materialetræthed

Materialetræthed er en svigt i materialer forårsaget af gentagne belastninger. Selvom de gennemsnitlige spændinger ofte ligger under materialets udmattelsesstyrke, kan små revner dannes ved områder med stresskoncentration og langsomt vokse gennem mange cyklusser, indtil brud opstår. Processen består typisk af tre faser: initiering af en mikroskopisk revne ved overfladen eller ved interne uregelmæssigheder, efterfølgende vækst af revnen under høj- eller lavcyklustræthed, og til sidst en pludselig, katastrofal brud, når revnen når en kritisk størrelse. Høje frekvenser og miljøpåvirkninger kan ændre hastigheden af væksten.

En central måde at beskrive træthed på er gennem S-N-kurver (Wöhler-kurver), der viser forholdet mellem spændingsamplitude og antallet af cyklusser til svigt. Mange metaller har en udmattelsesgrænse ved høj cyklisk belastning (højcyklustræthed); andre materialer viser ingen tydelig grænse ved lavere spændinger (lavcyklustræthed). Faktorer som overfladefinish, residualspændinger, temperatur, korrosion, frekvens og miljøpåvirkninger påvirker livslængden og svigsrisikoen. Designelementer skal derfor reducere stresskoncentration og sikre tilstrækkelig sikkerhed.

Til forebyggelse anvendes metoder som geometrioptimering (fillets, afrundede kanter), overfladebehandlinger (shot peening, overfladehærdning) og kontrol af residualkompression. Vigtige hensyn er også temperatur og kemisk miljø, som kan forværre korrosionsudmattelse. Fatigue-tests omfatter axiale belastninger (tension/compression), bøjning og torsion, samt roterende bøjninger for at simulere livsløb. Multiaxial fatigue kræver særlige modeller og test. Internationale standarder og domænepraksis varierer mellem brancher og regioner og inkluderer almindeligt anvendte metoder som ASTM og ISO.