت می‌کند (خسته نمی‌شود) که سطح مقطع باقیمانده از جسم (سطح مقطع کل منهای سطح ترک) توان تحمل بار اعمالی را داشته باشد.
خستگی در همه موارد می‌تواند رخ دهد اما رویداد این پدیده در آنها متفاوت است ، به عنوان مثال فولاد دارای حدی است به نام " حدتحمل" که اگر بار اعمالی بر ماده کمتر از این حد باشد ، خستگی در آن اتفاق نمی‌افتد ، در صورتی که برای آلیاژهای آلومینیوم چنین حدی وجود ندارد (به عبارتی آلیاژهای آلومینیوم تحت هر بارگذاری ـ هر چند کم ـ در نهایت دچار خستگی خواهند شد).
نتیجه این تفاوت در مواد ، دو روش طراحی متفاوت است ، در روش اول برای موادی مثل فولاد می‌توان رنج تنش وارده به قطعه را کمتر از حد تحمل نگه داشت تا خسته نشود ، در روش دیگر طراحی ، ـ بیشتر برای موادی مثل آلومینیوم ـ می‌توان قطعه را برای تحمل رنج خاصی از تغییرات تنش طراحی نمود ، البته در این حالت ، قطعه باید در مرحله‌ای تعویض شود. (اینکه یک قطعه را در چه زمانی باید تعویض نمود از مراحل مهم این روش طراحی می‌باشد). روش اخیر یک روش طراحی کاملا رایج ، برای پرنده‌ها (هواپیماها و …) می‌باشد چرا که استفاده از آلومینیوم در آنها در طیف وسیعی انجام می‌گردد.
در همین‌جا شایسته است به تفاوتی که در طراحی وسایل نقلیه زمینی (نظیر خودروها) و هوایی (مثل هواپیماها) وجود دارد اشاره کنیم : همانطورکه می‌دانید وسایل هوایی باید از امنیت بیشتری نسبت به وسایل زمینی برخوردار باشند ، که نتیجه این امر طراحی متفاوت آنهاست.
قطعات خودرو ، پس از شکسته شدن (خرا ب شدن) تعویض می‌گردند (نظیر شکستن رینگ‌های پیستون موتور خودرو ، اکسل خودرو ، چهارشاخ گاردان و … که زیاد اتفاق افتاده است) این قطعات که عموما از مواد معمولی ساخته می‌شوند ، پس از ایجاد ترک تا خسته شدن – که نسبتا مدت زمان کمی است – بر روی ماشین نصب هستند. اما قطعات هواپیما به گونه‌ای طراحی می‌شوند – معمولا از سوپرآلیاژها – که پس از ایجاد ترک تا زمانی که طول ترک ، به طول بحرانی (و در نتیجه خستگی) برسد – که در مقایسه با حالت قبل مدت زمان بیشتری طول می‌کشد - ، روی هواپیما نصب هستند و زمانی که به طول بحرانی رسید باید آن قطعه را تعویض نمود.