i

Aktuální číslo:

2021/1

Téma měsíce:

Roboti

Gigacyklová únava materiálů

 |  3. 12. 2018
 |  Vesmír 97, 722, 2018/12

Katastrofální následky havárií vlaků, letadel nebo elektráren byly vždy výzvou k prozkoumání jejich příčin. Náhlé porušení důležitých částí konstrukcí může být posledním projevem dlouhé historie zatěžování s nepozorovaným růstem trhliny, jejíž příčinou je únava materiálů.

K únavovému porušení dochází při docela malém, ale mnohokráte opakovaném zatížení. Jedním z prvních výzkumníků, kteří se únavě materiálů věnovali, byl německý železniční konstruktér August Wöhler (1819–1914), který v 19. století zkoumal porušení náprav vagonů a lokomotiv.1) K tomu ho vyprovokoval fakt, že k porušení náprav docházelo při zatíženích, která byla nejen hluboko pod mezí pevnosti (to je nejvyšší zatížení, které materiál vydrží), ale i pod mezí pružnosti. Do dosažení meze pružnosti se materiály chovají tak, že nedochází k deformacím trvalým, pouze k dočasným. Materiál je pružný, proto se při zatížení deformuje, ale po odlehčení se vrátí do původního stavu. Vrátí-li se do původního stavu, nemělo by u něho docházet k žádným změnám, a tedy ani k porušení. To však platí pouze pro makropohled. Z hlediska mikrostruktury dochází v materiálu ke změnám na úrovni pohybu dislokací,2) pozorovatelných jen pomocí moderních mikroskopů s velikým zvětšením. Tyto změny časem vedou k vzniku zvrásněného reliéfu na povrchu součástí nebo ke změnám v blízkosti vnitřních defektů v materiálu. Výsledkem je pak iniciace mikrotrhlin. Jedna z nich obvykle začne růst a šíří se do okamžiku, kdy je dost velká, aby oslabila zbylý nosný průřez součásti, a dojde k rychlému dolomení. Tyto okamžiky jsou ony „náhle“ porušené nápravy či hřídele dopravních prostředků, prasklé lopatky turbín nebo tryskových motorů, roztržené trupy letadel, pády mostů atd. Když August Wöhler zpozoroval, že k porušení vlakových náprav dochází i při nízkém zatížení, začal provádět zkoušky, při nichž nechal rotovat hřídel a současně ji ohýbal. Takové zatížení dosti věrně odpovídalo zatížení hřídele nápravy lokomotivy nebo vagonu. Nepřekvapilo ho, že při vyšším zatížení dojde k porušení během menšího počtu zátěžných cyklů (otáček hřídele) a se snižujícím se zatížením vydrží hřídel více cyklů. Nakreslil tedy křivku počtu cyklů do lomu v závislosti na velikosti amplitudy zatížení. Dnes této závislosti říkáme Wöhlerova křivka. Wöhler si tehdy všiml, že s nižším zatížením se životnost prodlužuje logaritmicky a zároveň existuje jakási velikost zatížení, při které k lomu nedojde vůbec. V roce 1870 tedy stanovil mez únavy jako zatížení, které materiál vydrží desetmilionkrát. Postuloval, že při takovém nebo menším zatížení už nikdy nedojde k porušení. Není tomu však dávno, kdy tato pohádka o mezi únavy (o zatížení, které materiál vydrží navždy) skončila.

Nyní vidíte 31 % článku. Co dál:

Jsem předplatitel, mám plný přístup
Jsem návštěvník
Chci si přečíst celé číslo
Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru. Více o předplatném
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Technické vědy

O autorech

Jan Klusák

Ludvík Kunz

Doporučujeme

Jeden trhák, co zaplatí náklady

Jeden trhák, co zaplatí náklady

Eva Bobůrková  |  4. 1. 2021
Po vysoké škole aspirantura, pak vojenská služba, návrat do ústavu na jaře 1987. Ale pak přišla turbulentní devadesátá léta. „V roce 1992 jsem se...
Autonomní zabijáci

Autonomní zabijáci

David Černý  |  4. 1. 2021
O životě a smrti na bitevním poli stále ještě rozhoduje člověk, i když samotné provedení smrtícího útoku se čím dál více svěřuje dronům a moderním...
Kriminalizace amatérské entomologie

Kriminalizace amatérské entomologie

Sběr a výzkum hmyzu má v České republice pevné kořeny a dlouholetou tradici. V současné době však zažívá těžké časy. Kromě odlivu zájmu mladých...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné