1935182123

1.3 Przegląd literatury

szeroko stosowaną metodą analizy konstrukcji zarówno w zagadnieniach inżynieryjnych jak i laboratoryjnych. Metoda opisana została w wielu wybitnych pracach np. [8,49,63,64,122,133]. W pracy autor wykorzystał do analizy i optymalizacji konstrukcji program Metody Elementów Skończonych FEAP.

Zmienne pole naprężeń ma dwojaki wpływ na konstrukcję: wprowadza ją w drgania oraz niszczy materiał, z którego ustrój jest wykonany.

Zjawisko zmęczenia materiału zauważono już na początku XIX wieku [37], a jednym z pierwszych, który podjął próby zrozumienia i przewidywania zniszczenia zmęczeniowego był niemiecki inżynier kolejowy August Wohler [127]. Zauważył on, że konstrukcje i części maszyn mogą ulec zniszczeniu przy naprężeniach znacznie mniejszych od wytrzymałości materiału lub nawet granicy plastyczności. Wysnuł hipotezę, że powodem utraty nośności jest cykliczne obciążanie i odciążanie konstrukcji. Zbudował maszynę, która cyklicznie obciążała i odciążała próbki materiału z możliwością obliczenia ilości cykli. Dzięki tej maszynie zbudował eksperymentalny wykres uzależniający wytrzymałość elementu (w tym przypadki próbki) od liczby cykli obciążenia. Krzywe Wóhlera pozwalają na prognozowanie czasu pracy konstrukcji już w fazie jej projektowania.

Idea krzywych S-N Wóhlera jest z powodzeniem stosowana przez inżynierów do dnia dzisiejszego. Główną zaletą tej metody jest łatwość jej stosowania. Wystarczy obliczyć wartość naprężenia nominalnego oraz określić współczynnik koncentracji naprężeń Kj. Nie zachodzi potrzeba wykonywania skomplikowanych obliczeń naprężenia w dnie karbu. Charakterystyki zmęczeniowe oraz współczynniki Kf są skatalogowane dla różnych kształtów karbów, sposobów obróbki materiału, itp. Ponieważ metoda S-N jest oparta o testy eksperymentalne, obliczona trwałość zmęczeniowa prostych konstrukcji jest bliska rzeczywistej trwałości zmęczeniowej. Sposoby obliczenia trwałości zmęczeniowej i współczynniki wpływające na zmęczenie materiału zostały opisane w szeregu Polskich Norm: PN-84/H-04334, PN-EN 1993-1-9:2007, PN-ISO 6336-2:2000, PN-74/H-04327, PN-76/H-04325, PN-84/H-04662, PN-76/H-04326, PN-EN 1999-1-3:2007, PN-EN ISO 14324:2004 oraz w Europejskich Normach, np. [4,21,22,40] i innych. W Europejskiej Normie, dotyczącej obliczeń zmęczeniowych EN 13445 [4], wskazane są braki, dotyczące właściwego połączenia nowoczesnej, z inżynierskiego punktu widzenia, metody analizy naprężeń metodą elementów skończonych z obliczeniami zmęczeniowymi. Metoda jest stosowana również w analizie konstrukcji obciążonej siłami zmiennoamplitudowymi [108,119].

Druga grupa metod analizy zmęczeniowej jest oparta o Koncepcję Odkształceń Lokalnych (KOL). U podstaw metody leży założenie o zamkniętych pętlach histerezy na płaszczyźnie naprężenie - odkształcenie. Zakłada się, że pętle histerezy są takie same zarówno w przypadku gładkich próbek, jak i w przypadku konstrukcji z karbem. Skoro tak, to trwałość zmęczeniowa w obu przypadkach, przy takich samych odkształceniach jest taka sama. Otrzymany czas pracy konstrukcji traktowany jest jako czas