Hiện tượng mỏi có thể được giải thích là sự suy yếu của vật liệu do tác dụng của tải trọng dao động dẫn đến hư hỏng cấu trúc của vật liệu và cuối cùng là hỏng hóc. Thiệt hại bắt đầu cục bộ và tích tụ theo thời gian và có thể kết thúc trong một thảm họa.
Để hiểu rõ hơn, mình có một vài ví dụ về Độ bền mỏi của vật liệu:
- Một điểm trên bánh xe của toa tàu khi nó tiếp xúc với đường ray. Khi tiếp xúc, điểm này trên bánh xe chịu tải trọng nén bởi rãnh kim loại. Lực nén lên điểm đó giảm dần khi xe di chuyển. Điều này xảy ra một lần mỗi vòng quay và sẽ xảy ra hàng triệu lần trong một hành trình.
- Giao thông qua cầu tác dụng một tải trọng dao động lên cầu. Cầu chịu tải trọng võng cao nhất khi xe lưu thông gần giữa cầu nhất. Lực lượng này được loại bỏ khi không có giao thông.
- Vỏ thuyền khi vượt sóng chịu tác dụng của lực kéo và lực nén không đổi khi di chuyển.
Hiểu rõ hơn về nó
Mệt mỏi hỏng hóc là điều mà ai cũng gặp phải khi cố gắng làm đứt dây kim loại. Một sợi dây kẽm chẳng hạng.
Quá trình bao gồm uốn dây qua lại nhiều lần. Mỗi lần uốn tới lui là một chu kỳ. Khi dây cuối cùng bị đứt, bạn có thể đếm số chu kỳ mà nó cần để dẫn đến vết nứt ban đầu và lần đứt cuối cùng.
Biết số chu kỳ và ứng suất gia tải cho biết độ bền mỏi của vật liệu đó.
Nếu bạn cố gắng làm đứt dây chỉ bằng cách kéo từ cả hai đầu, yêu cầu lực sẽ khá cao. Đồng thời, việc bẻ cong chỉ cần những lực rất nhỏ và đạt được kết quả tương tự.
Dây chịu tải trọng dao động tại điểm uốn do phần trên và dưới của tiết diện dây lần lượt bị kéo căng và nén. Đủ số chu kỳ tải thì đứt dây.
Đây là một ví dụ về sự mỏi của vật liệu. Do đó, nó có thể xảy ra khá dễ dàng ngay cả ở tải nhỏ và số chu kỳ tải nhỏ, tùy thuộc vào vật liệu.
Cũng cần nhắc lại rằng sự mỏi không xảy ra dần dần. Nó là tức thời, giống như một vật liệu giòn chỉ vỡ ra thành những mảnh nhỏ hơn.
Quá trình phát sinh
Nó cũng khó dự đoán hơn nhiều so với thất bại thông thường vì có rất ít dấu hiệu trước. Những dấu hiệu này rất khó nhận biết bằng mắt thường. Trong thất bại thường xuyên, do tải quá mức, cổ thắt sẽ được quan sát nhưng không có cổ thắt trước khi sự cố xảy ra mệt mỏi. Điều này làm cho chúng ta không thể dự đoán chính xác vào thời điểm nào một bộ phận sẽ hỏng do mệt mỏi.
Để ngăn chặn tình trạng như vậy, các bộ phận phải được kiểm tra chặt chẽ và thay đổi sau một số chu kỳ tải khuyến nghị. Số chu kỳ phụ thuộc vào đặc tính vật liệu và độ lớn của tải trọng. Tải cao hơn có nghĩa là vòng đời ngắn hơn.
Khi vật liệu tiếp xúc liên tục với tải theo chu kỳ, các vết nứt nhỏ bắt đầu phát triển tại các điểm ứng suất cao. Các vết nứt này có thể được quan sát bằng các phương pháp thử không phá hủy.
Kiểm tra không phá hủy
Thử nghiệm thấm thuốc nhuộm để kiểm tra các thanh kết nối của động cơ máy.
Sự lan truyền vết nứt
Khi vết nứt mỏi đã xảy ra, nó sẽ lan truyền qua bộ phận với mọi chu kỳ tải. Trong khi trải qua vật liệu, nó thường sẽ tạo ra các vân trên bề mặt.
Các vết rạn là các vết trên bề mặt thể hiện vị trí của đầu vết nứt. Những vết nứt này là một câu chuyện kể về sự phát triển của một vết nứt mỏi. Sự lan truyền vết nứt cực kỳ chậm khi vết nứt được bắt đầu lần đầu tiên và được gọi là sự phát triển vết nứt ở Giai đoạn I.
Phá hủy vật liệu
Khi vết nứt đạt đến kích thước tới hạn và cường độ ứng suất tại điểm vượt quá độ dẻo dai đứt gãy của vật liệu, vết nứt sẽ lan truyền với tốc độ cao.
Loại lan truyền nhanh này được gọi là sự phát triển vết nứt Giai đoạn II và nó xảy ra theo hướng vuông góc với lực tác dụng.
Theo thời gian, vật liệu không thể chịu tải thêm nữa và xảy ra hiện tượng đứt gãy hoàn toàn.
Tính toán sự bền mổ trong thiết kế
- Được thiết kế trong giới hạn độ bền
- Thường xuyên đổi mới các bộ phận dễ bị tổn thương
- Khả năng chịu thiệt hại
Giới hạn chịu bền mỏi
Rõ ràng là từ đồ thị rằng đường cong SN trở nên phẳng dần khi các giá trị ứng suất được giảm xuống. Đây là trường hợp của hầu hết các vật liệu.
Có một điểm mà đường cong của thép trở thành ngang. Điều này có nghĩa là dưới giá trị ứng suất này, vật liệu sẽ không bao giờ hỏng vì mỏi. Giới hạn căng thẳng này được gọi là giới hạn chịu đựng.
Công nghệ Tiện đầu trượt của Swiss Lathe ( Sliding Head )
Khi chi tiết máy chịu ứng suất tĩnh bị phá hỏng, gọi là bị phá hỏng do ứng suất tĩnh. Hay nói cách khác, chi tiết máy không đủ sức bền tĩnh. Tính toán chi tiết máy để ngăn chặn dạng hỏng này được gọi là tính toán theo sức bền tĩnh.
Khi chi tiết máy bị phá hỏng bởi ứng suất thay đổi, gọi là bị phá hỏng do mỏi, hay chi tiết máy không đủ sức bền mỏi. Tính toán chi tiết máy để ngăn chặn dạng hỏng này, gọi là tính toán theo sức bền mỏi.
Khi ứng suất tĩnh vượt quá giá trị ứng suất giới hạn, chi tiết máy bị phá hỏng đột ngột. Vết gẫy nhám và mới, quan sát dưới kính hiển vi thấy rõ kết cấu hạt kim loại (Hình 1-7).
Quá trình hỏng do mỏi xảy ra từ từ, theo trình tự như sau:
- Sau một số chu kỳ ứng suất nhất định, tại những chỗ có tập trung ứng suất trên chi tiết máy sẽ suất hiện các vết nứt nhỏ.
- Vết nứt này phát triển lớn dần lên, làm giảm dần diện tích tiết diện chịu tải của chi tiết máy, do đó làm tăng giá trị ứng suất.
- Cho đến khi chi tiết máy không còn đủ sức bền tĩnh thì nó bị phá hỏng.
Quan sát vết gẫy thấy rõ phần chi tiết máy bị hỏng do mỏi - bề mặt cũ và nhẵn - và phần chi tiết máy bị hỏng do không đủ sức bền tĩnh - bề mặt mới và nhám (Hình 1-8).
Chi tiết máy sẽ bị phá hỏng do mỏi, khi mà ứng suất sinh ra trong chi tiết máy (σ, τ) lớn hơn ứng suất cho phép ([σ], [τ]). Giá trị ứng suất cho phép được chọn không những phụ thuộc vào cơ tính của vật liệu chế tạo chi tiết máy, mà còn phụ thuộc vào số chu kỳ cần làm việc của chi tiết máy. Số chu kỳ cần làm việc càng ít thì giá trị của ứng suất cho phép có thể chọn càng cao.
Người ta đã làm các thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa giá trị ứng suất và số chu kỳ làm việc cho đến khi hỏng của chi tiết máy, biểu diễn trên Hình 1-9. Đây chính là đường cong mỏi của chi tiết máy trong hệ tọa độ đề các ONσ.
Trong đó:
- NO: là số chu kỳ cơ sở.
- σr : giới hạn mỏi của vật liệu.
- m : mũ của đường cong mỏi.
- σN : giới hạn mỏi ngắn hạn: σN=KNσr .
- KN: hệ số tăng giới hạn mỏi ngắn hạn:
Xem thêm: Những nhân tố ảnh hưởng đến sức bền mỏi của chi tiết máy
Thời gian đăng: 29-10-2018 11:39 | 3196 lượt xem
Độ bền mỏi của vật liệu là gì?
Trong thiết bị có một số cấu kiện rất thường chịu tải lặp đi lặp lại trong một thời gian dài. Việc kiểm tra độ bển mỏi có giá trị đặc biệt cho các cấu kiện như là đinh ốc, cốt và trục. Những cấu kiện này có thể bị gãy cho dù lực tải rất thấp so với độ bền kéo của vật liệu. Người ta gọi loại gãy này là độ gãy bền hay độ gãy mỏi (Hình 1).
Gãy bền có thể nhận được dưới dạng mặt gãy. Mặt gãy có đường nứt ban đẩu, có bể mặt gãy mỏi với dấu mòn và mặt gây quá tải.
Độ bền mỏi được kiểm tra trong thử nghiệm mỏi qua rung. Mẫu thử được đưa vào chịu tải với lực kéo và lực ép luân phiên thay đổi nhanh với tẩn số thí dụ như 50 dao động trong một giây (Hình 2).
Trong việc kiểm tra bền mỏi có thể có những miền lực tải khác nhau (Hình 3)
Lực tải có thề thay đổi bất thường quanh điểm không (ơ = 0), được gọi là tải đổi chiều (tải đổi dấu). Nếu trị sổ trung bình của ứng suất ở vùng ép (ơ < 0), hay vùng kéo (ơ > 0), người ta gọi là tải ngưỡng ép hay tải ngưỡng kéo. Trị 5ố tối đa của ứng suất được gọi là biên độ ứng suất ƠA.
Mỗi một thử nghiệm mỏi qua rung chạy cho đến khi mẫu kiểm tra gãy hoặc cho đến số chu kỳ dao động (sốlẩn tải luân phiên thay đổi, chu trinh ứng suất) lên đến 1 o7 = 10.000.000. số chu kỳ gãy N được đo khi bị gãy.
Mỗi loạt thử nghiệm bển mỏi bao gồm khoảng 10 lượt kiểm tra với mẫu cùng vật liệu. Biên độ ứng suất ƠA của tải dao động đổi chiều được khởi đẩu ở giới hạn đàn hổi Re và giảm từ lượt kiểm tra này đến lượt khác.
Kết quả của từng lượt kiểm tra được ghi vào trong một biểu đổ (Hình 4). Đường nối của những điểm đo thành biểu đổ Wohler (August Wohler: Nhà nghiên cứu vật liệu). Biểu đổ sụt xuống đoạn đầu và tới độ chu kỳ 1 o6 = 1.000.000 chuyển sang hướng nằm ngang. Biên độ ứng suất của đoạn này được gọi là độ bền mỏi ƠD.
Nếu một vật liệu chịu tải với một ứng suất dao động (đổi chiều) thấp hơn độ bền mỏi, nó sẽ không bị gãy mỏi cho dù số lượng chu kỳ dao động đến mức vô tận, người ta gọi vật liệu này có độ bền mỏi. Loại thép hợp kim được trình bày trong hình 4 có độ bền mỏi khi bị ứng suất dao động dưới 180 N/mm2.
Nếu loại thép này bị tác động trên mức bền mỏi, nó sẽ bị gãy sau số chu kỳ dao động, gọi là giới hạn mỏi, người ta gọi vật liệu này có giới hạn bền mỏi. Vật liệu trong hình 4 thí dụ chỉ chịu được 5000 chu kỳ dao động ở ứng lực xoay chiểu (tải đổi chiều) 500 N/mm2. Độ bền mỏi tùy thuộc hình dạng. Chỉ số vật liệu do kết quả của thử nghiệm bển mỏi qua dao động có giá trị cho mẫu thử trơn, cấu kiện máy có hình dạng thích nghi với chức năng.
Để biết được khả năng tải của một cấu kiện máy cụ thể, phải thử nghiệm bền mỏi qua rung với mẫu có hình dạng của cấu kiện ấy. Những kết quả độ bển mỏi tìm ra được gọi là độ bền mỏi tùy thuộc hình dạng.
>>> Xem ngay tất cả các máy thử bền mỏi uốn gập dành cho nhựa, cao su, kim loại tại đây!
Dao Quang Duy
Theo (3BSCITECH)
Bình luận
Bình luận bằng tài khoản Facebook | Bình luận bằng tài khoản Google+