materiaalvermoeidheid

Materiaalvermoeidheid is het fenomeen waarbij een materiaal faalt door herhaalde belastingcycli, ook wanneer de belasting onder de statische, hoogste treksterkte blijft. Bij veel materialen leidt dit tot scheurvorming en uiteindelijk verlies van draagvermogen na een aanzienlijk aantal cycli.

Het proces kent twee hoofdfasen. Eerst ontstaan microscheurtjes bij spanningsconcentraties door oppervlakte-defecten, korrelgrenzen of residuele spanningen. Vervolgens groeien deze scheurtjes onder cyclische belasting stap voor stap door, totdat de scheur zich voldoende heeft ontwikkeld om een structurele breuk te veroorzaken. De scheurgroei wordt vaak beschreven met fracturmechanische modellen, waarbij da/dN wordt gekend als de verandering in scheurlengte per belastingcyclus en ΔK een maat is voor de toenemende belastingintensiteit nabij de scheur.

Factoren die materiaalvermoeidheid beïnvloeden zijn onder meer de materiaaleigenschappen (microstructuur en ductiliteit), de toestand van het oppervlak, de aard en spreiding van de belasting (amplitude, frequentie en belastingratio), temperatuur, omgeving en corrosie, residuele spanningen en het grootte-effect. Ook geometrische kenmerken zoals notches en welds kunnen de kans op initiatie vergroten.

Design, testen en evaluatie: veel materialen vertonen S-N-curves (Wöhler-curves) die de relatie tussen belastingamplitude en levensduur illustreren. Bij sommige staalsoorten bestaat een eindvermoeidheidslimiet; bij andere materialen geldt dit niet. Miner’s regel wordt soms toegepast om schade over cycli te sommeren, maar is niet overal accuraat. Fractiemonitoring en betrouwbaarheidsanalyse ondersteunen ontwerp tegen vermoeidheidsfalen.

Toepassingen en onderhoud: vermoeidheid speelt een cruciale rol in luchtvaart, automotive en infrastructuur. Ontwerpers streven naar verlaging van spanningsconcentraties, betere oppervlakteafwerking, remanente spanningen en regelmatige inspecties om waarschuwingssignalen van scheurvorming tijdig te detecteren.