Усталость материала — в материаловедении — процесс постепенного накопления повреждений в детали под действием переменных (часто циклических) напряжений, приводящий к изменению свойств материала, образованию трещин, их развитию и разрушению материала детали за указанное время.
Параметр, обратный к усталости материала называется выносливостью (свойство материала воспринимать переменные (циклические) нагрузки без разрушения в указанное время либо за указанное число циклов нагружения).
Кроме того, это понятие близко связано с прочностью, существует также понятие усталостной прочности.
Выносливость можно численно измерить, существуют методики её измерения.
Выносливость, так же, как и прочность, для многих материалов сильно зависит от температуры, это явление получило название хладноломкость.
История
Первооткрывателем явления стал Вильгельм Альберт, но термин «усталость» был введён в 1839 году французским учёным Ж.-В. Понселе, который обнаружил снижение прочности стальных конструкций при воздействии циклических напряжений.
Наибольший вклад в научное обоснование проектирования металлических конструкций, подвергающихся циклическим напряжениям, внёс немецкий инженер Август Вёллер классическими опытами с железом и сталью в условиях повторного растяжения-сжатия, результаты которых были опубликованы в 1858—1870 годах.
Луис Шпангенберг в 1874 году впервые графически изобразил результаты исследований, опубликованных А. Вёллером в виде таблиц.
С тех пор[когда?] представление полученной зависимости между амплитудами напряжения цикла и числом циклов до разрушения называют диаграммой (кривой) Вёллера.
Предотвращение усталостного разрушения
Основным методом предотвращения усталостного разрушения является модификация конструкции механизма с целью исключения циклических нагрузок, либо замена материалов на менее склонные к усталостному разрушению. Значительное увеличение выносливости даёт химико-термическая обработка металлов, например, поверхностное азотирование.
Газотермическое напыление, особенно высокоскоростное газопламенное напыление, создаёт напряжение сжатия в покрытии материала и способствует снижению склонности деталей к усталостному разрушению.
Некоторые известные катастрофы, связанные с усталостным разрушением
- Версальская железнодорожная катастрофа — произошла 8 мая 1842 года. Изначальной причиной послужил излом оси паровоза. Погибло около 55 человек, в том числе и известный исследователь Жюль-Сезар Дюмон-Дюрвиль со своей семьёй. Одна из крупнейших железнодорожных катастроф XIX века. Последующее расследование показало всю важность исследований усталости материалов от постоянных циклических нагрузок.
- 1919 — Затопление Бостона патокой.
- 1954 — Крушения самолётов De Havilland Comet.
- 1972 — Катастрофа Ан-10 под Харьковом.
- 1977 — Обрушение пешеходного моста на станции Пушкино.
- 1988 — Происшествие с Boeing 737 над Кахулуи.
- 1989 — Катастрофа DC-10 в Су-Сити.
- 1992 — авиакатастрофа в Амстердаме.
- 1998 — Крушение ICE у Эшеде.
- 2009 — Авария на Саяно-Шушенской ГЭС.
- 2018 — Авария авиалайнера Рейс 1380 Southwest Airlines.