Усталость – появление и развитие трещин в материале от действия циклических нагрузок – наиболее опасный механизм разрушения стали. Материал подвергается воздействию повторяющихся напряжений и деформаций, из-за чего разрушение может происходить даже при напряжениях, гораздо меньших, чем предел текучести.
В целом выделяют три стадии усталостного разрушения:
Микроскопические трещины начинают появляться в окрестностях геометрических концентраторов напряжений, например, по краям. Когда их ширина начинает превышать 10 мкм, можно говорить, что полноценной трещине.
Степень развития трещин зависит от диапазона циклических нагрузок, средней величины напряжений, а также от перегруза и недогруза. Развитие трещин может также приостановиться, если нагрузки будут меньше порогового значения.
Распространение трещин происходит, когда микроскопические трещины и соответствующие напряжения достигают определённых значений. Когда напряжения превосходят значения ударной вязкости (количественное значения прочности материала при хрупком разрушении при наличии трещин), произойдёт неконтролируемое хрупкое разрушение.
Эффекты усталости можно снизить или вовсе избежать при правильном проектировании. Для стальных конструкций существует два основных способа предотвращения усталостного разрушения.
1. Поддержание уровня напряжений ниже порогового значения усталости (концепция бесконечного срока службы конструкции)
Усталостная долговечность, Nf – это количество циклов напряжений определённого характера, которое может выдержать конструкция перед разрушением. Для стали существует теоретическое значение амплитуды напряжений, ниже которого материал не будет разрушаться при любом количестве циклов нагружения. Это значение называется пределом усталости или пределом выносливости.
Согласно AndrewDressel, English Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6319461
2. Оценка усталостных характеристик конструкции с помощью программного обеспечения
Расчёт с помощью специализированного ПО может помочь выявить области, потенциально опасные с точки зрения усталостного разрушения. Это поможет пересмотреть проектные решения, например, перенаправить поток напряжений в нужные места, скорректировать размеры конструкции, расположение отверстий и т.д.
Первый шаг к решению этой большой задачи был сделан с выходом новой версии IDEA StatiCa V21. Более подробно это описано в этой статье, где приводится расчёт согласно EN 1993-1-9.
Нужный режим расчёта находится на верхней ленте среди 4 остальных режимов.
Тип расчёта Усталость используется для определения диапазона нормальных и касательных напряжений между двумя загружениями (расчётами). Напряжения соответствуют номинальным и в дальнейшем должны использоваться для оценки с использованием нормативных методик. Предполагается, что оценка выполняется для случаев многоцикловой усталости, когда в конструкции не возникает пластики.
Режим расчёта Усталость не даёт окончательных результатов по прочности в виде предельного количества циклов нагрузки, которое может воспринять конструкция. Он просто даёт исходные данные для дальнейших проверок по нормам.
Номинальные напряжения могут быть вычислены для:
Номинальные напряжения определяются вычитанием напряжений, вычисленных для опорного загружения, из другого загружения.
Более подробную информацию об этом типе расчёта можно найти в статьях нашего Центра поддержки:
Данный режим расчёта доступен всем пользователям: и конфигурации Expert, и конфигурации Enhanced.