Умора на материала

Умора на материалите е процес на постепенно натрупване на структурни повреди в резултат на повтарящи се променливи натоварвания, при което якостта на материала прогресивно намалява. Скоростта на развитие на процеса зависи от честотата на натоварване, свойствата на материала и прилаганата сила.

Характеристики

• Процесът започва с разместващи движения, постепенно формиращи постоянни линии на приплъзване, които предизвикват микроскопични пукнатини.
• Умората на материалите е стохастичен процес.
• Колкото по-голям е обхватът на прилаганите напрежения, толкова по-бързо настъпва умората.
• Ефектът е кумулативен. Материалите не се възстановяват при отпадане на напреженията.
• Продължителността се влияе от различни фактори като температура, обработка на повърхността, микроструктура, наличие на окисляващи или инертни химикали, остатъчни натоварвания и т.н.

Практически проблеми и решения

Умората на материала е сериозен технически проблем в авиационния и железопътния транспорт. Това налага периодично частична или цялостна инспекция на определени силно отговорни елементи в транспортните средства. Проверките включват както визуален преглед, така и обстойна инспекция за микропукнатини с помощта на ултразвук и други скъпи методи.

Надеждната превенция срещу умората на материала изисква задълбочено проучване и опит в структурното инженерство, машиностроенето или материалознанието.

Съществуват три основни подхода за осигуряване на дълъг живот за механични части, които показват нарастваща степен на сложност:

• Проектиране за поддържане на механичното натоварване под прага на границата на умора (концепция за безкраен живот);
• Проектиране (консервативно) за фиксиран живот, след което потребителят е принуден да замени детайла с нов (така наречената част с удължен живот, концепция за ограничена продължителност на живота – „срок за безопасна употреба“);
• Инструкции за потребителя да проверява периодично за пукнатини и да заменя детайла, след като пукнатината надвиши критичната дължина. Този подход обикновено използва технологиите на неразрушаващо изпитване и изисква точна прогноза за степента на нарастване на пукнатините между инспекциите. Това често е дизайн, който допуска разрушение до определена граница, след което детайлът остава с ограничени възможности за употреба, без да бъде задължително подменян.