Co to jest wysoki cykl zmęczenia, HCF?

Wysoki poziom zmęczenia

Wysokie zmęczenie cyklowe (HCF) odnosi się do awarii zmęczenia materiału z stosunkowo dużą liczbą cykli obciążenia, która występuje w komponentach, w których naprężenie jest stosunkowo niskie, a deformacja jest przede wszystkim elastyczna.

Przykłady wysokiego zmęczenia cyklicznego obejmują:

części obrotowe ∼ wały, zęby biegów, dyski i łopaty turbin w silnikach i maszynach; skrzydła statków powietrznych pod obciążeniami aerodynamicznymi;

sprężyny samochodowe i pręty łączące; mosty ▌środki, trasy i połączenia w mostach podlegających dużemu ruchowi;

budowle morskie ∼ budowle narażone na obciążenie falami;

budynki przemysłowe ̇ łożyska dźwigów; urządzenia dźwigowe ̇ żurawie, dźwigarki, dźwignie.

Uznaje się, że arbitralna klasyfikacja pomiędzy wysokim i niskim cyklem zmęczenia (LCF) wynosi około 10 000 do 100 000 cykli.

Ogólnie rzecz biorąc, wysokie zmęczenie cyklowe jest spowodowane naprężeniami przemiennymi w zakresie elastycznym lub nieznacznie nieelastycznym,podczas gdy zmęczenie niskiego cyklu jest zwykle w zakresie nieelastycznym lub plastycznym, który wykazuje duże obciążenia.

Charakterystyka zmęczenia z dużym cyklem

Niski poziom stresu:Wykorzystane naprężenie zmienne jest znacznie niższe niż wytrzymałość materiału, powodując tylko makroskopowe deformacje elastyczne, które można w pełni odzyskać po rozładunku.

Długa trwałość w przypadku zmęczenia:Liczba cykli stresowych przed złamania jest bardzo wysoka, zwykle między 105 a 109 lub nawet wyższa.

Mechanizm pęknięcia:Przy mikroskopijnych wadach, włączeniach lub koncentracjach naprężenia w materiale powtarzające się naprężenia elastyczne powodują ruch zwichnięcia, tworząc mikrokraki.Pęknięcia powoli i stale rozprzestrzeniają się w kierunku prostopadłym do głównego napięciaKiedy pęknięcie osiąga rozmiar krytyczny, a pozostały przekrój nie może wytrzymać obciążenia, występuje nagłe łamliwe złamanie.

Morfologia złamań:

W sprawieMakroskopowepowierzchnia złamania jest płaska i gładka, obszar rozprzestrzeniania się zmęczenia zajmuje zdecydowaną większość powierzchni, a obszar błyskawicznego złamania jest bardzo mały.

Mikroskopowo(SEM) można zaobserwować dużą liczbę drobnych, równoległych strzałów zmęczenia (szlaki rozwoju pęknięć z każdego cyklu).

Zastosowania inżynieryjne i typowe przypadki:

Maszyny obracające się: wały kurczowe silnika, wały napędowe, przekładnie.

Elastyczne elementy: sprężyny, zawieszenia.

Konstrukcje lotnicze: skrzydła, łopaty silników.

Konstrukcje cywilne: mosty, tory (noszące długotrwałe obciążenia cykliczne pojazdów).