Krzywa Wöhlera / Linia Wöhlera
Krzywa Wöhlera wskazuje sumę sumę zmian obciążenia, które można tolerować do momentu zniszczenia materiału. Wyznacza się ją w badaniu zmęczeniowym przy stałej amplitudzie obciążenia (także badanie Wöhlera) zgodnie z normą DIN 50100 i dzieli się na obszary Wytrzymałości krótkoczasowej K, Wytrzymałości czasowej Z i Wytrzymałości długoczasowej D .
Ograniczenia obszarów są wyznaczane za pomocą liczby cykli oscylacji N
- Wytrzymałość krótkoczasowa 100-30000 cykli oscylacyjnych
- Wytrzymałość czasowa ok. 2000000 cykli oscylacyjnych
- Wytrzymałość długoczasowado nieskończoności
Z wykresu Wöhlera można odczytać maksymalną liczbę zmian obciążenia dla określonej amplitudy obciążenia. Zależy to od właściwości materiału, siły i rodzaju obciążenia (obciążenie ściskające progowe, obciążenie rozciągające progowe lub obciążenie zmienne).
Opis Wytrzymałość krótkoczasowa Wytrzymałość czasowa Wytrzymałość długoczasowa Software Tool Normy Maszyny wytrzymałościowe
Krzywa Wöhlera gładkiej próbki materiału (współczynnik naprężenia R = -1)
W naszym przykładzie nominalna amplituda naprężenia Sa jest wykreślona logarytmicznie, podobnie jak liczba oscylacji N. W przypadku reprezentacji podwójnie logarytmicznej zakres wytrzymałości czasowej przedstawia linię prostą. Powstała krzywa nazywana jest krzywą Wöhlera lub linią Wöhlera .
Opis krzywej Wöhlera:
- Rm statyczna wytrzymałość (tutaj wytrzymałość na rozciąganie)
- Sa Amplituda naprężenia znamionowego
- SaD Wytrzymałość długoczasowa
- N liczba przydatnych cykli oscylacji
- ND Liczba cykli oscylacji obciążenia mimośrodowego
- NG Liczba cykli granicznych
- K Wytrzymałość krótkoczasowa / Krótkotrwała wytrzymałość na wibracje
- Z Wytrzymałość czasowa / Czasowa wytrzymałość na wibracje
- D Wytrzymałość długoczasowa / Długoczasowa wytrzymałość na wibracje
Wytrzymałość krótkoczasowa
Wytrzymałość krótkoczasowa K ewent. krótkotrwała wytrzymałość na wibracje jest zakresem poniżej ok. 104 do 105 cykli oscylacyjnych.
Wytrzymałość krótkoczasowa zostaje określona w badaniu Low Cycle Fatigue (LCF) . W tym zakresie materiały i komponenty poddawane są tak dużym naprężeniom, że w cyklu dochodzi do odkształcenia plastycznego i materiał wcześnie ulega zniszczeniu. Do bardziej szczegółowego przedstawienia często używa się modelu Coffina-Mansona.
Obciążenie prowadzące do zniszczenia w ciągu jednej czwartej cykli nazywa się wytrzymałością statyczną, którą określa się również w próbie rozciągania .
Wytrzymałość czasowa
Wytrzymałość czasowa Z ewent. czasowa wytrzymałość na wibracje jest zakresem między 104 i 2·106 cyklami oscylacyjnymi (w zależności od materiału). Próbka zawsze osiąga kryterium zniszczenia w obszarze wytrzymałości czasowej (np. pęknięcie lub złamanie).
Wytrzymałość czasowa zostaje określona w badaniu zmęczeniowym lub badaniu High Cycle Fatigue (HCF). Po badaniu wynikiem jest liczba cykli drgań przy amplitudzie obciążenia.
Wytrzymałość długoczasowa
Wytrzymałość długoczasowa D (także długoczasowa wytrzymałość na wibracje) (angl. very high cycle fatigue, VHCF) odnosi się do granicznego obciążenia, jakie materiał może wytrzymać obciążenie cykliczne bez znaczących oznak zmęczenia lub uszkodzenia. Wytrzymałość długoczasowa zostaje określona w badaniu zmęczeniowym .
Wytrzymałość długoczasowa zostaje określona w zakresie granicznej liczbie cykli oscylacyjnych NG . Jeżeli próbka ulegnie uszkodzeniu przed osiągnięciem granicznej liczby cykli oscylacji, uznaje się to za „awarię”. Materiały, które wytrzymują ponad 1 000 000 cykli wibracji bez zerwania w badaniu zmęczeniowym przy określonej sile, są uważane za odporne na zmęczenie.
Obliczenie wytrzymałości zmęczeniowej skutkuje znacznie niższymi naprężeniami dopuszczalnymi niż w przypadku koncepcji statycznej.
Przebieg krzywej Wöhlera w zakresie wytrzymałości zmęczeniowej dzieli się na 3 typy:
- Poziomy przebieg krzywej Wöhlera: Wyraźna wytrzymałość zmęczeniowa lub wytrzymałość długoczasowa często występuje w przypadku stali ferrytycznych
- Dalszy spadek krzywej Wöhlera przy mniejszym nachyleniu: często występuje w przypadku stali austenitycznej lub aluminium
- Po początkowym przebiegu poziomym krzywa Wöhlera opada przy około108 cyklach: defekty wewnętrzne powodują pęknięcia pod powierzchnią
Odpowiednie normy wyznaczania krzywej Wöhlera
- DIN 50100 - "Badanie wytrzymałości na drgania – Przeprowadzanie i ocena badań cyklicznych ze stałą amplitudą obciążenia dla próbek i komponentów materiałów metalicznych"
- ASTM E466-15 - "Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials"
- ISO 1099 - "Materiały metaliczne – Próba zmęczeniowa – Badanie osiowe regulowane siłą"
- DIN EN 6072 - "Lotnictwo – Materiały metaliczne – Metody badań – Próba zmęczeniowa ze stałą amplitudą"
