Циклическое напряжение — это распределение сил (также называемых стрессами), которые периодически меняются со временем. В качестве примера рассмотрим одно из больших колес, используемых для привода подъемника, например лыжного подъемника. Трос, обернутый вокруг колеса, оказывает направленное вниз усилие на колесо и приводной вал, поддерживающий колесо. Хотя вал, колесо и трос движутся, сила остается почти вертикальной относительно земли. Таким образом, точка на поверхности приводного вала будет подвергаться растяжению, когда она направлена к земле, и сжатию, когда она направлена к небу.
Виды циклического стресса
Циклическое напряжение часто встречается во вращающихся машинах, где к вращающейся части прилагается изгибающий момент. Это называется циклическим изгибающим напряжением, и приведенный выше подъем является хорошим примером. Однако циклические осевые напряжения и циклические напряжения кручения также существуют. Примером циклического осевого напряжения может служить банджи-шнур (см. Банджи-джампинг), который должен поддерживать массу людей, когда они спрыгивают с таких конструкций, как мосты. Когда человек достигает конца шнура, шнур упруго отклоняется и останавливает падение человека. Это создает большое осевое напряжение в корде. Часть упругой потенциальной энергии, запасенной в шнуре, обычно передается обратно человеку, подбрасывая человека вверх на некоторую часть расстояния, на которое он упал. Затем человек снова падает на пуповину, вызывая напряжение в пуповине. Это происходит несколько раз за прыжок. Один и тот же шнур используется для нескольких прыжков, создавая циклические напряжения в шнуре, которые в конечном итоге могут привести к выходу из строя, если его не заменить.
Циклическое напряжение и разрушение материала
Когда к материалу прикладывают циклические напряжения, даже если эти напряжения не вызывают пластической деформации, материал может разрушиться из-за усталости. Усталостное разрушение обычно моделируется путем разложения циклических напряжений на средние и знакопеременные компоненты. Среднее напряжение — это среднее по времени главное напряжение. Определение переменного стресса варьируется в зависимости от разных источников. Оно определяется либо как разница между минимальным и максимальным напряжением, либо как разница между средним и максимальным напряжением. Инженеры пытаются спроектировать механизмы, детали которых подвергаются циклическому напряжению одного типа (изгибающему, осевому или скручивающему), поскольку это более точно соответствует экспериментам, используемым для характеристики усталостного разрушения различных материалов.
