Циклическое напряжение — это распределение сил (иначе называемых напряжениями), которые изменяются с течением времени повторяющимся образом. В качестве примера рассмотрим одно из больших колес, используемых для привода подъемника, например , горнолыжного . Трос, обернутый вокруг колеса, оказывает направленную вниз силу на колесо и приводной вал , поддерживающий колесо. Хотя вал, колесо и кабель движутся, сила остается почти вертикальной относительно земли. Таким образом, точка на поверхности приводного вала будет подвергаться растяжению, когда она направлена к земле, и сжатию, когда она направлена к небу.
Циклическое напряжение часто встречается во вращающихся машинах, где изгибающий момент прикладывается к вращающейся части. Это называется циклическим изгибающим напряжением , и воздушный подъемник выше является хорошим примером. Однако циклические осевые напряжения и циклические крутильные напряжения также существуют. Примером циклического осевого напряжения может быть трос-резинка (см. прыжки с резинкой ), который должен поддерживать массу людей, когда они прыгают с конструкций, таких как мосты. Когда человек достигает конца троса, трос упруго прогибается и останавливает спуск человека. Это создает большое осевое напряжение в тросе. Часть упругой потенциальной энергии, сохраненной в тросе, обычно передается обратно человеку, подбрасывая человека вверх на некоторую часть расстояния, на которое он упал. Затем человек снова падает на трос, вызывая напряжение в тросе. Это происходит несколько раз за прыжок. Один и тот же трос используется для нескольких прыжков, создавая циклические напряжения в тросе, которые в конечном итоге могут привести к поломке, если его не заменить.
Когда к материалу прикладываются циклические напряжения, даже если напряжения не вызывают пластической деформации , материал может выйти из строя из-за усталости . Усталостное разрушение обычно моделируется путем разложения циклических напряжений на средние и переменные компоненты. Среднее напряжение — это среднее по времени значение главного напряжения. Определение переменного напряжения различается в разных источниках. Оно определяется либо как разница между минимальным и максимальным напряжением, либо как разница между средним и максимальным напряжением. [1] [2] Инженеры пытаются проектировать механизмы, детали которых подвергаются одному типу (изгибу, осевому или крутильному) циклического напряжения, поскольку это более точно соответствует экспериментам, используемым для характеристики усталостного разрушения в различных материалах.