Features

ความล้าของเหล็กเนื่องจากการรับแรงแบบวัฏจักร

01/07/2564

| Author: Alexander Szotkowski

Steel

Connection

Load effects

CBFEM

Stress/strain

This article is also available in:

Translated by AI from English

ความล้า – การเริ่มต้นและการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวในวัสดุเนื่องจากการรับแรงแบบวัฏจักร เป็นหนึ่งในประเภทการวิบัติของเหล็กที่อันตรายที่สุด เป็นประเภทการวิบัติที่เกิดขึ้นเมื่อวัสดุถูกกระทำด้วยรอบของความเค้นหรือความเครียดซ้ำๆ และเกิดขึ้นแม้ที่ระดับความเค้นต่ำกว่าความเค้นจุดคราก (Yield Stress) ของวัสดุ

ข้อเท็จจริงบางประการเกี่ยวกับความล้า

บทความแรกที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับความล้ามีขึ้นในปี ค.ศ. 1837
ความล้าก่อให้เกิดความเสียหายที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ วัสดุไม่สามารถฟื้นตัวได้
เหล็กมีขีดจำกัดความล้าทางทฤษฎี การรับแรงอย่างต่อเนื่องต่ำกว่าขีดจำกัดนี้จะไม่นำไปสู่การวิบัติเนื่องจากความล้า
ความเค้นดึงเป็นสาเหตุหลักของความล้า แต่แม้แต่แรงอัดก็อาจเป็นสาเหตุได้
ช่วงความเค้นที่กว้างขึ้นนำไปสู่อายุการใช้งานของโครงสร้างที่สั้นลง
อุณหภูมิ ความหยาบของผิว ความเค้นตกค้าง และปัจจัยอื่นๆ มีผลต่ออายุความล้า

ขั้นตอนของความล้า

โดยทั่วไป มีสามขั้นตอนที่เราแยกแยะ:

ขั้นตอนที่หนึ่ง – การเริ่มต้นของรอยแตกร้าว

รอยแตกร้าวระดับจุลภาคเริ่มก่อตัวบริเวณรูปทรงเรขาคณิตที่มีการกระจุกตัวของความเค้น เช่น ขอบ เมื่อความกว้างของรอยแตกเกิน 10 μm เราสามารถพูดถึงรอยแตกร้าวได้

ขั้นตอนที่สอง – การขยายตัวของรอยแตกร้าว

การขยายตัวของรอยแตกร้าวขึ้นอยู่กับช่วงของการรับแรงแบบวัฏจักร ความเค้นเฉลี่ย รวมถึงการรับแรงเกินและต่ำกว่าปกติ การเติบโตของรอยแตกร้าวอาจหยุดลงได้หากแรงกระทำมีค่าน้อยกว่าค่าขีดจำกัดที่กำหนด

ขั้นตอนที่สาม – การแพร่กระจายของรอยแตกร้าว

การแพร่กระจายของรอยแตกร้าวเกิดขึ้นเมื่อรอยแตกร้าวระดับจุลภาคและความเค้นที่เกี่ยวข้องถึงขนาดที่กำหนด เมื่อความเค้นเกินค่าที่เรียกว่าความเหนียวต่อการแตกหัก (วิธีเชิงปริมาณในการแสดงความต้านทานของวัสดุต่อการแตกหักแบบเปราะเมื่อมีรอยแตกร้าวอยู่) การแตกหักที่ไม่สามารถรับได้จะเกิดขึ้น

วิธีป้องกันความล้า

ความล้าสามารถลดลงหรือหลีกเลี่ยงได้อย่างสมบูรณ์ด้วยการพิจารณาทางวิศวกรรมที่เหมาะสม สำหรับโครงสร้างเหล็ก มีสองวิธีหลักในการป้องกันการวิบัติเนื่องจากความล้า

1. รักษาความเค้นให้ต่ำกว่าขีดจำกัดความล้า (แนวคิดอายุการใช้งานไม่จำกัด)

อายุความล้า N_f คือจำนวนรอบความเค้นของลักษณะที่กำหนดซึ่งโครงสร้างรับได้ก่อนที่การวิบัติจะเกิดขึ้น สำหรับเหล็ก มีค่าทางทฤษฎีสำหรับแอมพลิจูดความเค้นที่ต่ำกว่าซึ่งวัสดุจะไม่วิบัติสำหรับจำนวนรอบใดๆ ค่านี้เรียกว่าขีดจำกัดความล้าหรือขีดจำกัดความทนทาน

โดย AndrewDressel จาก English Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6319461

2. การวิเคราะห์ความล้าด้วยซอฟต์แวร์สำหรับการออกแบบโครงสร้าง

การวิเคราะห์ด้วยซอฟต์แวร์สามารถเปิดเผยบริเวณที่ความล้าเป็นปัญหา ช่วยในการออกแบบโครงสร้างใหม่ เช่น การกระจุกความเค้นไปยังตำแหน่งที่เหมาะสมบนโครงสร้าง การเปลี่ยนขนาดและตำแหน่งของรู เป็นต้น

โซลูชันของเรา

ขั้นตอนแรกของงานที่ครอบคลุมนี้ได้ดำเนินการแล้วใน IDEA StatiCa V21 ตรวจสอบบทความนี้ ซึ่งอธิบายการวิเคราะห์ตาม EN 1993-1-9

การวิเคราะห์สามารถพบได้ถัดจากประเภทอื่นๆ ด้านล่างแถบเมนูด้านบน

ประเภทการวิเคราะห์ความล้าใช้เพื่อกำหนดช่วงความเค้นปกติและความเค้นเฉือนระหว่างสองกรณีแรงกระทำ ความเค้นสอดคล้องกับความเค้นระบุและต้องได้รับการประเมินเพิ่มเติมโดยใช้วิธีการออกแบบตามมาตรฐาน สันนิษฐานว่าใช้สำหรับการออกแบบรายละเอียดความล้าแบบรอบสูง ซึ่งไม่คาดว่าจะเกิดการครากของวัสดุ