كيف يتنبأ المهندسون بموعد فشل مادة ما تحت ضغط متكرر؟ تقدم هذه المقالة منحنى S-N، وهو أداة رئيسية في تحليل الكلال. ستتعلم كيف يتم التعامل مع متوسط الإجهاد، وتحويل الإجهاد متعدد المحاور والإجهاد غير المنتظم للتنبؤ بعمر إجهاد المواد. يمكن أن يساعد فهم هذه المفاهيم في تصميم مكونات أكثر متانة وموثوقية. تابع القراءة لاستكشاف تعقيدات تحليل الإعياء وضمان طول عمر مشاريعك الهندسية.
عادةً ما يتم التعبير عن خواص إجهاد المواد من خلال دورات الإجهاد أحادية المحور، والمعروفة باسم منحنيات S-N. من المهم ملاحظة أن نظرية الكلال القائمة على ميكانيكا الكسر لا يتم النظر إليها في هذا السياق.
وغالبًا ما يتبع تباين الإجهاد بمرور الوقت نمطًا منتظمًا، مثل موجة جيبية أو موجة مربعة أو نبضة. ومع ذلك، غالبًا ما يتم تجاهل تأثير متوسط الإجهاد على أداء الإجهاد (أي تأثير r=Sدقيقة/Sالحد الأقصى ≠ -1).
في الواقع، عادةً ما تكون حالة الإجهاد متعددة المحاور، مع تباين إجهاد غير منتظم و r=1. ويشكل التطابق بين الإجهاد الفعلي وأداء الكلال المقاس في المختبر، والذي يتضمن تباين إجهاد منتظم، وإجهاد أحادي المحور، و r=1، أساس تحليل الكلال.
عندما تكون هناك منحنيات S-N متاحة لقيم مختلفة لـ r، يتم استخدام طريقة الاستيفاء عادةً لتحديد منحنى S-N لقيم r غير معروفة.
في الحالات التي لا يتوفر فيها سوى منحنى S-N مع r=-1، يمكن استخدام المعادلة التالية لحساب الإجهاد المكافئ. تحوّل هذه الصيغة الإجهاد الأحادي المحور لـ r ≠-1 إلى الإجهاد الأحادي المحور عندما يكون r=-1، وهو ما يعرف بالإجهاد المكافئ:
حيث، قa سعة نصف الإجهاد، Se هو الإجهاد المكافئ المطلوب، Sm هو متوسط الإجهاد، والقيم المختلفة ل Su و n تشكل نظريات مختلفة:
تتوفر خيارات الإجهاد التالية لتحديد نوع الإجهاد المستخدم في التحويل: إجهاد فون ميزس المكافئ، أو أقصى إجهاد قص، أو أقصى إجهاد رئيسي، أو مكون إجهاد محدد (مثل Sx، أو Syz، إلخ).
في بعض الأحيان، يُستخدَم أيضًا إجهاد ميزس بإشارة، مع بقاء مقداره دون تغيير. تتوافق الإشارة مع إشارة أقصى إجهاد رئيسي. تتمثل إحدى مزايا هذه الطريقة في أنها تسمح بمراعاة تأثيرات الشد أو الانضغاط، والتي تنعكس في متوسط الإجهاد أو r.
على غرار نظرية القوةفإن تحويل إجهاد فون ميسيس المكافئ وأقصى تحويل لإجهاد القص مناسب للمواد ذات الليونة العالية، بينما يكون تحويل أقصى تحويل للإجهاد الرئيسي مناسبًا للمواد الهشة.
يتم تحليل المنحنى الزمني للإجهاد الأحادي المحور المكافئ للإجهاد غير المنتظم المرتفع والمنخفض لاستخراج سلسلة من دورات الإجهاد البسيطة (Sa, Sm) والأزمنة المقابلة لها.
يمكن تحقيق العدّ والإحصاء باستخدام طرق مختلفة، بما في ذلك الطريقة المعتمدة على المسار والطريقة المستقلة عن المسار.
يتم تطبيق طريقة ارتباط المسار، وهي أكثر طرق عد تدفق المطر استخداماً على نطاق واسع، لإتمام عملية العد. ويرد شرح خوارزميتها ومبدأها في "Downing, S., Society, D. (1982) خوارزميات مبسطة لحساب تدفق المطر. Int J Fatigue, 4, 31 - 40".
بعد معالجة تدفق المطر، يتم تحويل منحنى زمن الإجهاد غير المنتظم إلى سلسلة من الدورات البسيطة (Sa, Smو نiحيث ni هو عدد الدورات).
تسمح هذه الطريقة بتطبيق نظرية تراكم التلف (معيار ماينر) لحساب وتحليل مجموع (نi/Ni)، حيث Ni هو العمر المناظر لدورة الإجهاد (باعتبار Sa, Smانظر أعلاه).
تُستخدم هذه التقنية بشكل شائع لقياس عامل الأمان بعد عدد معين من الدورات أو العمر المقابل لدورة إجهاد معقدة محددة.
في الوقت الحاضر، تعتمد برامج تحليل الإجهاد التجارية في الغالب على العملية المذكورة أعلاه.
ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن تحليل الإجهاد هو تحليل تجريبي، ولا توجد نظرية ناضجة وكاملة في الوقت الحالي.
هناك وجهات نظر مختلفة فيما يتعلق بتحويل الإجهاد متعدد المحاور إلى إجهاد أحادي المحور.
فإجهاد فون ميزس، على سبيل المثال، هو كمية بُعد إجهاد تعتمد على فكرة الطاقة المحددة لتغير الشكل.
يعد استخدام مفهومي الموجب والسالب أو الشد والضغط طريقة غير دقيقة، ولا يوصى بها.
يعتمد اختيار نوع الإجهاد الذي يجب اعتماده على الاتجاه المحتمل للتشققات على المواد أو الهياكل لتحديد نوع الإجهاد الذي يعتبر العامل الأساسي المتحكم في فشل الإجهاد.
أظهرت الممارسة الهندسية أن الفولاذ ذو اللدونة الجيدة غالبًا ما يتضرر بسبب التحميل الديناميكي المتكرر للإجهاد الرئيسي في حالات فشل الإجهاد.
ملحق عن علاج تأثير الإجهاد المتوسط:
"إذا كانت هناك منحنيات S-N تحت قيم R مختلفة، يتم استخدام طريقة الاستيفاء بشكل عام لتحديد منحنى S-N تحت قيم R غير معروفة."
هذه طريقة واحدة فقط، وهي مفيدة عند وجود عدة ضغوط للتحقق منها. ومع ذلك، يمكن أن تكون هذه الطريقة مرهقة عند التحقق من عمر إجهاد واحد فقط.
هناك طريقة أخرى تتمثل في تحديد السعة النصفية المكافئة للإجهاد تحت شرط R = -1، ثم تطبيق منحنى S-N مباشرةً.
عند وجود إجهاد متوسط، لا يمكن استخدام منحنى S-N مباشرةً. بدلاً من ذلك، استخدم منحنى جودمان أو منحنى جودمان المعدل.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR