آزمایش خستگی

تست خستگی

تست خستگی (Fatigue Test)، در آزمایشگاه معمولا بر اساس چرخه بارگذاری یکنواخت، که به صورت تناوبی، تکراری، و یا نوسانی اعمال می‌ شوند، انجام می‌ شود. دستگاه‌ های متنوعی برای انجام تست خستگی طراحی شده‌ اند ولی برای نمونه آزمایش، استانداردی وجود ندارد. استاندارد انگلیسی (3518، 1962) برای انجام تست خستگی تهیه شده است ولی این استاندارد به‌ جای پرداختن به جزئیات آزمایش فقط توصیه‌ هایی در مورد اصول کلی و نکاتی درباره روش‌ های درست تهیه نمونه آزمایش، و چگونگی انجام تست به‌ دست می‌ دهد. قسمت اول استاندارد انگلیسی (3518، 1962) مربوط به اصول کلی تست خستگی است و قسمت‌ های 2، 3 و 4 آن به ترتیب به آزمون خمش دورانی، آزمون تنش مستقیم و آزمون پیچش مربوط می‌ شوند.

در بعضی از آزمون‌ های خستگی قطعه را به هنگام چرخش در وضعیت خمیده نگه می‌ دارند. از جمله این آزمون‌ ها، آزمایش تیر چرخان وولر و آزمایش سیستم خمش چهار نقطه‌ ای است که بسیار معمول هستند. در این آزمایش‌ ها، در هر لحظه، یک قسمت از نمونه تحت تنش کششی قرار دارد در حالی که قسمت دیگر آن، که درست قرینه قسمت اول است، تحت تاثیر تنش فشاری است. در یک دور کامل، هر یک از قسمت‌ های سطح، یک چرخه کامل تنش دریافت می‌ کند، به‌ طوری که متوسط تنش دریافتی صفر است.

در تست خستگی با بارگذاری مستقیم، به نمونه آزمایش هم کشش و هم فشار وارد می‌ شود، نمونه، ظاهری شبیه به نمونه‌ های آزمایش کشش دارد. لازم است که بارگذاری روی قطعه، تک‌ محوری باشد. باید دقت شود که سیستم نسبتا ساده گیره‌ های خود محور که در ماشین‌ های تست کشش مورد استفاده قرار می‌ گیرند، برای تست خستگی مناسب نیستند. در آزمون خستگی، دو انتهای نمونه آزمایش معمولا رزوه می‌شود و نگهدارنده‌ های نمونه به‌ طور بسیار دقیق، درون راهنما های ثابتی جای می‌ گیرند تا بارگذاری هم در کشش و هم در فشار کاملا محوری باشد. یک مزیت روش آزمون تنش مستقیم در برابر آزمایش خمش دورانی، این است که چرخه بارگذاری را می‌ توان طوری تنظیم نمود که تنش متوسط صفر نشود.

باید کاملا درنظر داشت که نمونه‌ های تست خستگی با سطوح صیقل‌ کاری شده تهیه می‌ شوند. نمونه‌ ها ابتدا باید به دقت به شکل و اندازه مورد نظر ماشین‌ کاری شده و سپس پرداخت سطحی شوند. آخرین مرحله صیقل دادن باید با کاغذ سنباده سیلیکون با نمره 600 انجام شود و جهت مالش سطح باید در امتداد طول قطعه باشد به‌طوری که {{زبری}} سطح به کمتر از 0.125μm CLA یا 5 میکرواینچ کاهش یابد. پیشنهاد می‌ شود که آهنگ چرخه بارگذاری آزمون خستگی بین 50 تا 120 هرتز انتخاب شود.

اهمیت نتایج تست خستگی

نتایج تست خستگی معمولا به‌ صورت منحنی‌ های S-logN نمایش داده می‌ شوند و مهم است که ضمن گزارش نتایج، روش اعمال تنش، نوع ماشینی که به‌ کار گرفته شده، اندازه‌ های نمونه آزمایش و بسامد چرخه، گزارش شوند. داده‌ های آزمایشی می‌ تواند به شکل جدول نیز نشان داده شود. عبارت عمر خستگی و تحمل، برای نشان دادن تعداد چرخه‌ های لازم تا رسیدن به نقطه شکست به‌ کار می‌ رود که معمولا تعداد آن 106 چرخه برای فولاد های ساختمانی و 107 چرخه برای انواع دیگر فولاد ها و فلزات غیر آهنی است. عبارت استحکام خستگی و حد تحمل، برای حداکثر سطح تنش قابل اعمال به‌ کار می‌رود که قطعه ضمن تحمل آن عمر مشخصی را سپری می‌ کند.

در تست خستگی تعداد زیادی متغیر دخالت دارند؛ حتی اگر تمام نمونه‌ های یکسان آزمایش با دقت زیادی تهیه و به‌ طور یکنواخت صیقل داده شوند، نتایج آزمون خستگی ممکن است دارای پراکندگی قابل ملاحظه‌ ای باشند. انجام آزمون خستگی در آزمایشگاه، معمولا بر اساس شرایط بارگذاری یکنواخت استاندارد است و بنابراین برقراری ارتباط میان نتایج به‌ دست آمده در تست خستگی در آزمایشگاه با آنچه که مستقیما در هنگام کار اتفاق می‌ افتد، دشوار است و لذا به‌کار گیری مستقیم نتایج تست خستگی در طراحی مشکل است؛ بنابراین در بعضی موارد لازم است با ابداع و انجام آزمایش خستگی روی تمامی یک سازه مهندسی، آزمون تا شکست کامل ادامه یابد.

به دنبال شکستن نخستین کابین هواپیمای کامت در اثر فشار در دهه 1950، در یک آزمایشگاه ویژه در موسسه سلطنتی هواپیمایی، واقع در شهر فارن‌بورو اسکلت کامل یک هواپیمای کامت تا انهدام کامل مورد آزمایش قرار گرفت. در آزمایشی نیز تغییرات فشار کابین و بازی بال‌ ها که ضمن هر پرواز اتفاق می‌ افتد، شبیه‌ سازی شد. از همان تاریخ برای هر مدل هواپیمایی که برای خدمات غیر نظامی ساخته می‌ شود یک آزمایش مشابه تا حد انهدام انجام می‌ پذیرد. انجام این آزمایش‌ ها برای دریافت جواز صلاحیت پرواز الزامی است.