Únava oceli v důsledku cyklického namáhání

Několik faktů o únavě

• První článek o únavě je z roku 1837
• Únava způsobuje nevratné poškození; materiál se nedokáže vrátit do původního stavu
• Ocel má teoretickou mez únavy; trvalé zatěžování pod touto mezí nevede k selhání v důsledku únavy
• Únavu způsobuje především tahové namáhání, tlakové namáhání může být však také příčinou únavy
• Rozsáhlejší amplituda namáhání vede ke zkrácení životnosti konstrukce
• Teplota, drsnost povrchu, zbytková napětí a také další faktory ovlivňují únavovou životnost 

Fáze únavy

Obecně rozlišujeme tři fáze:

• První fáze – Iniciace trhliny

Mikrotrhliny se začínají tvořit v okolí geometrických útvarů s koncentrovaným napětím, jako jsou hrany. O trhlině hovoříme, jakmile její šířka přesáhne 10 μm.

• Fáze dvě – Nárust trhlin

Nárůst trhlin závisí na rozsahu cyklického zatížení, středním napětí, ale také na přetížení či nedostatečném zatížení. Růst trhlin se může dokonce zastavit, pokud je zatížení menší než určitá mezní hodnota.

• Třetí fáze – Šíření trhlin

K šíření trhlin dochází, když mikrotrhliny a související napětí dosáhnou určité velikosti. Když napětí překročí hodnotu, která se nazývá lomová houževnatost (kvantitativní způsob vyjádření odolnosti materiálu proti křehkému lomu při přítomnosti trhliny), dojde k neudržitelnému lomu. 

Jak předcházet únavě

Únavu lze zmírnit nebo jí zcela předejít vhodnými technickými opatřeními. U ocelových konstrukcí existují dva hlavní způsoby, jak předcházet únavovým poruchám. 

1. udržovat napětí pod hranicí únavové meze (koncepce nekonečné životnosti)

Únavová životnost Nf je počet cyklů namáhání určitého charakteru, které konstrukce vydrží, než dojde k jejímu porušení. Pro ocel existuje teoretická hodnota amplitudy napětí, pod kterou materiál neporuší při žádném počtu cyklů. Tato hodnota se nazývá mez únavy nebo mez odolnosti.

Autor: AndrewDressel na anglické Wikipedii, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6319461

2. provést softwarovou analýzu únavy konstrukce

Analýza softwaru může odhalit oblasti, kde je únava problémem. Může pomoci přepracovat konstrukci, například zacílit namáhání na vhodnější místa konstrukce, změnit rozměry a polohu otvorů atd. 

Naše řešení

První krok tohoto rozsáhlého úkolu byl proveden v programu IDEA StatiCa V21. Podívejte se na tento článek, kde je popsána analýza podle normy EN 1993-1-9.

Analýzu najdete vedle ostatních typů analýz pod horní lištou. 

Typ únavové analýzy slouží k určení rozsahu normálových a smykových napětí mezi dvěma zatěžovacími stavy. Tato napětí odpovídají jmenovitým napětím a musí být dále vyhodnocena pomocí metod dle normy. Předpokládá se, že se použije pro posouzení detailů s vysokým únavovým cyklem a s napětím pod mezí kluzu.

Únavová analýza neuvádí žádnou konečnou odolnost ani počet cyklů, které může styčník vydržet. Poskytuje pouze vstupy pro další výpočty podle norem.

Jmenovité napětí lze vypočítat pro:

• Šrouby – v tahu a smyku
• Svary – automaticky generované v plechu podél svaru
• Desky – v uživatelem definovaných řezech

Jmenovité napětí se určí odečtením napětí referenčního zatěžovacího stavu od jiného zatěžovacího stavu.

Chcete-li se s tímto typem analýzy seznámit blíže, navštivte naše Centrum podpory:

Teoretické základy: Analýza únavy

Analýza únavy – Tupé svary u I profilu

Tento typ analýzy je našim uživatelům k dispozici jak v edici Expert, tak v edici Enhanced.