Väsymisvauriot

Väsymisvauriot ovat materiaalin vaurioita, jotka kehittyvät toistuvan rasituksen vaikutuksesta. Rasitus on usein suurelta osin yliarvioimaton, mutta kun kuormitusta toistetaan lukemattomia syklejä, kertynyt rasitus voi aiheuttaa mikrorakenteiden vaurioitumista. Lopulta halkeama muodostuu ja kasvaa, kunnes osa murtuu ilman yhtäkkistä suurta ponnistusta.

Prosessi etenee tyypillisesti kahdessa päävaiheessa: halkeaman alun muodostuminen (initiaatio) ja sen kasvu (propagaatio) kuormituksen syklien aikana. Initiaatio esiintyy herkästi kohdistetuissa rasituskohdissa, kuten pinnan epätasaisuuksissa, reikäkohdissa, hitsauksissa tai epäpuhtauksissa. Kasvu riippuu kuorman amplitudista, jännitysratkaisusta ja ympäristöolosuhteista, ja se voi olla arviolta epälineaarista.

S-N-käyrä kuvaa, miten suuri rasitus kestää tietyllä määrällä syklejä ennen murtumaa. Väsymiselle puhutaan yleisesti korkeasykli- tai matalasykli-väsymyksenä: korkeasyklikäsittelyssä suurin osa elinaikaa liittyy pieniin rasituksiin ja suuria kestoja, kun taas matalasyklikäsittelyssä suuria rasituksia aiheuttaa plastinen muodonmuutos ja nopea vaurioituminen.

Faktoreita, jotka vaikuttavat väsymistajuuteen, ovat materiaalin mikrokturu, pinnanlaatu ja –kunto, jäännösjännitykset, ympäristö (korroosio, lämpötila), kuormituksen tyyppi ja keskiarvo sekä suunnitteluratkaisut. Ennaltaehkäisyssä keskitytään jännityksen koncentraation vähentämiseen, pintakäsittelyihin ja suojapinnoitteisiin, kuormituksen optimointiin sekä kuormitusolosuhteiden kontrolliin.