Zmęczenie statyczne
Zmęczenie statyczne opisuje osłabienie materiału, które zachodzi przy poziomie naprężenia mniejszym niż byłby wymagany do spowodowania zwykłego pęknięcia rozciągającego .
Podczas gdy zmęczenie jest na ogół wynikiem powtarzającego się stosowania i rozluźniania naprężeń, zmęczenie statyczne występuje podczas długotrwałego i ciągłego stosowania naprężeń. Wady materiału i czynniki środowiskowe są stopniowo wzmacniane, aż wytrzymałość materiału na rozciąganie spadnie poniżej przyłożonego naprężenia lub rozkład naprężeń zmieni się w taki sposób, że w niektórych obszarach naprężenia przekroczą wytrzymałość na rozciąganie.
Zmęczenie statyczne może wystąpić na kilka sposobów, w tym przez płynięcie plastyczne lub propagację pęknięć. Nazywa się to czasem „pęknięciem opóźnionym”, odnosząc się do długiego czasu, w którym pęknięcie powiększa się na tyle, aby spowodować uszkodzenie konstrukcji. Zmęczenie statyczne jest formą kruchości materiału i występuje w różnych materiałach i różnych środowiskach.
Typowe zjawisko
Jako powszechne zjawisko zmęczenie statyczne może przejawiać się w wielu rodzajach kruchości . Zaangażowane mechanizmy są ściśle związane z zarodkowaniem i wzrostem pęknięć . Dla odniesienia podano tutaj dwie typowe sytuacje.
Kruchość metalu
Kruchość metalu (ME) ma miejsce, gdy metal o niskiej temperaturze topnienia styka się z metalem o wyższej temperaturze topnienia , powodując kruchość tego ostatniego. Często objawia się zmęczeniem statycznym. Na przykład, jak pokazano na rysunku 1, w teście statycznego zmęczenia aluminium 2024 pokrytego rtęcią stop jest poddawany naprężeniom niższym niż wartość powodująca płynięcie plastyczne , a czas potrzebny do pęknięcia jest mierzony. Zwykle występuje naprężenie zwane statyczną granicą zmęczenia, reprezentujące granicę, poniżej której materiał nie pęka, bez względu na to, jak długo trwa test. W tym scenariuszu zmęczenie statyczne często zależy od obecności początkowych wad . Ponadto, jeśli materiał jest „bez skazy”, jego granica zmęczenia statycznego służy jako parametr projektowy w nieprzyjaznym środowisku.
Pękanie korozyjne naprężeniowe
Pękanie pod wpływem korozji naprężeniowej (SCC) to nieoczekiwane, nagłe uszkodzenie naprężonego materiału wystawionego na działanie wodnego , korozyjnego płynu. Zmęczenie statyczne występuje również w tej formie kruchości , takiej jak zmęczenie statyczne szkła pod wpływem wilgoci , kruchość wodorowa , kruchość niektórych polimerów w niekorzystnych skutkach środowiskowych itp. Zmęczenie statyczne również objawia się podobnie do opisanego w ME. Naprężenia statyczne, przy których można zapobiec uszkodzeniu materiału, są redukowane przez niekorzystne oddziaływanie środowiska. Ponadto przestrzegana jest statyczna granica zmęczenia.
Kinetyka
Wykres wytrzymałości w funkcji temperatury szkła wystawionego na działanie powietrza przedstawiono na rysunku 2. Dla różnych czasów ekspozycji w powietrzu zmęczenie statyczne jest zależne od temperatury, co wskazuje, że rozważania kinetyczne mogą wyjaśnić to zjawisko. Zmęczenie statyczne nie jest oczywiste w niskich temperaturach z powodu ograniczonej ruchliwości atomów . W tym przypadku poniżej pewnych temperatur nie obserwuje się kruchości . W wyższych temperaturach zmęczenie statyczne również nie jest tak wyraźne ze względu na zwiększone odkształcenie lepkości wierzchołków pęknięć lub mniejszą adsorpcję powierzchniową kruchych gatunków.