थकान दरारें आमतौर पर स्थानीय क्षेत्रों में आवधिक प्लास्टिक विरूपण का परिणाम होती हैं। थकान को "बार-बार लोड या अन्य प्रकार की लोड स्थितियों के तहत विफलता के रूप में परिभाषित किया गया है, और यह लोड स्तर केवल एक बार लागू होने पर विफलता का कारण बनने के लिए पर्याप्त नहीं है।" यह प्लास्टिक विरूपण आदर्श घटक पर सैद्धांतिक तनाव के कारण नहीं होता है, बल्कि इसलिए कि घटक सतह का वास्तव में पता नहीं लगाया जा सकता है।

ऑगस्ट वोहलर थकान अनुसंधान के अग्रदूत हैं और एक अनुभवजन्य पद्धति को सामने रखते हैं। 1852 और 1870 के बीच, उन्होंने रेलवे एक्सल की प्रगतिशील विफलता का अध्ययन किया। उन्होंने चित्र 1 में दिखाए गए परीक्षण-बिस्तर का निर्माण किया। यह परीक्षण-बिस्तर एक ही समय में दो रेलवे धुरों को घुमाने और मोड़ने में सक्षम बनाता है। W ö hler ने नाममात्र के तनाव और विफलता की ओर ले जाने वाले चक्रों की संख्या के बीच संबंध को प्लॉट किया, जिसे बाद में SN आरेख के रूप में जाना जाता है। प्रत्येक वक्र को अभी भी aw ö hler रेखा कहा जाता है। एसएन विधि आज भी सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली विधि है। इस वक्र का एक विशिष्ट उदाहरण चित्र 1 में दिखाया गया है।

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चित्र 1 W ö hler . का रोटेशन बेंडिंग थकान परीक्षण

w ö hler लाइन के माध्यम से कई प्रभाव देखे जा सकते हैं। सबसे पहले, हम ध्यान दें कि संक्रमण बिंदु (लगभग 1000 चक्र) के नीचे एसएन वक्र अमान्य है क्योंकि यहां नाममात्र तनाव इलास्टोप्लास्टिक है। हम बाद में दिखाएंगे कि थकान प्लास्टिक शीयर स्ट्रेन ऊर्जा के निकलने के कारण होती है। इसलिए, फ्रैक्चर से पहले तनाव और तनाव के बीच कोई रैखिक संबंध नहीं है, और इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है। संक्रमण बिंदु और थकान सीमा (लगभग 107 चक्र) के बीच, एसएन आधारित विश्लेषण मान्य है। थकान की सीमा से ऊपर, वक्र का ढलान तेजी से घटता है, इसलिए इस क्षेत्र को अक्सर "अनंत जीवन" क्षेत्र के रूप में जाना जाता है। पर ये स्थिति नहीं है। उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम मिश्र धातु में अनंत जीवन नहीं होगा, और यहां तक कि स्टील में भी परिवर्तनीय आयाम भार के तहत अनंत जीवन नहीं होगा।

आधुनिक प्रवर्धन प्रौद्योगिकी के उद्भव के साथ, लोग थकान दरारों का अधिक विस्तार से अध्ययन कर सकते हैं। अब हम जानते हैं कि थकान दरारों के उद्भव और प्रसार को दो चरणों में विभाजित किया जा सकता है। प्रारंभिक चरण में, दरार लागू भार (अधिकतम कतरनी तनाव रेखा के साथ) के सापेक्ष लगभग 45 डिग्री के कोण पर फैलती है। दो या तीन अनाज की सीमाओं को पार करने के बाद, इसकी दिशा बदल जाती है और लागू भार के सापेक्ष लगभग 90 डिग्री की दिशा में फैल जाती है। इन दो चरणों को चरण I दरार और चरण II दरार कहा जाता है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है।

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चित्र 2 चरण I और चरण II में दरार वृद्धि का योजनाबद्ध आरेख

यदि हम उच्च आवर्धन पर एक चरण I दरार का निरीक्षण करते हैं, तो हम देख सकते हैं कि वैकल्पिक तनाव अधिकतम कतरनी विमान के साथ एक सतत स्लिप बैंड के गठन की ओर ले जाएगा। ये स्लिप बैंड कार्ड के डेक की तरह आगे और पीछे स्लाइड करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप असमान सतह होती है। अवतल सतह अंत में एक "नवोदित" दरार बनाती है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। चरण I में, दरार इस मोड में तब तक विस्तारित होगी जब तक कि यह अनाज की सीमा से नहीं मिलती और अस्थायी रूप से बंद हो जाएगी। जब आसन्न क्रिस्टल पर पर्याप्त ऊर्जा लागू होती है, तो प्रक्रिया जारी रहेगी।

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चित्र 3 सतत स्लिप बैंड का योजनाबद्ध आरेख

दो या तीन अनाज की सीमाओं को पार करने के बाद, दरार प्रसार की दिशा अब चरण II मोड में प्रवेश करती है। इस स्तर पर, दरार प्रसार के भौतिक गुण बदल गए हैं। दरार ही तनाव प्रवाह के लिए एक मैक्रो बाधा का गठन करती है, जिससे दरार की नोक पर उच्च प्लास्टिक तनाव सांद्रता होती है। जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सभी चरण I दरारें चरण II तक विकसित नहीं होंगी।

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चित्र4

चरण II के प्रसार तंत्र को समझने के लिए, हमें तनाव चक्र के दौरान क्रैक टिप क्रॉस-सेक्शन की स्थिति पर विचार करने की आवश्यकता है। जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है। थकान चक्र तब शुरू होता है जब नाममात्र तनाव बिंदु "ए" पर होता है। जैसे-जैसे तनाव की तीव्रता बढ़ती है और बिंदु "बी" से गुजरती है, हम देखते हैं कि दरार की नोक खुल जाती है, जिसके परिणामस्वरूप स्थानीय प्लास्टिक कतरनी विरूपण होता है, और दरार मूल धातु में बिंदु "सी" तक फैल जाती है। जब "डी" बिंदु के माध्यम से तन्यता तनाव कम हो जाता है, तो हम देखते हैं कि दरार की नोक बंद हो जाती है, लेकिन स्थायी प्लास्टिक विरूपण एक अद्वितीय क्रम, तथाकथित "कट लाइन" छोड़ देता है। जब पूरा चक्र "ई" बिंदु पर समाप्त होता है, तो हम देखते हैं कि दरार ने अब "दा" लंबाई बढ़ा दी है और अतिरिक्त खंड रेखाएं बनाई हैं। अब यह समझा जाता है कि दरार वृद्धि की सीमा लागू लोचदार-प्लास्टिक दरार टिप तनाव की सीमा के समानुपाती होती है। एक बड़ा चक्र रेंज एक बड़ा दा बना सकता है।

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अंजीर। 5 चरण II में दरार प्रसार का योजनाबद्ध आरेख

थकान दरार वृद्धि दर को प्रभावित करने वाले कारक

थकान दरार वृद्धि दर पर निम्नलिखित मापदंडों के प्रभाव का अध्ययन और अवधारणात्मक रूप से समझाया गया है:

1 कतरनी तनाव

आरेख से, हम देख सकते हैं कि नाममात्र तनाव की ताकत के आवधिक परिवर्तन के दौरान कतरनी तनाव की एक निश्चित "राशि" जारी की जाती है। और जितना बड़ा तनाव बदलता है, उतनी ही अधिक ऊर्जा निकलती है। चित्रा 1 में दिखाए गए एसएन वक्र के माध्यम से, हम देख सकते हैं कि तनाव चक्र सीमा में वृद्धि के साथ थकान जीवन तेजी से घटता है।

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अंजीर। 6 इलास्टोप्लास्टिक तनाव और स्लाइडिंग सतह के साथ और दरार की जड़ पर तनाव

2 औसत तनाव

औसत तनाव (अवशिष्ट तनाव) भी थकान विफलता दर को प्रभावित करने वाला एक कारक है। संकल्पनात्मक रूप से, यदि चरण II दरार पर विस्तार तनाव लागू किया जाता है, तो दरार को खोलने के लिए मजबूर किया जाएगा, इसलिए किसी भी तनाव चक्र का अधिक महत्वपूर्ण प्रभाव होगा। इसके विपरीत, यदि औसत संपीड़ित तनाव लागू किया जाता है, तो दरार को बंद करने के लिए मजबूर किया जाएगा, और किसी भी तनाव चक्र को दरार का विस्तार जारी रखने से पहले पूर्व संपीड़न तनाव को दूर करने की आवश्यकता होती है। इसी तरह की अवधारणाएं चरण I दरारों पर भी लागू होती हैं।

3 सतह खत्म

चूंकि थकान दरारें आमतौर पर पहले घटकों की सतह पर दिखाई देती हैं जहां दोष होते हैं, सतह की गुणवत्ता दरार की संभावना को गंभीरता से प्रभावित करेगी। हालांकि अधिकांश सामग्री परीक्षण नमूनों में दर्पण खत्म होता है, इसलिए वे सबसे अच्छा थकान जीवन भी प्राप्त करेंगे। वास्तव में, अधिकांश घटकों की तुलना नमूनों से नहीं की जा सकती है, इसलिए हमें थकान गुणों को संशोधित करने की आवश्यकता है। कम आयाम वाले तनाव चक्रों के अधीन घटकों की थकान पर भूतल खत्म का अधिक प्रभाव पड़ता है।

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चित्रा 7 चक्र अनुक्रम के प्रभाव के योजनाबद्ध आरेख सतह खत्म के प्रभाव को मॉडलिंग द्वारा व्यक्त किया जा सकता है, अर्थात, थकान सीमा पर सतह सुधार पैरामीटर द्वारा एसएन वक्र को गुणा करना।

4 सतह उपचार

घटकों के थकान प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए भूतल उपचार का उपयोग किया जा सकता है। सतह के उपचार का उद्देश्य सतह पर अवशिष्ट संपीड़न तनाव बनाना है। कम आयाम अवधि के तहत, सतह पर तनाव स्पष्ट रूप से कम होता है, और यहां तक कि संपीड़ित स्थिति को भी बनाए रखता है। इसलिए, थकान जीवन को काफी लंबा किया जा सकता है। हालाँकि, जैसा कि हमने बताया, यह स्थिति केवल कम आयाम वाले तनाव चक्रों के अधीन घटकों के लिए मान्य है। यदि एक उच्च आयाम अवधि लागू की जाती है, तो पूर्व संपीड़न उच्च आयाम अवधि से दूर हो जाएगा, और इसके फायदे खो जाएंगे। सतह की गुणवत्ता के साथ, सतह के उपचार के प्रभाव को मॉडलिंग द्वारा दिखाया जा सकता है।

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