Cykliczny stres

Naprężenia cykliczne to rozkład sił (inaczej naprężeń), które zmieniają się w czasie w powtarzalny sposób. Jako przykład rozważmy jedno z dużych kół używanych do napędzania podnośnika, takiego jak wyciąg narciarski . Druciana linka owinięta wokół koła wywiera siłę skierowaną w dół na koło i wał napędowy podtrzymujący koło. Chociaż wał, koło i linka poruszają się, siła pozostaje prawie pionowa względem podłoża. W ten sposób punkt na powierzchni wału napędowego ulegnie naprężeniu, gdy jest skierowany w stronę ziemi i ściskaniu, gdy jest skierowany w stronę nieba.

Rodzaje stresu cyklicznego

Naprężenia cykliczne są często spotykane w maszynach wirujących, gdzie moment zginający jest przykładany do obracającej się części. Nazywa się to cyklicznym naprężeniem zginającym , a powyższy wyciąg powietrzny jest dobrym przykładem. Istnieją jednak również cykliczne naprężenia osiowe i cykliczne naprężenia skrętne . Przykładem cyklicznego naprężenia osiowego może być lina bungee (patrz skoki na bungee ), która musi podtrzymywać masę ludzi skaczących z konstrukcji, takich jak mosty. Kiedy osoba dociera do końca liny, lina ugina się elastycznie i zatrzymuje opadanie osoby. Powoduje to duże naprężenie osiowe w przewodzie. Ułamek energii potencjalnej sprężystości zmagazynowanej w przewodzie jest zwykle przekazywany z powrotem do osoby, wyrzucając ją w górę o pewną część odległości, z której spadła. Następnie osoba ponownie spada na przewód, wywołując napięcie w przewodzie. Dzieje się tak wiele razy na skok. Ten sam przewód jest używany do kilku skoków, tworząc cykliczne naprężenia w przewodzie, które mogą ostatecznie spowodować awarię, jeśli nie zostaną wymienione.

Naprężenia cykliczne i uszkodzenia materiałów

Kiedy do materiału przykładane są naprężenia cykliczne, nawet jeśli naprężenia te nie powodują odkształcenia plastycznego , materiał może ulec zniszczeniu z powodu zmęczenia materiału . Zniszczenie zmęczeniowe jest zwykle modelowane przez rozkład naprężeń cyklicznych na składowe średnie i naprzemienne. Naprężenie średnie to średnia czasowa naprężenia głównego. Definicja stresu przemiennego różni się w zależności od różnych źródeł. Definiuje się ją albo jako różnicę między minimalnym a maksymalnym naprężeniem, albo jako różnicę między średnim a maksymalnym naprężeniem. Inżynierowie próbują zaprojektować mechanizmy, których części są poddawane jednemu rodzajowi naprężeń cyklicznych (zginanie, osiowe lub skręcanie), ponieważ bardziej odpowiada to eksperymentom stosowanym do charakteryzowania uszkodzeń zmęczeniowych w różnych materiałach.