آزمون خستگی چیست؟

آزمون خستگی چیست؟

اعمال تنش های سیکلی متناوب به قطعات امری طبیعی است. در صورتی که این تنش ها از حد تحمل قطعه بالاتر نباشند، در ظاهر آسیبی به قطعه وارد نمی شود. اما با گذشت زمان و اعمال مداوم این تنش ها به قطعه احتمال شکست قطعات افزایش می یابد. از این رو، انجام تست خستگی برای قطعات تحت تنش مداوم یکی از مهم ترین آزمون های مخرب به شمار می رود.

سه عامل مهم بر روی شکست خستگی موثرند. این عوامل عبارتند از:

  • اعمال تنش کششی بالا به قطعه
  • تغییرات نوسانی زیاد در میزان تنش اعمالی
  • زیاد بودن سیکل های تنش اعمالی
  • علاوه بر این، پارامتر های دیگری مانند تمرکز تنش در لبه ها و گوشه های تیز، خوردگی، ناخالصی ، دما ، ساختار متالوژیکی، تنش های باقی مانده و تنش های مرکب هم وجود دارند که شرایط را برای وقوع خستگی فراهم می کنند.

 

شماتیک دستگاه آزمون خستگی خمشی
شماتیک دستگاه آزمون خستگی خمشی

مکانیزم شکست خستگی

به طور کلی فرایند خستگی از نظر ساختاری شامل مراحل زیر است:

  • شروع ترک: ایجاد ترک های اولیه ناشی از عیوب که عموماً با انجام عملیات حرارتی مناسب (تابکاری) قابل برطرف شدن هستند.
  • رشد نوار لغزش ترک: عبارت است از شیوع و عمیق شدن ترک های اولیه روی صفحات با تنش برشی زیاد. این مرحله اغلب رشد ترک مرحله ی اول نامیده می شود.
  • رشد ترک روی صفحاتی با تنش کششی زیاد:رشد یک ترک معین در جهت عمود بر تنش کششی حداکثر. این مرحله معمولا رشد ترک مرحله دوم نامیده می شود.
  • شکست نرم نهایی:هنگامی رخ می دهد که طول ترک به اندازه کافی رسیده باشد، به طوری که سطح مقطع قطعه نتواند بار وارده را تحمل کند.

انجام آزمون خستگی

در آزمون خستگی متغیرهای بسیار زیادی اثرگذار هستند. بدین معنی که اگر تمام نمونه‌ های آزمایش یکسان بوده و به‌ طور یکنواخت صیقل داده شوند، نتایج آزمون خستگی ممکن است نتایج یکسانی را به دست ندهد. این آزمون به دو صورت خمشی و محوری انجام می شود.

  • آزمون خستگی خمشی
مطالعه  چند کاربرد پوشش های تفلون

با اعمال نیروی خمشی به نمونه قسمت بالایی تحت تنش کششی و قسمت پایینی آن تحت تنش فشاری قرار می گیرد. با چرخش ۱۸۰ درجه ای نمونه مورد آزمایش، تنش در قسمت های بالایی و پایینی جا به جا شده و تنش به صورت تناوبی در قسمت های مختلف نمونه تغییر می کند که با گذشت چند سیکل منجر به شکست خستگی می شود.

  • آزمون خستگی محوری (مستقیم)

در این روش تنش کششی و فشاری به صورت تک محوره به نمونه وارد می شود. در آزمون خستگی محوری، نگه دارنده‌ های نمونه به‌ صورت بسیار دقیق نمونه را نگه می دارند تا بارگذاری هم در کشش و هم در فشار کاملا محوری باشد. یک مزیت روش آزمون خستگی محوری در برابر آزمون خستگی خمشی این است که سیکل بارگذاری را می‌ توان طوری تنظیم نمود که تنش متوسط صفر نشود.

شماتیک دستگاه آزمون خستگی محوری
شماتیک دستگاه آزمون خستگی محوری

 

تحلیل نتایج آزمون خستگی

در این آزمون پس از گذشت تعداد سیکل مشخص نمونه دچار شکست می شود. نتایج آزمون خستگی معمولا به‌ صورت منحنی‌ های تنش-سیکل S-N  نمایش داده می‌ شوند. در این نمودارها محور عمودی تنش و محور افقی سیکل می‌باشد. با استفاده از این نمودار می‌توان فهمید که با تنش اعمال شده، ماده مورد نظر چند سیکل دوام می‌آورد. با استفاده از این منحنی می توان حد خستگی را به دست آورد. حد خستگی یا استحکام خستگی بالاترین تنشی است که یک ماده می‌تواند برای یک تعداد سیکل مشخص بدون شکستن تحمل کند. عمر خستگی که با نماد Nf نشان داده می‌شود بیانگر تعداد سیکل‌های تنشی است که جسم مورد آزمایش تا قبل از این که شکست نهایی رخ دهد، طی می‌کند.

منحنی تنش-سیکل نمونه فولادی
منحنی تنش-سیکل نمونه فولادی


دیدگاهتان را بنویسید