Das Konzept der Ermüdungsgrenzkurve (HL) wurde erstmals bei der L?sung der Ermüdungsgrenzkurve der Hinterachse vorgeschlagen.

Am 10. Januar 1954 l?ste sich ein Komet von BOAC 7800 Meter über Elba, Italien, auf.

Am 8. April stürzte ein weiterer ?Komet“ der BOAC in die Bucht von Neapel, Italien, und t?tete 21 Menschen an Bord. Bisher wurden alle Kometen geerdet.

Der h?ufige Fall von Kometen schockierte die Welt. ?

Damals befahl uns der britische Premierminister Winston Churchill, unbedingt die Unfallursache zu ermitteln.

Zu diesem Zweck entsandte die britische Marine eine Flotte, um das Wrack des Flugzeugs in der N?he der Insel Elba hunderte Meter tief aus dem Meeresgrund zu bergen, und schickte es zur Untersuchung an das Royal Aircraft Research Institute.

Die Untersuchung ergab, dass die Lunge der Flugzeugabsturzopfer durch Gasausdehnung Risse aufwies, was darauf hinweist, dass der pl?tzliche Luftdruckabfall in der Kabine vor dem Absturz zu einer schnellen Ausdehnung des Gases in der Lunge führte, was zum Bruch führte der Lunge. Die Untersuchung des Wracks des Flugzeugs zeigte, dass in einigen Bullaugen Risse auftraten, was mit den Ergebnissen der Autopsie übereinstimmte.

Gleichzeitig führte die Firma de Havilan eine strenge Inspektion der in Produktion befindlichen und am Boden befindlichen Flugzeuge durch. Der Test dauerte mehr als 9000 Stunden, und es traten Risse auf der Flugzeughaut auf, genau wie die Risse auf dem Wrack des abgestürzten Flugzeugs.

Nach den Recherchen und Analysen der Techniker wurde der Unfall durch die ?Ermüdung“ der Metallmaterialien verursacht, die zur Herstellung der Flugzeugk?rperstruktur verwendet wurden.

Unter der Einwirkung von Wechseldruck bilden sich nach einiger Zeit Mikrorisse in dem lokalen Hochspannungsbereich, und dann dehnen sich die Mikrorisse allm?hlich bis zum Bruch aus.

Ermüdungsversagen hat die Eigenschaften, dass es zeitlich pl?tzlich, ?rtlich begrenzt und empfindlich gegenüber Umgebung und Defekten ist, sodass es nicht einfach ist, es rechtzeitig zu finden.

Unter dem Einfluss wiederholter Druckbeaufschlagung und Dekompression verformt sich die Haut am quadratischen Bullauge von Kometenflugzeugen und rei?t, was schlie?lich zu einem Metallermüdungsbruch führt. Als erster Jetliner der Welt fliegt ?Comet“ schneller als andere Jetliner und h?lt natürlich mehr Druck aus, was es leichter macht, Metallermüdung zu verursachen.

So wurde durch die Untersuchung des Kometenunfalls ein neues Thema – die ?Ermüdungsmechanik“ – geboren.

Heute kennen und verstehen wir: Ermüdungskurve und grundlegende ermüdungsmechanische Eigenschaften.

Ermüdungskurve und symmetrische Zyklusermüdungskurve

(1) Ermüdungskurve und Ermüdungsgrenze

Ermüdungskurve: Dies ist die Beziehungskurve zwischen Ermüdungsspannung und Ermüdungslebensdauer, dh SN-Kurve, die die Grundlage für die Bestimmung der Ermüdungsgrenze und die Festlegung des Ermüdungsspannungskriteriums bildet.

Bei Metallwerkstoffen mit Dehnungsalterung, wie z. B. Kohlenstoffstahl und Sph?roguss, wird der Abschnitt mit niedriger Spannung zu einem horizontalen Abschnitt, wenn das zyklische Spannungsniveau auf einen bestimmten kritischen Wert abf?llt, was darauf hinweist, dass die Probe unendliche Spannungszyklen ohne Ermüdungsbruch durchlaufen kann. Daher wird die entsprechende Spannung als Ermüdungsgrenze bezeichnet, die mit σ – 1 (symmetrischer Zyklus, r = – 1) bezeichnet wird.

Wenn ein solches Material nach 107 Belastungszyklen nicht bricht, kann davon ausgegangen werden, dass es auch bei unendlichen Belastungszyklen nicht bricht, daher werden oft 107 Zyklen als Grundlage für die Bestimmung der Dauerfestigkeit verwendet.

Eine andere Art von Metallmaterialien, wie Aluminiumlegierungen und rostfreier Stahl, hat keinen horizontalen Teil in der SN-Kurve, sondern nimmt mit abnehmender Spannung zu. Zu diesem Zeitpunkt kann die Spannung ohne Bruch in einem bestimmten Zyklus nur als bedingte Ermüdungsgrenze oder endliche Lebensdauerermüdungsgrenze gem?? den Betriebsanforderungen von Materialien definiert werden.

(2) Bestimmung der Ermüdungskurve

Im Allgemeinen wird die Ermüdungskurve durch einen rotierenden Biegeermüdungstest gemessen. Das Prinzip der Vierpunkt-Biegeprüfmaschine ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Der Teil der SN-Kurve mit hoher Spannung (begrenzte Lebensdauer) wurde durch ein Gruppentestverfahren gemessen, d. h. es wurde das h?here Spannungsniveau von 3–4 genommen, und die Daten von etwa 5 Proben wurden unter jedem Spannungsniveau gemessen, und dann die Daten wurde verarbeitet, um die mittlere (überlebensrate 50%) Ermüdungslebensdauer zu berechnen.

Die mittlere SN-Kurve mit einer überlebensrate von 50% kann erhalten werden, indem das nach der aufsteigenden und absteigenden Methode gemessene σ – 1 als der niedrigste Punkt des Spannungsniveaus der SN-Kurve verwendet und mit den nach der Gruppentestmethode gemessenen Ergebnissen in a angepasst wird Gerade oder Kurve.

(3) Ermüdungsgrenze unter verschiedenen Belastungszust?nden

Die Ermüdungsgrenze des gleichen Materials ist bei unterschiedlichen Belastungszust?nden unterschiedlich, aber es besteht eine gewisse Beziehung zwischen ihnen.

Die Ergebnisse zeigen, dass ein gewisser Zusammenhang zwischen der symmetrischen Biege-Dauerfestigkeit und der symmetrischen Zug-Druck- und Torsions-Dauerfestigkeit besteht.

(4) Beziehung zwischen Ermüdungsgrenze und statischer Festigkeit

Der Test zeigt, dass die Ermüdungsgrenze umso gr??er ist, je gr??er die Zugfestigkeit des Metallmaterials ist.

Bei mittel- und niederfesten St?hlen besteht ein linearer Zusammenhang zwischen Ermüdungsgrenze und Zugfestigkeit.

Wenn σ B niedrig ist, kann es ungef?hr als σ – 1 = σ B geschrieben werden.

Wenn σ B h?her ist, weicht die nahezu lineare Beziehung ab, was auf die Abnahme der Plastizit?t und Bruchz?higkeit und die leichte Bildung und Ausbreitung von Rissen zurückzuführen ist.

Ermüdungsdiagramm u asymmetrisch zyklische Ermüdungsgrenze

Viele Teile arbeiten unter asymmetrischer zyklischer Belastung, daher ist es notwendig, die asymmetrische zyklische Ermüdungsgrenze von Materialien zu messen, um die Anforderungen an Design und Materialauswahl solcher Teile zu erfüllen.

Die Ermüdungsgrenzen verschiedener asymmetrischer Zyklen werden normalerweise aus dem Ermüdungsdiagramm durch das Verfahren des technischen Zeichnens erhalten.

Je nach Zeichnungsverfahren gibt es zwei Arten von Ermüdungsdiagrammen

（1） σ a – σ m Ermüdungsdiagramm

Unter der Bedingung eines unterschiedlichen Spannungsverh?ltnisses R wird die durch σ Max ausgedrückte Ermüdungsgrenze σ r in σ A und σ m zerlegt, und das Ermüdungsdiagramm von σ a – σ m wird erhalten, indem eine ABC-Kurve im Koordinatensystem erstellt wird.

（2） σ max (σ min) – σ m Ermüdungsdiagramm

Die Ermüdungsgrenze bei unterschiedlichem Spannungsverh?ltnis R wird durch σ max (σ min) bzw. σ m im Koordinatensystem ausgedrückt, um das Ermüdungsdiagramm zu bilden.

AHB ist die Ermüdungsgrenze σ Max unter verschiedenen R.  

Die Ermüdungsgrenze steigt mit der Erh?hung der mittleren Spannung oder des Spannungsverh?ltnisses, aber die Spannungsamplitude a nimmt ab.

Dauerüberlastfestigkeit

Die ursprüngliche Ermüdungsgrenze des Materials darf sich bei gelegentlicher kurzzeitiger überlastung der Metallteile nicht ?ndern oder verringern, was von der überlastbeanspruchung des Materials und den entsprechenden kumulativen überlastzyklen abh?ngt.  

Wenn das Metall eine bestimmte Anzahl von Zyklen bei einem Spannungsniveau über der Ermüdungsgrenze l?uft, nehmen seine Ermüdungsgrenze und Ermüdungslebensdauer ab, was zu überlastungssch?den führt.

Die F?higkeit eines Metallmaterials, Ermüdungsüberlastungssch?den zu widerstehen, wird durch eine überlastungsschadensgrenze oder einen überlastungsschadensbereich ausgedrückt.

Die überlastschadensgrenze wird durch Experimente bestimmt: Es werden verschiedene überlastspannungsniveaus und entsprechende Spannungszyklen gemessen, die beginnen, die Ermüdungslebensdauer zu verringern, und es werden verschiedene Testpunkte erhalten. Die überlastungsschadensgrenze wird durch Verbinden jedes Punktes erhalten. Die beiden Abfragen sind nicht günstig

Der Schattenlinienbereich zwischen der überlastungsschadensgrenze und dem geraden Linienabschnitt des Hochspannungsbereichs der Ermüdungskurve (der Belastungszyklus des Ermüdungsbruchs unter jedem Belastungsniveau dieses Abschnitts wird als überlastfestigkeitswert bezeichnet) wird als überlastungsschadensbereich bezeichnet .

Wenn die Teile in diesem Bereich überlastet werden, wird die Ermüdungsgrenze des Materials in unterschiedlichem Ma?e reduziert, und je mehr die Ermüdungsgrenze in der N?he des Dauerfestigkeitswerts reduziert wird.

Je steiler die überlastschadensgrenze (oder der überlastfestigkeitswert) ist und je schmaler der Schadensbereich ist, desto st?rker ist die F?higkeit, einer Ermüdungsüberlastung zu widerstehen.

Ermüdungskerbempfindlichkeit

Aufgrund der Notwendigkeit des Gebrauchs haben Teile oft Stufen, Ecken, Keilnuten, ?ll?cher, Gewinde und so weiter. Diese Strukturen ?hneln dem Kerbeffekt, der den Spannungszustand ?ndert und eine Spannungskonzentration verursacht.

Daher ist es wichtig, die Auswirkung der durch Kerben verursachten Spannungskonzentration auf die Ermüdungsgrenze zu verstehen.

Bei der Bewertung von Materialien nach Ermüdungskerbempfindlichkeit gibt es zwei Extremf?lle

(a) KF = KT, d. h. die Spannungsverteilung der gekerbten Probe ist genau die gleiche wie im elastischen Zustand, und es gibt keine Spannungsumverteilung. Zu diesem Zeitpunkt verringert die Kerbe die Ermüdungsgrenze am st?rksten und die Kerbermüdungsempfindlichkeit QF = 1, und die Kerbempfindlichkeit des Materials ist am gr??ten.

(b) KF = 1, σ – 1 = σ – 1n, die Kerbe reduziert die Ermüdungsgrenze nicht, was darauf hinweist, dass die Spannung eine gro?e Umverteilung im Ermüdungsprozess hat, der Spannungskonzentrationseffekt wird vollst?ndig eliminiert, QF = 0, die Kerbempfindlichkeit des Materials ist am geringsten.

Daher kann der QF-Wert die F?higkeit des Materials widerspiegeln, Spannungen umzuverteilen und die Spannungskonzentration w?hrend der Ermüdung zu reduzieren.

Hochzyklische Ermüdung: Die meisten Metalle sind sehr kerbempfindlich; Ohren sind gebrochen

Bei Kurzzeitermüdung sind die meisten Metalle nicht kerbempfindlich, da der Kerbgrundbereich bei letzteren in der plastischen Zone liegt, was zu Spannungsrelaxation und Spannungskonzentrationsabbau führt.