Усталость (материал)

Перелом алюминиевого шатуна. Темная область штрихов: медленный рост трещин. Яркая зернистая область: внезапный перелом.

В науке материалов , усталость является ослабление материала , вызванной циклической нагрузкой , что приводит к прогрессивным и локализованным структурным повреждениям и ростам трещин. Как только возникла усталостная трещина , она будет немного увеличиваться с каждым циклом нагружения, обычно образуя бороздки на некоторых частях поверхности трещины. Трещина будет продолжать расти до тех пор, пока не достигнет критического размера, что происходит, когда коэффициент интенсивности напряжения трещины превышает вязкость разрушения материала, вызывая быстрое распространение и, как правило, полное разрушение конструкции.

Усталость традиционно связывают с выходом из строя металлических компонентов, что привело к термину « усталость металла» . В девятнадцатом веке считалось, что внезапный выход из строя металлических железнодорожных осей был вызван кристаллизацией металла из-за хрупкости поверхности излома, но с тех пор это было опровергнуто. ^[1] Похоже, что большинство материалов, таких как композиты, пластмассы и керамика, испытывают какие-либо разрушения, связанные с усталостью. ^[2]

Чтобы помочь в прогнозировании усталостной долговечности компонента, проводятся испытания на усталость с использованием купонов для измерения скорости роста трещины путем применения циклической нагрузки постоянной амплитуды и усреднения измеренного роста трещины за тысячи циклов. Однако существует также ряд особых случаев, которые необходимо учитывать, когда скорость роста трещины значительно отличается от скорости, полученной при испытании с постоянной амплитудой. Такие как: снижение скорости роста, которое происходит при небольших нагрузках около порога или после приложения перегрузки ; и повышенная скорость роста трещин, связанная с короткими трещинами или после приложения недогрузки . ^[2]

Если нагрузки превышают определенный порог, микроскопические трещины начнут возникать при концентрациях напряжений, таких как отверстия, устойчивые полосы скольжения (PSB), границы раздела композитов или границы зерен в металлах. ^[3] Значения напряжения , вызывающего усталостное повреждение, обычно намного меньше, чем предел текучести материала.

Стадии утомления [ править ]

Исторически усталость была разделена на области многоцикловой усталости , требующие более 10 ⁴ циклов до разрушения, где напряжение низкое, и в первую очередь упругая, и малоцикловая усталость, где имеется значительная пластичность. Эксперименты показали, что малоцикловая усталость - это тоже рост трещин. ^[4]

Усталостные отказы, как для высоких, так и для малых циклов, происходят в соответствии с одними и теми же основными этапами процесса зарождения трещины на стадии I, роста трещины на стадии II и, наконец, полного разрушения. Чтобы начать процесс, внутри материала должны зародиться трещины. Этот процесс может происходить либо в местах возникновения напряжений в металлических образцах, либо в областях с высокой плотностью пустот в полимерных образцах. Эти трещины сначала медленно распространяются на стадии роста трещины I по кристаллографическим плоскостям, где напряжения сдвига максимальны. Когда трещины достигают критического размера, они быстро распространяются во время роста трещины на стадии II в направлении, перпендикулярном приложенной силе. Эти трещины в конечном итоге могут привести к окончательному разрушению материала, часто с катастрофической хрупкостью.

Инициирование взлома [ править ]

Формирование начальных трещин, предшествующих усталостному разрушению, в металлических образцах представляет собой отдельный процесс, состоящий из четырех дискретных этапов. Материал будет развивать ячеистую структуру и затвердевать в ответ на приложенную нагрузку. Это вызывает увеличение амплитуды приложенного напряжения с учетом новых ограничений на деформацию. Эти новообразованные клеточные структуры в конечном итоге разрушаются с образованием устойчивых полос скольжения (PSB). Скольжение в материале локализовано в этих PSB, и увеличенное скольжение теперь может служить концентратором напряжений для образования трещины. Зарождение и рост трещины до обнаруживаемого размера составляет большую часть процесса растрескивания. По этой причине циклические усталостные отказы, кажется, происходят так внезапно, когда основная часть изменений в материале не видна без разрушающих испытаний.Даже в обычно пластичных материалах усталостные разрушения будут напоминать внезапные хрупкие разрушения.

Плоскости скольжения, вызванные PSB, приводят к проникновению и вытеснению вдоль поверхности материала, часто происходящему парами. ^[5] Это скольжение - не изменение микроструктуры в материале, а скорее распространение дислокаций внутри материала. Вместо гладкого интерфейса вторжения и выдавливания заставят поверхность материала напоминать край колоды карт, где не все карты идеально выровнены. Внедрения и выдавливания, вызванные скольжением, создают на материале очень мелкие поверхностные структуры. Поскольку размер поверхностной структуры обратно пропорционален факторам концентрации напряжений, поверхностное скольжение, вызванное PSB, может вызвать возникновение трещин.

Эти этапы также можно полностью обойти, если трещины образуются в уже существующем концентраторе напряжений, например, из-за включения в материал или из-за геометрического концентратора напряжений, вызванного острым внутренним углом или скруглением.

Рост трещины [ править ]

Большая часть усталостного ресурса обычно расходуется на фазе роста трещины. Скорость роста в первую очередь определяется диапазоном циклических нагрузок, хотя дополнительные факторы, такие как средний стресс, окружающая среда, перегрузки и недогрузки, также могут влиять на скорость роста. Рост трещин может прекратиться, если нагрузки достаточно малы, чтобы упасть ниже критического порога.

Усталостные трещины могут вырасти из-за дефектов материала или изготовления от 10 мкм.

Когда скорость роста становится достаточно большой, на поверхности излома можно увидеть полосы усталости. Штрихи обозначают положение вершины трещины, а ширина каждой полосы представляет собой рост от одного цикла нагружения. Штрихи являются результатом пластичности на вершине трещины.

Когда интенсивность напряжения превышает критическое значение, известное как вязкость разрушения, происходит неустойчивое быстрое разрушение , обычно в результате процесса слияния микропустот . Перед окончательным разрушением поверхность излома может содержать смесь областей усталости и быстрого разрушения.

Ускорение и замедление [ править ]

Следующие эффекты изменяют скорость роста: ^[2]

Средний стрессовый эффект . Более высокое среднее напряжение увеличивает скорость роста трещины.
Окружающая среда . Повышенная влажность увеличивает скорость роста трещин. В случае алюминия трещины обычно растут от поверхности, где водяной пар из атмосферы может достигать вершины трещины и диссоциировать на атомарный водород, что вызывает водородное охрупчивание . Растущие внутри трещины изолированы от атмосферы и растут в вакууме, где скорость роста обычно на порядок ниже, чем у поверхностной трещины. ^[6]
Эффект короткой трещины . В 1975 году Пирсон заметил, что короткие трещины растут быстрее, чем ожидалось. ^[7] Возможные причины эффекта короткой трещины включают наличие Т-напряжения, трехосное напряженное состояние в вершине трещины, отсутствие закрытия трещины, связанное с короткими трещинами, и большую пластическую зону по сравнению с длиной трещины. . Кроме того, длинные трещины обычно имеют порог, которого нет у коротких трещин. ^[8] Существует ряд критериев коротких трещин: ^[9]
- трещины обычно меньше 1 мм,
- трещины меньше размера микроструктуры материала, такого как размер зерна, или
- Длина трещины мала по сравнению с пластической зоной.
Недогрузки . Небольшое количество недогрузок увеличивает скорость роста и может противодействовать эффекту перегрузок.
Перегрузки . Первоначальные перегрузки (> 1,5 максимальной нагрузки в последовательности) приводят к небольшому увеличению скорости роста с последующим длительным снижением скорости роста.

Характеристики утомляемости [ править ]

В металлических сплавах и в упрощенном случае, когда нет макроскопических или микроскопических неоднородностей, процесс начинается с перемещений дислокаций на микроскопическом уровне, которые в конечном итоге образуют устойчивые полосы скольжения, которые становятся зародышами коротких трещин.
Макроскопические и микроскопические неоднородности (в масштабе кристаллических зерен), а также конструктивные особенности компонентов, вызывающие концентрацию напряжений (отверстия, шпоночные пазы , резкие изменения направления нагрузки и т. Д.), Являются обычными местами, в которых начинается процесс усталости.
Усталость - это процесс, который имеет степень случайности ( стохастичности ), часто демонстрируя значительный разброс даже в кажущихся идентичными образцах в хорошо контролируемой среде.
Усталость обычно связана с растягивающими напряжениями, но сообщалось о появлении усталостных трещин из-за сжимающих нагрузок. ^[10]
Чем больше диапазон приложенного напряжения, тем короче срок службы.
Разброс значений усталостной долговечности имеет тенденцию увеличиваться с увеличением усталостной долговечности.
Повреждение необратимо. В состоянии покоя материалы не восстанавливаются.
Усталость жизнь зависят от целого ряда факторов, таких как температура , отделка поверхности , металлургическая микроструктура, наличие окислительного или инертного химических веществ, остаточных напряжений , контакта процесса заедания ( фреттинг ) и т.д.
Некоторые материалы (например, некоторые стали и титановые сплавы) имеют теоретический предел усталости, ниже которого продолжающаяся нагрузка не приводит к усталостному разрушению.
Многоцикловая усталостная прочность (от 10 ⁴ до 10 ⁸ циклов) может быть описана с помощью параметров, основанных на напряжениях. В этих испытаниях обычно используется сервогидравлический испытательный стенд с регулируемой нагрузкой с частотой около 20–50 Гц. Другие виды машин, такие как резонансные магнитные машины, также могут использоваться для достижения частот до 250 Гц.
Малоцикловая усталость (нагрузка, которая обычно вызывает отказ менее чем за 10 ⁴ циклов) связана с локализованным пластическим поведением металлов; таким образом, для прогнозирования усталостной долговечности металлов следует использовать параметр, основанный на деформации. Испытания проводятся с постоянной амплитудой деформации, обычно 0,01–5 Гц.

Хронология истории исследования усталости [ править ]

Микрофотографии, показывающие, как растут поверхностные усталостные трещины по мере дальнейшего циклирования материала. От Юинга и Хамфри, 1903 г.

1837: Вильгельм Альберт публикует первую статью об усталости. Он разработал испытательную машину для конвейерных цепей, используемых на шахтах Клаусталя . ^[11]
1839: Жан-Виктор Понселе описывает металлы как «усталые» в своих лекциях в военной школе в Меце .
1842: Уильям Джон Маккорн Рэнкин признает важность концентрации напряжений в своем исследовании отказов железнодорожных осей . Крушение поезда "Версаль" произошло из-за усталостного отказа оси локомотива. ^[12]
1843: Джозеф Глинн сообщает об усталости оси на локомотивном тендере. Он определяет шпоночный паз как источник трещины.
1848: Железнодорожная инспекция сообщает об одной из первых поломок шины, вероятно, из-за заклепочного отверстия в протекторе колеса железнодорожного вагона. Скорее всего, отказ из-за усталости.
1849: Итону Ходжкинсону дается «небольшая сумма денег», чтобы он отчитался перед парламентом Великобритании о своей работе по «установлению прямым экспериментом последствий продолжающихся изменений нагрузки на железные конструкции и степени, в которой они могут быть загружены без опасности для здоровья. их максимальная безопасность ".
1854: Ф. Брейтуэйт сообщает об общих сбоях в работе из-за усталости и вводит термин « усталость» . ^[13]
1860: Систематические испытания на усталость, проведенные сэром Уильямом Фэйрберном и Августом Велером .
1870: А. Велер подводит итоги своей работы по железнодорожным осям. Он приходит к выводу, что диапазон циклических нагрузок более важен, чем пиковые нагрузки, и вводит понятие предела выносливости . ^[11]
1903 год: сэр Джеймс Альфред Юинг демонстрирует происхождение усталостного разрушения в микроскопических трещинах.
1910: О. Н. Баскен предлагает логарифмическую зависимость для кривых SN, используя данные испытаний Велера. ^[14]
1940: Сидни М. Кэдвелл публикует первое строгое исследование усталости резины. ^[15]
1945: AM Miner популяризирует гипотезу линейных повреждений Палмгрена (1924) как практический инструмент проектирования. ^[16]^[17]
1952: W. Weibull Модель кривой SN. ^[18]
1954: Первый в мире коммерческий реактивный лайнер de Havilland Comet терпит бедствие из-за того, что три самолета разбиваются в воздухе, в результате чего de Havilland и все другие производители модернизируют высотные самолеты и, в частности, заменяют квадратные проемы, такие как окна, на овальные.
1954: Л.Ф. Коффин и С.С. Мэнсон объясняют рост усталостной трещины с точки зрения пластической деформации в вершине трещины.
1961: PC Paris предлагает методы прогнозирования скорости роста отдельных усталостных трещин, несмотря на первоначальный скептицизм и популярную защиту феноменологического подхода Майнера.
1968: Тацуо Эндо и М. Мацуиши разрабатывают алгоритм подсчета дождевых потоков и позволяют надежно применять правило Майнера к случайным нагрузкам. ^[19]
1970: У. Эльбер разъясняет механизмы и важность закрытия трещины в замедлении роста усталостной трещины из-за заклинивающего эффекта пластической деформации, оставшейся за вершиной трещины. ^[20]^[21]
1973: М. В. Браун и К. Дж. Миллер отмечают, что усталостная долговечность в многоосных условиях определяется опытом самолета, получившего наибольшие повреждения, и что необходимо учитывать как растягивающие, так и поперечные нагрузки на критическую плоскость . ^[22]

Прогнозирование усталостной жизни [ править ]

Спектральная загрузка

Американское общество по испытанию материалов определяет долговечность , N _п , так как число циклов напряжений в заданном характере , что образец выдерживает до отказа от указанной природы происходит. ^[23] Для некоторых материалов, особенно стали и титана , существует теоретическое значение амплитуды напряжения, ниже которого материал не разрушится в течение любого количества циклов, называемое пределом выносливости или пределом выносливости . ^[24]

Инженеры использовали ряд методов для определения усталостной долговечности материала: ^[25]

метод стресс-жизни,
метод деформации-жизни,
метод роста трещин и
вероятностные методы, которые могут быть основаны либо на ресурсах, либо на методах роста трещин.

Независимо от того, используется ли подход «напряжение / деформация-ресурс» или используется подход к росту трещины, сложная или переменная амплитудная нагрузка сводится к серии простых циклических нагрузок, эквивалентных усталости, с использованием такой техники, как алгоритм подсчета дождевого потока .

Методы стресс-жизни и деформации-жизни [ править ]

Механическая часть часто подвергается сложной, часто случайной последовательности нагрузок, больших и малых. Чтобы оценить безопасный срок службы такой детали с помощью методов усталостного повреждения или напряжений / деформаций, обычно выполняется следующая последовательность шагов:

Сложная нагрузка сводится к серии простых циклических нагрузок с использованием такой техники, как анализ дождевого потока ;
Гистограммы циклического напряжения создается из анализа Rainflow , чтобы сформировать спектр усталостного повреждения ;
Для каждого уровня напряжения степень совокупного повреждения рассчитывается по кривой SN; и
Эффект отдельных вкладов комбинируется с использованием такого алгоритма, как правило Майнера .

Поскольку кривые SN обычно создаются для одноосного нагружения, необходимо некоторое правило эквивалентности, когда нагрузка является многоосной. Для простых историй пропорциональных нагрузок (поперечная нагрузка в постоянном соотношении с осевой) может применяться правило синуса . Для более сложных ситуаций, таких как непропорциональная нагрузка, необходимо применять анализ критической плоскости .

Правило майнера [ править ]

В 1945 году М.А. Майнер популяризировал правило, которое впервые было предложено А. Пальмгреном в 1924 году. ^[16] Правило, по-разному называемое правилом Майнера или гипотезой линейного повреждения Палмгрена-Майнера , гласит, что если существует k различных величин напряжения в спектр, S _i (1 ≤ i ≤ k ), каждый из которых вносит вклад в n _i ( S _i ) циклов, тогда, если N _i ( S _i ) - количество циклов до отказа при постоянном изменении напряжения S _i (определяется испытаниями на одноосную усталость), разрушение происходит, когда:

{\ displaystyle \ sum _ {я = 1} ^ {k} {\ frac {n_ {i}} {N_ {i}}} = C}

Обычно для целей проектирования C принимается равным 1. Это можно рассматривать как оценку того, какая часть жизни потребляется линейной комбинацией инверсий напряжения в различных величинах.

Хотя правило Майнера может быть полезным приближением во многих случаях, оно имеет несколько основных ограничений:

Он не учитывает вероятностную природу утомления, и нет простого способа связать жизнь, предсказанную правилом, с характеристиками вероятностного распределения. Отраслевые аналитики часто используют расчетные кривые, скорректированные с учетом разброса, для расчета N _i ( S _i ).
Последовательность, в которой циклы высокого и низкого напряжения применяются к образцу, на самом деле влияет на усталостную долговечность, которую Правило Майнера не учитывает. В некоторых обстоятельствах циклы низкого напряжения, за которым следует высокий стресс, причиняют больший ущерб, чем можно было бы предсказать согласно правилу. ^[26] Он не учитывает эффект перегрузки или высокого напряжения, которые могут привести к остаточному напряжению сжатия, которое может замедлить рост трещины. Высокое напряжение, сопровождаемое низким напряжением, может иметь меньше повреждений из-за наличия остаточного напряжения сжатия.

Метод стресс-жизни (СН) [ править ]

Кривая SN для хрупкого алюминия с пределом прочности на разрыв 320 МПа

Усталостные характеристики материалов обычно характеризуются кривой SN , также известной как кривая Велера . Это часто наносится на график зависимости циклического напряжения ( S ) от количества циклов до отказа ( N ) в логарифмической шкале . ^[27] Кривые SN получены в результате испытаний образцов исследуемого материала (часто называемых купонами или образцами), когда испытательная машина прикладывает регулярное синусоидальное напряжение, которое также подсчитывает количество циклов до разрушения. Этот процесс иногда называют тестированием купонов . Для большей точности, но с меньшей общностью используется тестирование компонентов. ^[28]Каждый тест купона или компонента создает точку на графике, хотя в некоторых случаях имеет место биение, когда время до отказа превышает время, доступное для теста (см. Цензурирование ). Для анализа данных об утомляемости требуются статистические методы , особенно анализ выживаемости и линейная регрессия .

На развитие кривой SN могут влиять многие факторы, такие как соотношение напряжений (среднее напряжение), ^[29] частота нагружения, температура , коррозия , остаточные напряжения и наличие зазубрин. Диаграмма постоянной усталостной долговечности (CFL) ^[30] полезна для изучения влияния соотношения напряжений. Линия Гудмана - это метод, используемый для оценки влияния среднего напряжения на усталостную прочность .

Диаграмма постоянной усталостной долговечности (CFL) полезна для оценки влияния отношения напряжений на кривую SN. ^[31] Кроме того, при наличии постоянного напряжения, накладываемого на циклическую нагрузку, соотношение Гудмана может использоваться для оценки состояния отказа. Он строит график зависимости амплитуды напряжения от среднего напряжения с пределом выносливости и пределом прочности материала при растяжении как двумя крайними значениями. Альтернативные критерии отказа включают Содерберга и Гербера. ^[32]

Поскольку купоны, отобранные из однородного кадра, будут отображать изменение количества циклов до отказа, кривая SN должна быть более правильной кривой вероятности цикла напряжения (SNP), чтобы фиксировать вероятность отказа после заданного количества циклов определенный стресс.

В случае объемно-центрированных кубических материалов (ОЦК) кривая Велера часто становится горизонтальной линией с уменьшающейся амплитудой напряжения, т. Е. Этим материалам может быть присвоена усталостная прочность . Для гранецентрированных кубических металлов (ГЦК) кривая Велера обычно непрерывно падает, так что этим материалам может быть присвоен только предел выносливости. ^[33]

Метод деформации-жизни (ε-N) [ править ]

График, показывающий усталостное разрушение как функцию амплитуды деформации.

Когда деформации перестают быть эластичными, например, при наличии концентраций напряжений, в качестве параметра подобия вместо напряжения можно использовать общую деформацию. Это известно как метод растяжения-жизни. Полная амплитуда деформации представляет собой сумму амплитуды упругой деформации и амплитуды пластической деформации и определяется выражением ^[2] ${\ displaystyle \ Delta \ varepsilon / 2}$ ${\ displaystyle \ Delta \ varepsilon _ {\ text {e}} / 2}$ ${\ displaystyle \ Delta \ varepsilon _ {\ text {p}} / 2}$

{\ displaystyle {\ Delta \ varepsilon \ over 2} = {\ Delta \ varepsilon _ {\ text {e}} \ over 2} + {\ Delta \ varepsilon _ {\ text {p}} \ over 2}}

.

Уравнение Баскена для амплитуды упругой деформации имеет вид

{\ displaystyle {\ Delta \ varepsilon _ {\ text {e}} \ over 2} = {\ frac {\ Delta \ sigma} {2E}} = {\ frac {\ sigma _ {\ text {a}}} {E}}}

где - модуль Юнга . ${\ displaystyle E}$

Соотношение для многоцикловой усталости можно выразить через амплитуду упругой деформации

{\ displaystyle {\ Delta \ varepsilon _ {\ text {e}} \ over 2} = {\ frac {\ sigma _ {\ text {f}} ^ {\ prime}} {E}} (2N _ {\ text {f}}) ^ {b}}

где - параметр, который масштабируется в зависимости от прочности на разрыв, полученной путем подбора экспериментальных данных, - это количество циклов до разрушения и - это наклон логарифмической кривой, снова определяемый путем подбора кривой. ${\ displaystyle \ sigma _ {\ text {f}} ^ {\ prime}}$ ${\ displaystyle N _ {\ text {f}}}$ $b$

В 1954 году Коффин и Мэнсон предположили, что усталостная долговечность компонента связана с амплитудой пластической деформации, используя:

{\Delta \varepsilon _{\text{p}} \over 2}=\varepsilon _{\text{f}}^{\prime }(2N_{\text{f}})^{c}

.

Уравнения можно объединить для учета многоцикловой и малоцикловой усталости, что дает

{\Delta \varepsilon \over 2}={\frac {\sigma _{\text{f}}^{\prime }}{E}}(2N_{\text{f}})^{b}+\varepsilon _{\text{f}}^{\prime }(2N_{\text{f}})^{c}

.

Методы роста трещин [ править ]

Оценка усталостной долговечности компонента может быть сделана с использованием уравнения роста трещины путем суммирования ширины каждого приращения роста трещины для каждого цикла нагружения. К расчетному сроку службы применяются коэффициенты безопасности или разброса, чтобы учесть любую неопределенность и изменчивость, связанную с усталостью. Скорость роста, используемая при прогнозировании роста трещин, обычно измеряется путем применения тысяч циклов постоянной амплитуды к купону и измерения скорости роста по изменению податливости купона или путем измерения роста трещины на поверхности купона. . Стандартные методы измерения скорости роста были разработаны ASTM International. ^[9]

Уравнения роста трещин, такие как уравнение Париса – Эрдогана , используются для прогнозирования срока службы компонента. Их можно использовать для прогнозирования роста трещины от 10 мкм до разрушения. Для обычной обработки это может охватывать большую часть усталостной долговечности компонента, рост которого может начаться с первого цикла. ^[4] Условия на вершине трещины компонента обычно связаны с условиями испытательного образца с использованием такого параметра, как интенсивность напряжения, J-интеграл или смещение раскрытия вершины трещины . Все эти методы нацелены на согласование условий вершины трещины на компоненте с условиями испытательных образцов, которые показывают скорость роста трещины.

Могут потребоваться дополнительные модели для включения эффектов замедления и ускорения, связанных с перегрузками или недогрузками в последовательности нагружения. Кроме того, могут потребоваться данные о росте небольших трещин, чтобы соответствовать повышенной скорости роста небольших трещин. ^[34]

Обычно метод подсчета циклов, такой как подсчет циклов дождевого потока, используется для извлечения циклов из сложной последовательности. Было показано, что этот метод, наряду с другими, работает с методами роста трещин. ^[35]

Преимущество методов роста трещин заключается в том, что они позволяют прогнозировать промежуточный размер трещин. Эта информация может использоваться для планирования проверок конструкции для обеспечения безопасности, тогда как методы деформации / срока службы дают срок службы только до отказа.

Как справиться с усталостью [ править ]

Поверхность излома в стеклянном стержне, показывающая следы пляжа, окружающие место инициирования.

Дизайн [ править ]

Надежное проектирование, предотвращающее усталостное разрушение, требует тщательного образования и контролируемого опыта в области проектирования конструкций , машиностроения или материаловедения . Существует по крайней мере пять основных подходов к обеспечению срока службы механических деталей, которые демонстрируют возрастающую степень сложности: ^[36]

Конструкция, позволяющая удерживать напряжение ниже порога предела выносливости (концепция бесконечного срока службы);
Отказоустойчивая , плавная деградация и отказоустойчивый дизайн : попросите пользователя заменить детали в случае их выхода из строя. Проектируйте таким образом, чтобы не было единой точки отказа и чтобы полный отказ какой-либо одной части не приводил к катастрофическому отказу всей системы.
Дизайн с безопасным сроком службы : проектирование (консервативно) на фиксированный срок службы, по истечении которого пользователь получает указание заменить деталь на новую (так называемая часть с подъемом , концепция конечного срока службы или практика проектирования с безопасным сроком службы); запланированное устаревание и одноразовый продукт - это варианты, рассчитанные на фиксированный срок службы, по истечении которого пользователь получает указание заменить все устройство;
Устойчивость к повреждениям : подход, который обеспечивает безопасность воздушного судна, предполагая наличие трещин или дефектов даже в новом воздушном судне. Расчеты роста трещин, периодические проверки и ремонт или замена компонентов могут использоваться для обеспечения безопасности критических компонентов, которые могут содержать трещины. В инспекциях обычно используется неразрушающий контроль для ограничения или контроля размера возможных трещин и требуется точное прогнозирование скорости роста трещин между инспекциями. Конструктор устанавливает достаточно частый график технического обслуживания самолетов , чтобы заменять детали, пока трещина все еще находится в фазе «медленного роста». Это часто называют устойчивой к повреждениям конструкцией или «снятием с эксплуатации по какой-либо причине».
Управление рисками : гарантирует, что вероятность отказа остается ниже приемлемого уровня. Этот подход обычно используется для воздушных судов, где приемлемые уровни могут быть основаны на вероятности отказа во время одного полета или на протяжении всего срока службы воздушного судна. Предполагается, что компонент имеет трещину с вероятностным распределением размеров трещины. Этот подход может учитывать изменчивость значений, таких как скорость роста трещины, использование и критический размер трещины. ^[37] Это также полезно для рассмотрения повреждений в нескольких местах, которые могут взаимодействовать, приводя к разрозненным или широко распространенным усталостным повреждениям . Распределения вероятностей, которые являются общими для анализа данных и проектирования против утомления, включают логарифмически нормальное распределение ,крайнее распределение значений , распределение Бирнбаум-Сондерс и распределение Вейбуллу .

Тестирование [ править ]

Испытания на усталость могут использоваться для таких компонентов, как купон или образец для полномасштабных испытаний, чтобы определить:

скорость роста трещин и усталостная долговечность таких компонентов, как купон или образец для натурных испытаний.
расположение критических регионов
степень отказоустойчивости при выходе из строя части конструкции
происхождение и причина трещины, порождающего дефект, по фрактографическому исследованию трещины.

Эти тесты могут быть частью процесса сертификации, например, для сертификации летной годности .

Ремонт [ править ]

Остановка сверла. Усталостные трещины, которые начали распространяться, иногда можно остановить путем сверления отверстий, называемых ограничителями сверления , на вершине трещины. ^[38] Остается возможность новой трещины, начинающейся со стороны отверстия.
Смесь . Небольшие трещины можно сгладить, а поверхность обработать холодной обработкой или дробеструйной обработкой.
Негабаритные отверстия . Отверстия с растущими из них трещинами можно просверлить до отверстия большего размера, чтобы удалить трещины, и втулки, чтобы восстановить исходное отверстие. Втулки могут быть подвергнуты холодной усадке Втулки с натягом для создания благоприятных остаточных напряжений сжатия. Отверстие увеличенного размера можно также обработать в холодном состоянии, протянув через отверстие оправку увеличенного размера. ^[39]
Патч . Трещины можно отремонтировать, установив заплатку или ремонтную фурнитуру. Композитные накладки использовались для восстановления прочности крыльев самолета после обнаружения трещин или для снижения напряжения до появления трещин с целью увеличения усталостной долговечности. ^[40] Заплаты могут ограничивать возможность отслеживания усталостных трещин, и их может потребоваться удалить и заменить для осмотра.

Улучшение жизни [ править ]

Пример стального автомобильного моста, обработанного HFMI, во избежание усталости на сварном переходе.

Сменить материал . Изменение материалов, используемых в деталях, также может увеличить усталостную долговечность. Например, детали могут быть изготовлены из металлов с более высокими показателями усталости. Полная замена и изменение конструкции деталей также могут уменьшить, если не устранить проблемы, связанные с усталостью. Таким образом, металлические лопасти и винты винта вертолетов заменяются композитными аналогами. Они не только легче, но и намного устойчивее к усталости. Они более дорогие, но дополнительные затраты окупаются их большей целостностью, поскольку потеря лопасти несущего винта обычно приводит к полной потере самолета. Аналогичный аргумент был выдвинут в пользу замены металлических фюзеляжей, крыльев и хвостовой части самолетов. ^[41]
Создание остаточных напряжений. Упрочнение поверхности может снизить такие растягивающие напряжения и создать остаточное напряжение сжатия , которое предотвращает возникновение трещин. Формы упрочнения включают: дробеструйное упрочнение с использованием высокоскоростных снарядов, высокочастотное ударное воздействие (также называемое высокочастотным механическим воздействием) с использованием механического молотка ^[42]^[43] и лазерное упрочнение с использованием высокоэнергетических лазерных импульсов. Полировка с низкой пластичностью также может использоваться для создания напряжения сжатия в галтелях, а оправки для холодной обработки могут использоваться для отверстий. ^[44]Увеличение усталостной долговечности и прочности пропорционально связано с глубиной передаваемых сжимающих остаточных напряжений. Дробеструйная обработка создает остаточные напряжения сжатия примерно на 0,005 дюйма (0,1 мм) в глубину, тогда как лазерная упрочнение может проходить на глубину от 0,040 до 0,100 дюйма (от 1 до 2,5 мм) или глубже. ^[45]^{[ неудачная проверка ]}
Глубокая криогенная обработка . Было показано, что использование глубокой криогенной обработки увеличивает сопротивление усталостному разрушению. Было доказано, что пружины, используемые в промышленности, автогонках и огнестрельном оружии, служат в шесть раз дольше при обработке. Тепловая проверка, которая является формой термической циклической усталости, была значительно отложена. ^[46]
Перепрофилирование . Изменение формы концентрации напряжения, такой как отверстие или вырез, можно использовать для продления срока службы компонента. Оптимизация формы с использованием алгоритмов численной оптимизации использовалась для снижения концентрации напряжений в крыльях и увеличения их срока службы. ^[47]

Заметные отказы от усталости [ править ]

Крушение поезда Версаль [ править ]

Катастрофа поезда Версаля

Рисунок Джозефа Глинна усталостного разрушения оси, 1843 г.

После празднования короля Луи-Филиппа I в Версальском дворце поезд, возвращавшийся в Париж, разбился в мае 1842 года в Медоне после того, как ведущий локомотив сломал ось. Вагоны сзади завалились в разбитые двигатели и загорелись. По меньшей мере 55 пассажиров погибли в ловушках в вагонах, в том числе исследователь Жюль Дюмон д'Юрвиль . Эта авария известна во Франции как "Ferroviaire de Meudon". Свидетелем аварии был британский инженер-локомотив Джозеф Локк, о которой широко сообщалось в Великобритании. Это широко обсуждалось инженерами, которые искали объяснения.

Крушение произошло в результате поломки оси локомотива . Исследование Ренкина сломанных осей в Великобритании подчеркнуло важность концентрации напряжений и механизма роста трещин при повторной нагрузке. Однако его и другие статьи, предполагающие механизм роста трещин из-за повторяющихся нагрузок, были проигнорированы, и усталостные отказы происходили с постоянно увеличивающейся скоростью в расширяющейся железнодорожной системе. Другие ложные теории казались более приемлемыми, например, идея о том, что металл каким-то образом «кристаллизовался». Это представление основывалось на появлении кристаллического вида области быстрого разрушения на поверхности трещины, но игнорировало тот факт, что металл уже был высококристаллическим.

комета де Хэвилленда [ править ]

Восстановленные (заштрихованные) части обломков G-ALYP и место аварии (отмечено стрелкой)

Два пассажирских самолета de Havilland Comet разлетелись в воздухе и разбились друг с другом в течение нескольких месяцев в 1954 году. В результате систематические испытания проводились на фюзеляже, погруженном в резервуар для воды под давлением. После 3 000 полетов следователи Королевского авиационного завода (RAE) пришли к выводу, что авария произошла из-за отказа герметичной кабины у переднего окна автоматического пеленгатора на крыше. Это «окно» на самом деле было одним из двух отверстий для антенн электронной навигационной системы, в которых использовался непрозрачный стекловолокно.панели заняли место оконного «стекла». Неисправность произошла в результате усталости металла, вызванной многократным повышением и сбросом давления в кабине самолета. Кроме того, опоры вокруг окон были приклепаны, а не приклеены, как того требовали оригинальные спецификации самолета. Проблема усугублялась из-за использованной техники изготовления пробойных заклепок. В отличие от клепки сверлом, несовершенный характер отверстия, созданного клепкой пуансоном, вызывал производственные дефекты, которые могли стать причиной возникновения усталостных трещин вокруг заклепки.

Фрагмент крыши фюзеляжа G-ALYP, выставленный в Музее науки в Лондоне, показывает два окна ADF, в которых произошел первоначальный отказ. ^[48]

Герметичная кабина Comet была спроектирована с коэффициентом безопасности, превышающим тот, который требуется в соответствии с требованиями британской гражданской летной годности (в 2,5 раза превышающее испытательное давление в кабине по сравнению с требованием в 1,33 раза и предельная нагрузка в 2,0 раза превышающая давление в кабине) и авария повлекла за собой пересмотр оценок требований к безопасной нагрузочной способности герметичных кабин авиалайнера.

Кроме того, было обнаружено, что напряжения вокруг проемов кабины высокого давления были значительно выше, чем предполагалось, особенно вокруг вырезов с острыми углами, таких как окна. В результате все будущие реактивные авиалайнеры будут иметь окна с закругленными углами, что значительно снизит концентрацию напряжений. Это было заметной отличительной чертой всех более поздних моделей Кометы. Следователи RAE сообщили в ходе общественного расследования, что острые углы возле оконных проемов Комет служили местами возникновения трещин. Обшивка самолета также была слишком тонкой, а по углам присутствовали трещины от производственных напряжений.

Опрокидывание нефтяной платформы Александра Л. Килланда [ править ]

Трещины на правой стороне буровой установки Alexander L. Kielland.

Александр Л. Kielland был норвежский полупогружной буровой установки , которая перевернулась во время работы в нефтяном месторождении Ekofisk в марте 1980 года, погибли 123 человек. Опрокидывание было самой страшной катастрофой в норвежских водах со времен Второй мировой войны. Буровая установка, расположенная примерно в 320 км к востоку от Данди , Шотландия, принадлежала норвежской компании Stavanger Drilling и была арендована американской компанией Phillips Petroleum во время катастрофы. Во время проливного дождя и тумана рано вечером 27 марта 1980 года более 200 человек не дежурили в жилом помещении на проспекте Александра Л. Килланда.. Дул порывистый ветер до 40 узлов, высота волн до 12 метров. Буровую установку только что отвели лебедкой от производственной платформы Edda . За несколько минут до 18:30 находящиеся на борту почувствовали «резкий треск», за которым последовала «какая-то дрожь». Внезапно буровая установка наклонилась более чем на 30 °, а затем стабилизировалась. Пять из шести якорных тросов были порваны, а один оставшийся трос не позволил установке опрокинуться. Список продолжает расти и в 18:53 оставшиеся якорный канат щелкнул и установка перевернуто вверх дном.

Год спустя, в марте 1981 г., в отчете ^{[49] был} сделан вывод о том, что буровая установка разрушилась из-за усталостной трещины в одной из ее шести скоб (распорка D-6), которая соединяла обрушившуюся D-образную стойку с остальной частью буровой установки. Это произошло из-за небольшого углового сварного шва диаметром 6 мм, который соединял ненесущую фланцевую пластину с этой связью D-6. На этой фланцевой пластине находился гидролокатор, используемый во время буровых работ. Плохой профиль углового шва способствовал снижению его усталостной прочности. Кроме того, в ходе исследования было обнаружено значительное количество пластинчатых разрывов на пластине фланца и холодные трещины в стыковом шве. Холодные трещины в сварных швах, повышенная концентрация напряжений из-за ослабленной фланцевой пластины, плохой профиль сварного шва и циклические напряжения (которые были бы обычным явлением вСеверное море ), похоже, все вместе сыграли роль в обрушении буровой установки.

Другое [ править ]

Катастрофа на угольной шахте Хартли в 1862 году была вызвана переломом балки парового двигателя и унесла жизни 220 человек.
Бостонское Великое наводнение патоки 1919 года объясняют разрушением из-за усталости.
Крушение рейса 421 Northwest Airlines в 1948 году из-за усталостного разрушения корня лонжерона крыла.
1957 «Пинатубо» , президентский самолет президента филиппинской Рамон Магсайсай , разбился из - за отказа двигателя , вызванного усталостью металла.
Опрокидывание первой морской нефтяной платформы Великобритании Sea Gem в 1965 году произошло из-за усталости части системы подвески, соединяющей корпус с опорами.
Самолет рейса 417 авиакомпании Los Angeles Airways 1968 года потерял одну из лопастей несущего винта из-за усталостного разрушения.
Рейс 1750 авиакомпании MacRobertson Miller Airlines 1968 года потерял крыло из-за неправильного обслуживания, что привело к усталостному отказу.
Крушение F-111A 1969 года из-за усталостного разрушения шарнира крыла из-за дефекта материала привело к разработке устойчивых к повреждениям подходов к расчету на усталость. ^[50]
Катастрофа Boeing 707 компании Dan-Air в 1977 году произошла из-за усталостного разрушения, которое привело к потере правого горизонтального стабилизатора.
Самолет рейса 191 American Airlines 1979 года разбился после отделения двигателя из-за усталостного повреждения конструкции пилона, удерживающего двигатель на крыле, вызванного неправильными процедурами технического обслуживания.
Самолет LOT Flight 7 1980 года разбился из-за усталости вала турбины двигателя, что привело к разрушению двигателя и потере управления.
Рейс 123 Japan Airlines 1985 года разбился после того, как самолет потерял вертикальный стабилизатор из-за неисправного ремонта задней переборки.
Самолет рейса 243 авиакомпании Aloha Airlines 1988 года перенес взрывную декомпрессию на высоте 24 000 футов (7300 м) после усталостного отказа.
Рейс 232 United Airlines 1989 года потерял хвостовой двигатель из-за усталостного отказа ступицы диска вентилятора.
Рейс 1862 Эль-Аль в 1992 году потерял оба двигателя на правом крыле из-за усталостного разрушения опоры пилона двигателя №3.
Крушение поезда Эшеде в 1998 году было вызвано усталостным разрушением одного композитного колеса.
Крушение рельса в Хэтфилде в 2000 году, вероятно, было вызвано усталостью при качении.
Отзыв в 2000 г. 6,5 млн. Шин Firestone на Ford Explorers был вызван ростом усталостных трещин, которые привели к отделению протектора от шины. ^[51]
Самолет рейса 611 Китайских авиалиний 2002 года распался в полете из-за усталостного отказа.
Рейс 101 авиакомпании Chalk's Ocean Airways в 2005 году потерял правое крыло из-за усталостного отказа, вызванного ненадлежащими методами технического обслуживания.
Поезд в Виареджо в 2009 году сошел с рельсов из-за усталостного отказа.
2009 электростанции Саяно-Шушенской авария из - за усталости металла турбинных креплений.
У рейса 66 авиакомпании Air France 2017 в полете произошел отказ двигателя из-за усталостного перелома ступицы вентилятора в условиях холода.

См. Также [ править ]

Авиационная безопасность - состояние, в котором риски, связанные с авиацией, находятся на приемлемом уровне.
Анализ критической плоскости
Встраивание
Криминалистическая материаловедение
Фрактография
Усталость припоя - деградация припоя из-за деформации при циклической нагрузке
Термомеханическая усталость
Вибрационная усталость

Ссылки [ править ]

^ Schijve, J. (2003). «Усталость конструкций и материалов в ХХ веке и современное состояние» . Международный журнал усталости . 25 (8): 679–702. DOI : 10.1016 / S0142-1123 (03) 00051-3 .
^ а б в г Суреш, С. (2004). Усталость материалов . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-57046-6.
^ Ким, WH; Лэрд, К. (1978). «Зарождение трещин и распространение стадии I при высокой усталости - II. Механизм». Acta Metallurgica . 26 (5): 789–799. DOI : 10.1016 / 0001-6160 (78) 90029-9 .
^ a b Мураками, Й .; Миллер, KJ (2005). «Что такое усталостное повреждение? Точка зрения наблюдения за процессом малоцикловой усталости». Международный журнал усталости . 27 (8): 991–1005. DOI : 10.1016 / j.ijfatigue.2004.10.009 .
^ Форсайт, ПРД (1953). «Экссудация материала из полос скольжения на поверхности усталых кристаллов алюминиево-медного сплава». Природа . 171 (4343): 172–173. Bibcode : 1953Natur.171..172F . DOI : 10.1038 / 171172a0 . S2CID 4268548 .
^ Schijve, J. (1978). «В вакууме растут внутренние усталостные трещины» . Инженерная механика разрушения . 10 (2): 359–370. DOI : 10.1016 / 0013-7944 (78) 90017-6 .
^ Пирсон, С. (1975). «Возникновение усталостных трещин в промышленных алюминиевых сплавах и последующее распространение очень коротких трещин». Инженерная механика разрушения . 7 (2): 235–247. DOI : 10.1016 / 0013-7944 (75) 90004-1 .
^ Pippan, R .; Хоэнвартер, А. (2017). «Закрытие усталостной трещины: обзор физических явлений» . Усталость и разрушение инженерных материалов и конструкций . 40 (4): 471–495. DOI : 10.1111 / ffe.12578 . PMC 5445565 . PMID 28616624 .
^ a b Комитет ASTM E08.06 (2013). E647 Стандартный метод испытаний для измерения скорости роста усталостных трещин (Технический отчет). ASTM International. E647-13.
^ Fleck, NA; Шин, CS; Смит, Р.А. (1985). «Рост усталостной трещины при сжимающем нагружении». Инженерная механика разрушения . 21 (1): 173–185. DOI : 10.1016 / 0013-7944 (85) 90063-3 .
^ a b Schutz, W. (1996). «История переутомления». Инженерная механика разрушения . 54 (2): 263–300. DOI : 10.1016 / 0013-7944 (95) 00178-6 .
^ Рэнкин, WJM (1843). «О причинах неожиданной поломки цапф железнодорожных осей и о способах предотвращения таких аварий путем соблюдения закона непрерывности их конструкции» . Протоколы заседаний института инженеров-строителей . 2 (1843): 105–107. DOI : 10.1680 / imotp.1843.24600 .
^ Брейтуэйт, Ф. (1854). «Об усталости и последующем разрушении металлов» . Протоколы заседаний института инженеров-строителей . 13 (1854): 463–467. DOI : 10.1680 / imotp.1854.23960 .
^ Basquin, Огайо (1910). «Экспоненциальный закон испытаний на выносливость». Труды Американского общества испытаний и материалов . 10 : 625–630.
^ Кэдвелл, Сидней; Меррилл; Сломан; Йост (1940). «Динамическая усталостная долговечность резины». Химия и технология резины . 13 (2): 304–315. DOI : 10.5254 / 1.3539515 .
^ а б Майнер, Массачусетс (1945). «Суммарный ущерб от переутомления». Журнал прикладной механики . 12 : 149–164.
^ Палмгрен, AG (1924). "Die Lebensdauer von Kugellagern" [Срок службы роликовых подшипников]. Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure (на немецком языке). 68 (14): 339–341.
^ Мюррей, WM, изд. (1952). «Статистический аспект усталостного разрушения и его последствия». Усталость и разрушение металлов . Technology Press Массачусетского технологического института / Wiley. С. 182–196.
^ Мацуиси, М .; Эндо, Т. (1968). Усталость металлов, подверженных различным нагрузкам . Японское общество инженеров-механиков.
^ Эльбер, Вольф (1970). «Закрытие усталостной трещины при циклическом растяжении». Инженерная механика разрушения . 2 : 37–45.
^ Эльбер, Вольф (1971). Значение закрытия усталостной трещины, ASTM STP 486 . Американское общество испытаний и материалов. С. 230–243.
^ Браун, MW; Миллер, KJ (1973). «Теория усталостного разрушения в условиях многоосного напряженно-деформированного состояния». Труды института инженеров-механиков . 187 (1): 745–755. DOI : 10.1243 / PIME_PROC_1973_187_161_02 .
^ Стивенс, Род-Айленд; Фукс, ХО (2001). Усталость металлов в технике (2-е изд.). Джон Вили и сыновья. п. 69 . ISBN 978-0-471-51059-8.
^ Bathias, C. (1999). «Металлические материалы не обладают бесконечной усталостной долговечностью». Усталость и разрушение инженерных материалов и конструкций . 22 (7): 559–565. DOI : 10,1046 / j.1460-2695.1999.00183.x .
^ Шигли, JE; Mischke, CR; Будинас, Р.Г. (2003). Машиностроительное проектирование (7-е изд.). Макгроу Хилл Высшее образование . ISBN 978-0-07-252036-1.
^ Eskandari, H .; Ким, HS (2017). «Теория математической основы и функции усталостных повреждений для самолета SN». In Wei, Z .; Никбин, К .; Маккиган, ПК; Харлоу, Г. Д. (ред.). Планирование испытаний на усталость и разрушение, сбор и анализ данных испытаний . Избранные технические документы ASTM. 1598 . С. 299–336. DOI : 10.1520 / STP159820150099 . ISBN 978-0-8031-7639-3.
^ Бурхан, Ибрагим; Ким, Хо Сон (сентябрь 2018 г.). «Модели кривой SN для определения характеристик композитных материалов: оценочный обзор» . Журнал науки о композитах . 2 (3): 38–66. DOI : 10,3390 / jcs2030038 .
^ Вейбулла, Waloddi (1961). Усталостные испытания и анализ результатов . Оксфорд: Издано Pergamon Press для Консультативной группы по авиационным исследованиям и разработкам Организации Североатлантического договора. ISBN 978-0-08-009397-0. OCLC 596184290 .
^ Ким, Хо Сон (2019-01-01). «Прогнозирование кривых SN при различных соотношениях напряжений для конструкционных материалов» . Структурная целостность процедур . Расчет на усталость 2019, Международная конференция по расчету на усталость, 8-е издание. 19 : 472–481. DOI : 10.1016 / j.prostr.2019.12.051 . ISSN 2452-3216 .
^ Kawai, M .; Ито, Н. (2014). «Диаграмма анизоморфной постоянной долговечности однонаправленного углеродно-эпоксидного ламината при внеосевой усталостной нагрузке при комнатной температуре». Журнал композитных материалов . 48 (5): 571–592. Bibcode : 2014JCoMa..48..571K . CiteSeerX 10.1.1.826.6050 . DOI : 10.1177 / 0021998313476324 . S2CID 137221135 .
^ Ким, HS (2016). Механика твердого тела и разрушения (2-е изд.). Издательство Ventus Publishing. ISBN 978-87-403-1395-6.
^ Beardmore, R. (13 января 2013). «Виды действия усталостного стресса» . Roymechx. Архивировано из оригинала 12 января 2017 года . Проверено 29 апреля 2012 года .
^ tec-science (13.07.2018). «Тест на усталость» . тек-наука . Проверено 25 октября 2019 .
^ Пирсон, С. (1975). «Возникновение усталостных трещин в промышленных алюминиевых сплавах и последующее распространение очень коротких трещин». Инженерная механика разрушения . 7 (2): 235–247. DOI : 10.1016 / 0013-7944 (75) 90004-1 .
^ Сандер, R .; Seetharam, SA; Бхаскаран Т.А. (1984). «Подсчет циклов для анализа роста усталостной трещины». Международный журнал усталости . 6 (3): 147–156. DOI : 10.1016 / 0142-1123 (84) 90032-X .
^ Udomphol, Т. (2007). «Усталость металлов» (PDF) . Технологический университет Суранари. п. 54. Архивировано из оригинального (PDF) 02.01.2013 . Проверено 26 января 2013 .
Перейти ↑ Lincoln, JW (1985). «Оценка риска стареющего военного самолета». Журнал самолетов . 22 (8): 687–691. DOI : 10.2514 / 3.45187 .
^ "Material Technologies, Inc. завершает инспекцию моста в Нью-Джерси EFS" (пресс-релиз). Материальные технологии. 17 апреля 2007 г.
^ «Установка втулки с высоким уровнем помех» . Усталостная техника . Проверено 24 июня 2019 .
^ Бейкер, Алан (2008). Мониторинг структурного состояния при ремонте склеенными композитными заплатами на крыле F-111C с трещинами от усталости (PDF) . Организация оборонной науки и технологий . Проверено 24 июня 2019 .
^ Хоффер, W. (июнь 1989 г.). «Ужасы в небе» . Популярная механика . 166 (6): 67–70, 115–117.
^ Can Yildirim, H .; Маркиз, Великобритания (2012). «Коэффициенты повышения усталостной прочности сварных соединений высокопрочных сталей, подвергнутых высокочастотным механическим воздействиям». Международный журнал усталости . 44 : 168–176. DOI : 10.1016 / j.ijfatigue.2012.05.002 .
^ Can Yildirim, H .; Маркиз, Великобритания; Барсум, З. (2013). «Оценка усталости угловых швов, улучшенных высокочастотным механическим воздействием (HFMI), локальными методами». Международный журнал усталости . 52 : 57–67. DOI : 10.1016 / j.ijfatigue.2013.02.014 .
^ "Холодная установка втулки" . Усталостная техника . Проверено 20 июля 2019 .
^ "Исследования (лазерная обработка)" . ЛАМП.
^ "Результаты поиска для" усталости " " . База данных криогенной обработки.
^ «Продление срока службы планера путем оптимизированной переработки формы» (PDF) . Проверено 24 июня 2019 .
^ "ObjectWiki: Фюзеляж авиалайнера кометы de Havilland G-ALYP" . Научный музей. 24 сентября 2009 года архивация с оригинала на 7 января 2009 года . Проверено 9 октября 2009 года .
^ Александера Л. Kielland авария, отчет норвежской общественной комиссии назначен королевским указом от 28 марта 1980 года, представлены в Министерство юстиции и полиции марта . Норвежские публичные отчеты 1981: 11. Министерство юстиции и общественной безопасности Норвегии. 1981. ASIN B0000ED27N .
^ Редмонд, Джерард. «От« безопасной жизни »к механике разрушения - испытание самолета F111 при низких температурах в RAAF Amberley» . Проверено 17 апреля 2019 года .
^ Ansberry, C. (5 февраля 2001). «В исследовании шин Firestone эксперт пришел к выводу, что причиной отказа был вес автомобиля» . Wall Street Journal . Проверено 6 сентября 2016 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

Персонал PDL (1995). Усталостные и трибологические свойства пластиков и эластомеров . Библиотека дизайна пластмасс. ISBN 978-1-884207-15-0.
Лири, М .; Бервилл, К. (2009). «Применимость опубликованных данных для расчета с ограничением по усталости». Международная организация по обеспечению качества и надежности . 25 (8): 921–932. DOI : 10.1002 / qre.1010 .
Дитер, GE (2013). Механическая металлургия . Макгроу-Хилл. ISBN 978-1259064791.
Литтл, RE; Jebe, EH (1975). Статистический дизайн экспериментов на усталость . Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-470-54115-9.
Schijve, J. (2009). Усталость конструкций и материалов . Springer. ISBN 978-1-4020-6807-2.
Лаланн, К. (2009). Усталостное повреждение . ISTE - Wiley. ISBN 978-1-84821-125-4.
Пок, Л. (2007). Metal Fatigue, что это такое и почему это важно . Springer. ISBN 978-1-4020-5596-6.
Дрейпер, Дж. (2008). Современный анализ усталости металлов . EMAS. ISBN 978-0-947817-79-4.
Суреш, С. (2004). Усталость материалов . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-57046-6.
Ким, HS (2018). Механика твердого тела и разрушения, 3-е изд . Букбун, Лондон. ISBN 978-87-403-2393-1.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме материальной усталости .

Усталость Шон М. Келли
Рекомендации по распространению усталостной трещины в СВМПЭ
видео об испытании на усталость Университет прикладных наук Карлсруэ
Метод деформации жизни Г. Глинка
Усталость от нагрузки переменной амплитуды А. Фатеми

[1] Schijve, J. (2003). «Усталость конструкций и материалов в ХХ веке и современное состояние» . Международный журнал усталости . 25 (8): 679–702. DOI : 10.1016 / S0142-1123 (03) 00051-3 .

[suresh04-2] а б в г Суреш, С. (2004). Усталость материалов . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-57046-6.

[Laird-3] Ким, WH; Лэрд, К. (1978). «Зарождение трещин и распространение стадии I при высокой усталости - II. Механизм». Acta Metallurgica . 26 (5): 789–799. DOI : 10.1016 / 0001-6160 (78) 90029-9 .

[murakami05-4] Мураками, Й .; Миллер, KJ (2005). «Что такое усталостное повреждение? Точка зрения наблюдения за процессом малоцикловой усталости». Международный журнал усталости . 27 (8): 991–1005. DOI : 10.1016 / j.ijfatigue.2004.10.009 .

[forsythe-5] Форсайт, ПРД (1953). «Экссудация материала из полос скольжения на поверхности усталых кристаллов алюминиево-медного сплава». Природа . 171 (4343): 172–173. Bibcode : 1953Natur.171..172F . DOI : 10.1038 / 171172a0 . S2CID 4268548 .

[6] Schijve, J. (1978). «В вакууме растут внутренние усталостные трещины» . Инженерная механика разрушения . 10 (2): 359–370. DOI : 10.1016 / 0013-7944 (78) 90017-6 .

[7] Пирсон, С. (1975). «Возникновение усталостных трещин в промышленных алюминиевых сплавах и последующее распространение очень коротких трещин». Инженерная механика разрушения . 7 (2): 235–247. DOI : 10.1016 / 0013-7944 (75) 90004-1 .

[8] Pippan, R .; Хоэнвартер, А. (2017). «Закрытие усталостной трещины: обзор физических явлений» . Усталость и разрушение инженерных материалов и конструкций . 40 (4): 471–495. DOI : 10.1111 / ffe.12578 . PMC 5445565 . PMID 28616624 .

[e647-9] Комитет ASTM E08.06 (2013). E647 Стандартный метод испытаний для измерения скорости роста усталостных трещин (Технический отчет). ASTM International. E647-13.

[10] Fleck, NA; Шин, CS; Смит, Р.А. (1985). «Рост усталостной трещины при сжимающем нагружении». Инженерная механика разрушения . 21 (1): 173–185. DOI : 10.1016 / 0013-7944 (85) 90063-3 .

[schutz-11] Schutz, W. (1996). «История переутомления». Инженерная механика разрушения . 54 (2): 263–300. DOI : 10.1016 / 0013-7944 (95) 00178-6 .

[12] Рэнкин, WJM (1843). «О причинах неожиданной поломки цапф железнодорожных осей и о способах предотвращения таких аварий путем соблюдения закона непрерывности их конструкции» . Протоколы заседаний института инженеров-строителей . 2 (1843): 105–107. DOI : 10.1680 / imotp.1843.24600 .

[13] Брейтуэйт, Ф. (1854). «Об усталости и последующем разрушении металлов» . Протоколы заседаний института инженеров-строителей . 13 (1854): 463–467. DOI : 10.1680 / imotp.1854.23960 .

[14] Basquin, Огайо (1910). «Экспоненциальный закон испытаний на выносливость». Труды Американского общества испытаний и материалов . 10 : 625–630.

[15] Кэдвелл, Сидней; Меррилл; Сломан; Йост (1940). «Динамическая усталостная долговечность резины». Химия и технология резины . 13 (2): 304–315. DOI : 10.5254 / 1.3539515 .

[miner-16] а б Майнер, Массачусетс (1945). «Суммарный ущерб от переутомления». Журнал прикладной механики . 12 : 149–164.

[17] Палмгрен, AG (1924). "Die Lebensdauer von Kugellagern" [Срок службы роликовых подшипников]. Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure (на немецком языке). 68 (14): 339–341.

[18] Мюррей, WM, изд. (1952). «Статистический аспект усталостного разрушения и его последствия». Усталость и разрушение металлов . Technology Press Массачусетского технологического института / Wiley. С. 182–196.

[Matsuishi-19] Мацуиси, М .; Эндо, Т. (1968). Усталость металлов, подверженных различным нагрузкам . Японское общество инженеров-механиков.

[20] Эльбер, Вольф (1970). «Закрытие усталостной трещины при циклическом растяжении». Инженерная механика разрушения . 2 : 37–45.

[21] Эльбер, Вольф (1971). Значение закрытия усталостной трещины, ASTM STP 486 . Американское общество испытаний и материалов. С. 230–243.

[22] Браун, MW; Миллер, KJ (1973). «Теория усталостного разрушения в условиях многоосного напряженно-деформированного состояния». Труды института инженеров-механиков . 187 (1): 745–755. DOI : 10.1243 / PIME_PROC_1973_187_161_02 .

[Stephens-23] Стивенс, Род-Айленд; Фукс, ХО (2001). Усталость металлов в технике (2-е изд.). Джон Вили и сыновья. п. 69 . ISBN 978-0-471-51059-8.

[Bathias-24] Bathias, C. (1999). «Металлические материалы не обладают бесконечной усталостной долговечностью». Усталость и разрушение инженерных материалов и конструкций . 22 (7): 559–565. DOI : 10,1046 / j.1460-2695.1999.00183.x .

[25] Шигли, JE; Mischke, CR; Будинас, Р.Г. (2003). Машиностроительное проектирование (7-е изд.). Макгроу Хилл Высшее образование . ISBN 978-0-07-252036-1.

[26] Eskandari, H .; Ким, HS (2017). «Теория математической основы и функции усталостных повреждений для самолета SN». In Wei, Z .; Никбин, К .; Маккиган, ПК; Харлоу, Г. Д. (ред.). Планирование испытаний на усталость и разрушение, сбор и анализ данных испытаний . Избранные технические документы ASTM. 1598 . С. 299–336. DOI : 10.1520 / STP159820150099 . ISBN 978-0-8031-7639-3.

[Burhan_and_Kim-27] Бурхан, Ибрагим; Ким, Хо Сон (сентябрь 2018 г.). «Модели кривой SN для определения характеристик композитных материалов: оценочный обзор» . Журнал науки о композитах . 2 (3): 38–66. DOI : 10,3390 / jcs2030038 .

[28] Вейбулла, Waloddi (1961). Усталостные испытания и анализ результатов . Оксфорд: Издано Pergamon Press для Консультативной группы по авиационным исследованиям и разработкам Организации Североатлантического договора. ISBN 978-0-08-009397-0. OCLC 596184290 .

[29] Ким, Хо Сон (2019-01-01). «Прогнозирование кривых SN при различных соотношениях напряжений для конструкционных материалов» . Структурная целостность процедур . Расчет на усталость 2019, Международная конференция по расчету на усталость, 8-е издание. 19 : 472–481. DOI : 10.1016 / j.prostr.2019.12.051 . ISSN 2452-3216 .

[30] Kawai, M .; Ито, Н. (2014). «Диаграмма анизоморфной постоянной долговечности однонаправленного углеродно-эпоксидного ламината при внеосевой усталостной нагрузке при комнатной температуре». Журнал композитных материалов . 48 (5): 571–592. Bibcode : 2014JCoMa..48..571K . CiteSeerX 10.1.1.826.6050 . DOI : 10.1177 / 0021998313476324 . S2CID 137221135 .

[31] Ким, HS (2016). Механика твердого тела и разрушения (2-е изд.). Издательство Ventus Publishing. ISBN 978-87-403-1395-6.

[32] Beardmore, R. (13 января 2013). «Виды действия усталостного стресса» . Roymechx. Архивировано из оригинала 12 января 2017 года . Проверено 29 апреля 2012 года .

[33] tec-science (13.07.2018). «Тест на усталость» . тек-наука . Проверено 25 октября 2019 .

[34] Пирсон, С. (1975). «Возникновение усталостных трещин в промышленных алюминиевых сплавах и последующее распространение очень коротких трещин». Инженерная механика разрушения . 7 (2): 235–247. DOI : 10.1016 / 0013-7944 (75) 90004-1 .

[35] Сандер, R .; Seetharam, SA; Бхаскаран Т.А. (1984). «Подсчет циклов для анализа роста усталостной трещины». Международный журнал усталости . 6 (3): 147–156. DOI : 10.1016 / 0142-1123 (84) 90032-X .

[36] Udomphol, Т. (2007). «Усталость металлов» (PDF) . Технологический университет Суранари. п. 54. Архивировано из оригинального (PDF) 02.01.2013 . Проверено 26 января 2013 .

[37] Перейти ↑ Lincoln, JW (1985). «Оценка риска стареющего военного самолета». Журнал самолетов . 22 (8): 687–691. DOI : 10.2514 / 3.45187 .

[Material_Technologies-38] "Material Technologies, Inc. завершает инспекцию моста в Нью-Джерси EFS" (пресс-релиз). Материальные технологии. 17 апреля 2007 г.

[39] «Установка втулки с высоким уровнем помех» . Усталостная техника . Проверено 24 июня 2019 .

[40] Бейкер, Алан (2008). Мониторинг структурного состояния при ремонте склеенными композитными заплатами на крыле F-111C с трещинами от усталости (PDF) . Организация оборонной науки и технологий . Проверено 24 июня 2019 .

[41] Хоффер, W. (июнь 1989 г.). «Ужасы в небе» . Популярная механика . 166 (6): 67–70, 115–117.

[42] Can Yildirim, H .; Маркиз, Великобритания (2012). «Коэффициенты повышения усталостной прочности сварных соединений высокопрочных сталей, подвергнутых высокочастотным механическим воздействиям». Международный журнал усталости . 44 : 168–176. DOI : 10.1016 / j.ijfatigue.2012.05.002 .

[43] Can Yildirim, H .; Маркиз, Великобритания; Барсум, З. (2013). «Оценка усталости угловых швов, улучшенных высокочастотным механическим воздействием (HFMI), локальными методами». Международный журнал усталости . 52 : 57–67. DOI : 10.1016 / j.ijfatigue.2013.02.014 .

[44] "Холодная установка втулки" . Усталостная техника . Проверено 20 июля 2019 .

[45] "Исследования (лазерная обработка)" . ЛАМП.

[46] "Результаты поиска для" усталости " " . База данных криогенной обработки.

[47] «Продление срока службы планера путем оптимизированной переработки формы» (PDF) . Проверено 24 июня 2019 .

[48] "ObjectWiki: Фюзеляж авиалайнера кометы de Havilland G-ALYP" . Научный музей. 24 сентября 2009 года архивация с оригинала на 7 января 2009 года . Проверено 9 октября 2009 года .

[49] Александера Л. Kielland авария, отчет норвежской общественной комиссии назначен королевским указом от 28 марта 1980 года, представлены в Министерство юстиции и полиции марта . Норвежские публичные отчеты 1981: 11. Министерство юстиции и общественной безопасности Норвегии. 1981. ASIN B0000ED27N .

[50] Редмонд, Джерард. «От« безопасной жизни »к механике разрушения - испытание самолета F111 при низких температурах в RAAF Amberley» . Проверено 17 апреля 2019 года .

[51] Ansberry, C. (5 февраля 2001). «В исследовании шин Firestone эксперт пришел к выводу, что причиной отказа был вес автомобиля» . Wall Street Journal . Проверено 6 сентября 2016 года .

[1]