stringtranslate.com

Статическая усталость

Статическая усталость описывает, как длительное и постоянное циклическое напряжение ослабляет материал до тех пор, пока он не развалится, что называется отказом. [1] Статическую усталость иногда называют «задержанным разрушением». [2] Повреждение происходит при более низком уровне напряжения , чем уровень напряжения, необходимый для создания нормального разрыва при растяжении . [2] Статическая усталость может включать пластическую деформацию [3] или рост трещин. [4] [5] Например, повторяющееся напряжение может создавать небольшие трещины, которые растут и в конечном итоге разрушают пластик, [6] стекло, [7] или керамические [8] материалы. Материал достигает отказа быстрее за счет увеличения циклического напряжения . Статическая усталость зависит от типа материала и факторов окружающей среды, таких как наличие влаги [9] и температура. [10] [11]

Приложения

Испытания на статическую усталость могут оценить срок службы материала [12] и его твердость в различных средах. [13]   Однако измерение предела статической усталости может занять много времени, и трудно измерить истинный предел статической усталости материала с полной уверенностью. [12]

Типичное явление

Развитие трещины в стеклянном стержне под циклическим напряжением (обозначено стрелками). (1) показывает первую трещину. Трещины растут в (2) и (3) до тех пор, пока стержень не сломается в (4).

Коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) происходит, когда нагруженный материал находится в агрессивной (химически разрушающей) среде. [14] Одним из примеров охрупчивания SSC является ситуация, когда влага усиливает эффекты статической усталости в стекле. [15] SCC также наблюдается при водородной хрупкости , [16] [17] охрупчивании некоторых полимеров , [18] и т. д.

Пластическая деформация (пластическое течение)

Пластическая деформация происходит, когда напряжения сплющивают, сгибают или скручивают материал до тех пор, пока он не сможет вернуться к своей первоначальной форме. [19] Это может привести к образованию трещин в материале и сокращению его срока службы, что в конечном итоге приведет к деформации пластика. [3]

Примеры статической усталости и напряжений в материалах

Пластиковые трубы под водой или другими жидкостями подвергаются гидродинамическим силам, которые могут привести к усталости. [20] Трубы выходят из строя быстрее, когда повышаются температуры и воздействие агрессивных веществ. [20] Для статических испытаний на усталость вращающиеся машины прилагают вес к исследуемому материалу, заставляя его изгибаться в разных направлениях, что со временем ослабляет материал. [21]

Ссылки

  1. ^ В разделе «Материалы», Woodhead Publishing (2010). Guedes, Rui Miranda (ред.). Creep and Fatigue in Polymer Matrix Composites (1-е изд.). Woodhead Publishing. ISBN 9780081014585.
  2. ^ ab Pelleg, Josh (2021). Циклическая деформация в оксидах, карбидах и нитридах. Т. 22. Springer. С. 495–511. doi :10.1007/978-3-030-86118-6_15. ISBN 978-3-030-86118-6. S2CID  244421914.
  3. ^ ab Wang, GS; Blom, AF "Влияние большого локального пластического течения на усталостную долговечность металлических материалов". Отделение аэронавтики – через Шведское агентство оборонных исследований.
  4. ^ Кортни, Томас Х. (2005-12-16). Механическое поведение материалов: Второе издание. Waveland Press. ISBN 9781478608387.
  5. ^ Фурмански, Дж.; Римнак, КМ (2011). «Сопротивление распространению трещин одинаково при статической и циклической нагрузке в сшитом СВМПЭ: пилотное исследование». Клиническая ортопедия и смежные исследования . 469 (8): 2302–2307. doi :10.1007/s11999-010-1712-y. PMC 3126950. PMID  21128033 . 
  6. ^ Кроуфорд, Рой. Дж. (1998). Пластиковая инженерия (Глава 1 - Общие свойства пластиков) (1-е изд.). Мэтью Динс. стр. 1–40. ISBN 9780081007099.
  7. ^ Груцик, С. Дж.; Стронг, К. Т.; Римша, Дж. М. (декабрь 2022 г.). «Кинетическая модель для прогнозирования докритического роста трещин, релаксации вершины трещины и порога статической усталости в силикатном стекле». Журнал некристаллических твердых тел: X . 16 (100134): 100134. Bibcode :2022JNCSX..1600134G. doi : 10.1016/j.nocx.2022.100134 . S2CID  254308009.
  8. ^ Ruys, Andrew (2019). Обработка, структура и свойства керамики из оксида алюминия. Woodhead Publishing. С. 71–121. doi :10.1016/C2017-0-01189-8. ISBN 978-0-08-102442-3.
  9. ^ Laughton, MJ; Warne, DJ; Tricker, R. (2003). Оптические волокна в энергосистемах (16-е изд.). Newnes. стр. 37–1, 37-3–37-17. doi :10.1016/B978-075064637-6/50037-X. ISBN 978-0-7506-4637-6.
  10. ^ Кингери, У. Д. (1976). Введение в керамику . Нью-Йорк: Wiley. ISBN 978-0471478607.
  11. ^ Эбель, А.; Кэти, О.; Ребиллат, Ф. (2022). «Влияние температуры на статическое усталостное поведение самовосстанавливающегося КМЦ во влажном воздухе». Композиты Часть A: Прикладная наука и производство . 157 : 106899. doi : 10.1016/j.compositesa.2022.106899 . S2CID  247148726.
  12. ^ ab Wilkins, BJ; Dutton, R. (март 1976 г.). «Статический предел усталости с особым упором на стекло». Журнал Американского керамического общества . 59 (3–4): 108–112. doi :10.1111/j.1151-2916.1976.tb09442.x.
  13. ^ Келли, А.; Цвебен, К.; Симс, Г. Д.; Бротон, В. Р. (2000). Комплексные композитные материалы (2.05 - Армированные стекловолокном пластики — свойства). Том 2. Pergamon. С. 151–197. doi :10.1016/B0-08-042993-9/00181-9. ISBN 978-0-08-042993-9.
  14. ^ Раджа, ВС; Тецуо, Сёдзи (2011). Коррозионное растрескивание под напряжением. Woodhead Publishing. С. 245–272. doi :10.1533/9780857093769.3.245. ISBN 978-1-84569-673-3.
  15. ^ Видерхорн, SM; Больц, LH (1970-10-01). «Коррозия под напряжением и статическая усталость стекла». Журнал Американского керамического общества . 53 (10): 543–548. doi :10.1111/j.1151-2916.1970.tb15962.x. ISSN  1551-2916.
  16. ^ Лу Тан, М.Р. «Водородная хрупкость — Управление научно-технической информации» (PDF) .
  17. ^ Мураками, Y.; Канезаки, T.; Мацуока, S. (2008). «Механизм водородной хрупкости при усталости аустенитных нержавеющих сталей». Metallurgical and Materials Transactions A. 39 ( 6): 1327–1339. Bibcode : 2008MMTA...39.1327M. doi : 10.1007/s11661-008-9506-5 . S2CID  137234625.
  18. ^ Браун, Норман; Пэрриш, Марк Ф. (1974). Бишай, Адли (ред.). Последние достижения в науке и технологии материалов . Springer US. стр. 1–13. doi :10.1007/978-1-4613-4538-1_1. ISBN 9781461345404.
  19. ^ Пфайфер, Майкл (2009). "Глава 6 - Деградация и надежность материалов". Materials Enabled Designs . Butterworth Heinemann. стр. 161–187. doi :10.1016/B978-0-7506-8287-9.00006-9. ISBN 978-0-7506-8287-9– через Science Direct.
  20. ^ ab Farshad, Mehdi (2006-01-01), Farshad, Mehdi (ред.), "7 - Усталость, коррозия и износ", Plastic Pipe Systems , Оксфорд: Elsevier Science, стр. 153–165, ISBN 978-1-85617-496-1, получено 2023-04-15
  21. ^ Гудман, Содерберг (2022), «Усталость», MET 301: Проектирование для циклической нагрузки (PDF) , Технологический институт Нью-Джерси, стр. 1