התעייפות
התעייפות היא סוג של שבר המתרחש במבנים הנתונים תחת לחץ דינמי ותנודתי (למשל, גשרים, מטוסים, חלקי מכונות). תחת תנאים אלו יכל להיווצר שבר גם במאמץ משמעותית נמוך יותר מהמאמץ כניעה.
אנו קוראים לתופעה זו “התעייפות” מאחר וסוג זה של שבר לרוב מתרחש רק לאחר זמנים ממושכים של מאמץ החוזר על עצמו.
התעייפות היא תופעה מאוד נפוצה, בייחוד במתכות - כ-90% מכלל השברים המתכתיים. גם פולימורים וקרמיים (חוץ מזכוכית) רגישים לסוג שבר זה. מעבר לכך, התעייפות היא מאוד קטסטורפית - היא מגיעה בפתאומיות, וללא שום אזהרה. הכשל בהתעייפות הינו כשל פריך גם עבור חומרים משיכים (כמעט ואין דפורמציה פלסטית).
הסיבה לשבר הינה היווצרות סדקים מיקרוסקופיים המתפתחים בפני השטח:
הסדקים המתפתחים חודרים לעומק הדגם ומקטינים את שטח החתך הפעיל הנושא בעומס.
מאמצים מחזוריים
המאמץ המופעל יכל להיות צירי (מתיחה/לחיצה), כיפופי, או פיתולי. בנוסף, אנו מבדילים בין שלושה סוגים שונים של מאמץ תנודתי:
מאמץ מחזורי כתלות בזמן, בו האמפליטודה סימטרית ביחס לאפס.
מאמץ מחזורי כתלות בזמן, בו האמפליטודה סימטרית ביחס למאמץ ממוצע מסוים (לא אפסי).
מאמץ מחזורי רנדומלי.
באיורים הנ”ל נתונים גם פרמטרים המאפיינים את המאמץ המחזורי:
הגדרה:
מאמץ ממוצע:
טווח המאמץ:
אמפליטודת המאמץ:
יחס המאמצים:
עקומת S-N
כמו תכונות מכניות אחרות, מאפייני ההתעייפות של חומרים ניתנים לקביעה ע”י ניסויים ובדיקות מעבדה. מספר בדיקות נעשות על דגם תחת מאמץ מחזורי גבוה (מאמץ מקסימלי כשני שליש מהמאמץ כניעה). מספר המחזורים לכניעה נספר. בדיקה זו חוזרת על דגמים אחרים במאמצים מקסימליים יותר יותר נמוכים. מציגים את המידה כעקומת S-N, התארת את מספר המחזורים עד לכשל עבור אמפליטודת מאמץ נתונה.
עקומות S-N מייצגות מקרים בהן
ישנם שני סוגי עקומות S-N. עבור חלק מהסגסוגות ברזל וטיטניום, העקומת S-N משתטחת עבור ערכי
ברוב הסגסוגות הלא ברזליות אין גבול התעייפות - כך שהעקומת S-N ממשיכה את המגמת ירידה שלה.
במקרים בהם
נוסחה:
כאשר
הוא הקריטריון. קריטריון גודמן, קריטריון גרבר.
כלומר, אם המשוואה הנ”ל מתקיימת - יש שבר. מבין הקריטריונים, קריטריון גודמן הוא המחמיר מבינהם. לכן אם יש שבר לפי גודמן, בטוח יש שבר לפי גרבר.