Bez nazwy

3. ZMĘCZENIE MATERIAŁÓW

3.1. Charakterystyka obciążeń zmęczeniowych

Wytrzymałość i trwałość konstrukcji jest uzależniona od charakteru obciążeń występujących w niej podczas eksploatacji. Typowe przebiegi zmian naprężeń (rzeczywiste widma obciążeń) występujące w eksploatacji przedstawiono na rysunku 3.1.

Na rysunku 3.la pokazano sinusoidalny przebieg zmian naprężeń, którego następujące parametry są stałe w czasie:

- amplituda

- średnie naprężenie cyklu

Rys. 3.1. Typowe przebiegi zmian naprężeń występujące podczas eksploatacji (objaśnienia w tekście)

Na rysunku 3.Ib przedstawiono przebieg, dla którego a_a i a_m są stałe w czasie, ale częstotliwość i kształt przebiegu nie są stałe. Przy analizie wytrzymałości i trwałości zmęczeniowej ten przebieg można jednak z dużą dokładnością zastąpić przebiegiem sinusoidalnym o identycznych a_a i cr_m, ale o stałej częstotliwości.

Najczęściej w eksploatacji występują przebiegi, których parametry nie są stałe. Na rysunku 3.lc przedstawiono przebieg, który charakteryzuje się stałym średnim naprężeniem cyklu i stałą częstotliwością, natomiast poszczególne amplitudy mają przypadkowe wartości. Aby to uwzględnić, na etapie obliczeń lub badań tworzy się zastępcze widma obciążeń, najczęściej w postaci gassnerowskiego widma blokowego (rys. 3.2). Poszczególne stopnie tego widma określa się w ten sposób, że zakres zmienności amplitud w przebiegu dzieli się przeważnie na 8 klas i zlicza się liczby maksimów w każdej klasie. W trakcie badań na stanowisku stopnie te odtwarza się w porządku wzrastająco-malejącym, przeważnie zaczynając od średniego

Rys. 3.2. Gassnerowskie widmo obciążeń

Przebieg z rysunku 3.1 c jest wąskopasmowym przebiegiem stochastycznym, w którym dominuje jedna częstotliwość. Na rysunku 3.Id przedstawiono szerokopasmowy przebieg, który można traktować jako sumę kilku (wielu) przebiegów wąskopasmowych o różnych dominujących wartościach częstotliwości. Dla tego przebiegu charakterystyczne jest to, że liczba lokalnych ekstremów jest większa od liczby przecięć wartości średniej. Przejście od takiego przebiegu do gassnerowskiego widma blokowego jest bardziej złożone, wymaga użycia metod uwzględniających pewne dodatkowe założenia.

Największe trudności w analizie zmęczeniowej występują, gdy przebiegi eksploatacyjne (3.1 e) nie charakteryzują się stacjonamością, to jest stałością w czasie charakterystyk probabilistycznych.