דלג לתוכן
In English
Failure under cyclic loading at stresses below yield, after many cycles.
הסבר
רוב הכשלים המכניים בפועל הם כשלי עייפות. הסדק מתחיל בריכוז מאמצים, כמו פינה חדה, חריץ, חור או שריטה, ומתפשט בהדרגה. רדיוסים, חספוס טוב ומאמצי לחיצה שיוריים משפרים את העמידות.
מה זה אומר בפועל
גל שמסתובב תחת עומס כפיפה עובר בכל סיבוב ממתיחה ללחיצה. אחרי מיליוני סיבובים נוצר סדק זעיר בפינה החדה של כתף, והוא מתקדם מעט בכל מחזור. כשהחתך שנותר קטן מדי, הגל נשבר בבת אחת. בפני השבר רואים אזור חלק עם קווים קשתיים ("קווי חוף") שבו הסדק התקדם, ואזור גס וגרעיני שבו קרה השבר הסופי.
למה זה חשוב
- רוב השברים בגלים מסתובבים, בריתוכים ובברגים הם כשלי עייפות, ולא עומס יתר.
- הכשל מגיע בלי אזהרה ובלי עיוות גלוי, ולכן הוא מסוכן.
- גבול העייפות של פלדה בדגם מלוטש הוא בערך מחצית מחוזק המתיחה, ובחלק אמיתי הוא נמוך יותר בגלל חספוס, גודל וריכוזי מאמצים.
- לאלומיניום אין גבול עייפות מובהק, ולכן מתכננים אותו למספר מחזורים מוגדר.
בעיות נפוצות ופתרונות
- פינה חדה בכתף או בחריץ → רדיוס מעבר גדול ככל האפשר, וחריץ שחרור במקום פינה.
- ריתוך באזור של עומס מחזורי → להעביר את הריתוך לאזור מאמץ נמוך, לשייף את שולי התפר, או לבחור חיבור אחר.
- ברגים משתחררים ונשברים בעייפות → מומנט הידוק נכון שיוצר כוח מקדים גבוה, כך שהבורג "מרגיש" רק חלק קטן מהעומס המשתנה.
- נעשה חישוב סטטי בלבד → לבדוק מקדם בטחון לעייפות (למשל לפי Goodman), עם מקדמי חספוס, גודל וריכוז מאמצים.
איפה משתמשים
- גלים מסתובבים וצירים
- קפיצים
- ברגים בעומס משתנה
- מבנים מרותכים עם רעידות
- זרועות ומסגרות של מכונות מהירות
- חלקי רכב ותעופה
נוסחאות ונתונים הנדסיים
Se′ ≈ 0.5 · RmSe = ka · kb · kc · … · Se′σa / Se + σm / Rm = 1 / n| Se′ | גבול עייפות של דגם מלוטש | MPa |
| Se | גבול עייפות מתוקן לחלק | MPa |
| ka, kb, … | מקדמי תיקון: גימור, גודל, סוג עומס, טמפרטורה | – |
| Rm | חוזק מתיחה | MPa |
| σa | משרעת המאמץ | MPa |
| σm | מאמץ ממוצע | MPa |
| n | מקדם ביטחון | – |
- פלדה – ברך העקומה≈ 10⁶–10⁷ מחזורים
- אלומיניוםאין גבול עייפות, מתכננים למספר מחזורים
דוגמה: פלדה עם Rm = 600 MPa: Se′ ≈ 300 MPa, ואחרי מקדמי תיקון של 0.6 מתקבל Se ≈ 180 MPa. עם σa = 80 ו־σm = 100 MPa: 1 / n = 80 / 180 + 100 / 600 ≈ 0.61, כלומר n ≈ 1.64.
נוסחאות בסיסיות להערכה ראשונית. לתכנון סופי יש לבדוק מול התקן ונתוני היצרן.
