FATIGUE ANALYSIS OF A PLATE

PHÂN TÍCH ĐỘ BỀN MỎI CỦA TẤM

Hình 1: Phá hủy do mỏi

Xem video về quá trình thử mỏi.

1. Tổng quan

Phân tích mỏi là phân tích cấu trúc về xu hướng hư hỏng của hệ thống khi chịu tải trọng theo chu kỳ. Nhiều phần mềm khác nhau có sẵn trên thị trường để nghiên cứu hành vi mỏi khi chịu tải theo chu kỳ. Mệt mỏi là sự phá hủy kết cấu cục bộ và tăng dần xảy ra khi vật liệu chịu tải theo chu kỳ. Việc tiếp tục quay vòng với nồng độ ứng suất cao cuối cùng có thể gây ra vết nứt lan rộng và dẫn đến rò rỉ. Cơ chế thất bại này được gọi là mệt mỏi. Thiệt hại một khi được thực hiện trong quá trình mệt mỏi là tích lũy và thường không thể phục hồi.

Hình 2: Lực tác dụng theo chu kỳ

Khi cấu trúc không chịu tác dụng của tải theo chu kỳ, mà chỉ bị tác dụng bởi tải thông thường, cấu trúc được xem là an toàn nếu hệ số an toàn lớn hơn 1(ứng suất max do tải gây ra nhỏ hơn giới hạn dàn hồi), tùy từng lĩnh vực và chức năng của cấu trúc mà chọn hệ số an toàn phù hợp.

Tuy nhiên, nếu cấu trục chịu tác dụng của tải theo chu kỳ, ngay cả khi ứng suất max nhỏ hơn giới hạn chảy, chi tiết vẫn bị phá hủy khi chịu tải với một số chu kỳ nhất định.

Hình 3: Cơ tính của thép 1045 steel

Hình 4: Đường cong S-N của vật liệu 1045 steel

Theo hình 3, hình 4, giới hạn đàn hồi (yield strength) của thép 1045 là 530MPa. Khi ứng suất gây ra bởi tải nhỏ hơn 530MPa thì chi tiết sẽ không bị biến dạng dẻo hoặc bị phá hủy. Tuy nhiên nếu tải tác dụng có chu kỳ thì chi tiết vẫn bị hỏng. Ví dụ như, khi ứng suất là 400MPa, chi tiết sẽ bị phá hủy sau khoảng 3E3 chu kỳ; với ứng suất 300MPa thì sau 2E4 chu kỳ, còn với ứng suất nhỏ hơn 120MPa thì chi tiết sẽ không bao giờ bị phá hủy mỏi.

Một số thông số cần xác định khi phân tích tuổi thọ mỏi của chi tiết:

– Fatigue life (tuổi thọ mỏi): là số chu kỳ của tải mà chi tiết có thể chịu được trước khi bị phá hủy.

– Fatigue damage (hệ số phá hủy mỏi): = / = Design life/Fatigue life.

Trong đó: Design life là tuổi thọ yêu cầu cần đạt. Nếu thì chi tiết bị phá hủy với số chu kỳ tải nhỏ hơn số chu kỳ yêu cầu cần đạt. Để chi tiết đảm bảo bền mỏi, .

– Fatigue safety factor (hệ số an toàn mỏi): = / ;

Trong đó: là ứng suất do tải gây ra, đảm bảo rằng chi tiết chịu được (design life) chu kỳ tải. là ứng suất gây ra do tải đang tác dung lên chi tiết. Chi tiết đảm bảo bền mỏi nếu

– Safery factor (hệ số an toàn): = / . Trong đó, là giới hạn đàn hồi.

– Fatigue sensitivity: Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của tuổi thọ mỏi vào sự thay đổi của giá trị tải. Những thổng số trên sẽ được làm rõ hơn ở phần phân tích kết qua mô phỏng mỏi.