Krivulja S-N/ Woehlerjeva krivulja

Krivulja S-N označuje vsoto sprememb obremenitve, ki jih je mogoče vzdržati, dokler se material ne zlomi. Izhaja iz visokocikličnih preskusov utrujanja z uporabo obremenitve pri konstantni amplitudi (tudi S-N preskus) v skladu z DIN 50100 in je razdeljen na območja nizkocikličnega utrujanja K, končnega življenjskega utrujanja Z in Preskus z utrujanjem z visokim ciklom preskus S-N DIN 50100.

Regije so razmejene s številom ciklov N

Utrujanje z nizkim ciklom 100-30.000 ciklov
Končno življenjsko utrujanje pribl. 2.000.000 ciklov
Visoko ciklično utrujanje do neskončnosti

Iz diagrama S-N lahko preberete največje število sprememb obremenitve za določeno amplitudo obremenitve. Odvisno je od lastnosti materiala, sile in vrste obremenitve (pulzirajoča tlačna obremenitev, pulzirajoča natezna obremenitev ali izmenična obremenitev).

Opis Nizkociklično utrujanje Končno življenjsko utrujanje Visokociklično utrujanje Programsko orodje Standardi Preskusni stroji

Krivulja S-N gladkega vzorca materiala (razmerje napetosti R = -1)

V našem primeru sta nominalna amplituda napetosti S_a in število ciklov N uporabljena logaritmično. V dvojno-logaritemskem predstavljanju območje končnega življenjskega utrujanja predstavlja ravno črto. Nastala krivulja je označena kot krivulja S-N.

Krivulja S-N je razdeljena na utrujanje z nizkim ciklom, končno življenjsko utrujanje in utrujanje z visokim ciklom

Opis krivulje S-N:

R_m statična trdnost (tukaj natezna trdnost)
S_a Nominalna amplituda napetosti
S_aD Visokociklična trdnost utrujanja
N Znosno število ciklov
N_D Število ciklov robne obremenitve
N_G Mejno število ciklov
K Nizkociklično utrujanje / trdnost utrujanja z nizkim ciklom
Z Končno življenjsko utrujanje / končna trdnost življenjskega utrujanja
D Visoko-ciklično utrujanje / trdnost utrujanja z visokim ciklom

Nizkociklično utrujanje

Nizkociklično utrujanje K je območje pod približno 10⁴ do 10⁵ obremenitvenih ciklov.

Nizko ciklično utrujanje trdnosti se določi s preskusom nizkocikličnega utrujanja (LCF). V tem območju so materiali in sestavni deli obremenjeni do te mere, da se med ciklom pojavijo plastične deformacije in material odpove v zgodnji fazi. Za podrobnejšo predstavitev se pogosto uporablja model Coffin-Manson.

Obremenitev, ki povzroči porušitev vzorca v četrtini ciklov, se imenuje statična trdnost, ki se določi tudi z nateznim preskusom.

Statična trdnost v krivulji S-N (utrujanje z nizkim ciklom)

Končno življenjsko utrujanje

Končno življenjsko utrujanje Z je območje med 10⁴ in 2·10⁶ cikli (odvisno od materiala). V končnem razponu življenjskega utrujanja vzorec vedno doseže pogoj merila okvare (npr. razpoka ali zlom).

Končna trdnost življenjskega utrujanja se določi s preskusom visokocikličnega utrujanja (HCF). Po preskusu je rezultat število obremenitvenih ciklov pri eni amplitudi obremenitve.

Končna krivulja življenjskega utrujanja

Pri dvojno logaritemski predstavitvi je krivulja S-N skoraj ravna. Ta krivulja (z naklonom -k) se imenuje končna krivulja življenjskega utrujanja.

Krivulja S-N s končnim življenjskim utrujanjem

Visokociklično utrujanje

Visokociklično utrujanje D označuje mejo napetosti, ki jo material lahko prenese med cikličnimi obremenitvami brez večjih znakov utrujanja ali okvare. Visokociklično utrujanje se določi med preskusom visokocikličnega utrujanja.

Na področju visokocikličnega utrujanja je določeno omejeno število ciklov N_G. Če vzorec odpove, preden doseže to omejeno število ciklov, se šteje, da "propade". Materiali, ki med preskusom utrujanja z visokim ciklom zdržijo več kot 1.000.000 ciklov brez porušitve, veljajo za odporne proti utrujanju.

Koncept utrujanja z visokim ciklom povzroči bistveno nižje dovoljene napetosti kot statični koncept.

Potek krivulje S-N (Woehler) v območju visokega cikla utrujanja je razdeljen na 3 vrste:

Vodoravni potek krivulje S-N: Pri feritnih jeklih se pogosto pojavita izrazita trdnost utrujanja ali dolgotrajno utrujanje
Nadaljnji padec krivulje S-N z manjšim naklonom: pogosto se zgodi pri avstenitnem jeklu ali aluminiju
Po začetnem horizontalnem poteku se krivulja S-N zniža pri približno 10⁸ ciklih: notranje napake povzročijo razpoke pod površino

Krivulje S-N z uporabo programske opreme za preskušanje testXpert

Z ZwickRoellovim orodjem Fatigue Data Evaluation lahko izračunate krivulje S-N na podlagi predhodno ustvarjenih rezultatov preskusa. To takoj zagotovi značilno krivuljo v želenem formatu.

Standardi, pomembni za določitev krivulje S-N

DIN 50100 - Preskušanje utrujanja z nadzorovano obremenitvijo - Izvajanje in ovrednotenje cikličnih preskusov pri konstantnih amplitudah obremenitve na kovinskih vzorcih in sestavnih delih
ASTM E466-15 - Standardna praksa za preskuse kovinskih materialov za prevodno silo pod nadzorom konstantne osne amplitude
ISO 1099 - Kovinski materiali - Preskušanje utrujanja - Osno nadzorovana sila
DIN EN 6072 - Vesoljska serija - Kovinski materiali - Preskusne metode - Preskušanje konstantne amplitudne utrujanja