Вуст а лость матері а лов, зміна механічних і фізичних властивостей матеріалу під тривалою дією циклічно змінюються в часі напруг і деформацій. Зміна стану матеріалу при втомному процесі відбивається на його механічні властивості, макроструктуру, микроструктуре і Субструктура. Ці зміни протікають по стадіях і залежать від вихідних властивостей, виду напруженого стану, історії навантаження і впливу середовища. На певній стадії починаються незворотні явища зниження опору матеріалу руйнуванню, що характеризуються як утомлююча пошкодження. Спочатку в структурних складових матеріалу і по кордонах їх сполучення (зерна полікристалічного металу, волокна і матриця композитів, молекулярні ланцюги полімерів) утворюються мікротріщини, які на подальших стадіях переростають в макротріщини або призводять до остаточного руйнування елемента конструкції або зразка для механічних випробувань.

Кількісно втомний процес описується залежністю між накопиченим пошкодженням і числом циклів або тривалістю навантаження по параметру величини циклічних напружень або деформацій. Відповідна залежність між числом циклів і стадією пошкодження (в т. Ч. Виникненням тріщини або остаточним пошкодженням) називається кривою втоми. Ця крива - основна характеристика У. м. Накопичення циклічного пошкодження відображає деформування матеріалу як макро- і мікронеоднорідних середовища (для металів - полікристалічний конгломерат, для полімерів - конгломерат молекулярних ланцюгів, для композитів - регулярне будова з матриці і волокон). Цей процес в поле однорідного напруженого стану (наприклад, простого розтягування-стиснення) описується механічною моделлю, ланки якої відтворюють неоднорідну напруженість структурних складових матеріалу; неоднорідність характеризується імовірнісними розподілами величин мікродеформацій і мікронапруг (включаючи залишкові). Циклічне навантаження таких неоднорідних структур породжує в найбільш напружених структурних ланках незворотні деформації (упругопластические, вязкоупругие), що накопичуються з наростанням числа циклів і тривалості перебування під циклічної навантаженням. Їх збільшення до критичних значень, властивих матеріалу і середовищі, в якій він знаходиться, призводить до зародження макротріщини як граничного стану на першій стадії втомного руйнування. Кінетика зміни стану матеріалу на цій стадії виявляється субмикроскопически в зміні щільності дислокацій і концентрації вакансій , Мікроскопічно - в освіті ліній ковзання, екструзії і інтрузій на вільній поверхні залишкових мікронапруг; механічно - в зміні твердості, параметрів петлі пружно-пластичного гистерезиса , циклічного модуля пружності , А також макрофізіческіх властивостей (електричного, магнітного і акустичного опору, щільності). На другій стадії втомного руйнування накопичення пошкодження оцінюється швидкістю проростання макротріщини і зменшенням опору матеріалу статичному (квазікрихкого або крихкому) руйнування, визначеного зміною статичної міцності, в тому числі характеристиками в'язкості руйнування як критичними значеннями інтенсивностей напружень біля краю втомної тріщини.

Криві втоми в області багатоциклової втоми (при руйнівному числі циклів більш 105), за які «відповідальні» повторні пружні деформації, наносяться в амплітудах (або максимальних напругах) циклу в логарифмічних (lg s, lgN) або полулогарифмических (s, lgN) координатах ( рис. 1). Залежно від особливостей матеріалу, гомологічних температур і фізико-хімічної активності середовища криві втоми можуть мати або асимптотичний характер (крива 1), або безперервно знижується з опуклістю, оберненою до початку координат (крива 2). Величину амплітуд напружень s -1, є асимптотами кривих втоми 1-го типу, називається межею витривалості матеріалу, а величину амплітуд напружень (s-1) Np, для яких руйнування досягається при числі циклів Np по кривих 2-го типу, - обмеженим ( по числу циклів) межею витривалості. Матеріалами більш стабільних структур і для більш низьких температур властиві криві типу 1; матеріалами менш стабільних структур, для більш високих температур і активних середовищ - криві типу 2.

Криві втоми в області малоцикловой втоми (при руйнівному числі циклів в 104 і менше), за які «відповідальні» повторні пластичні деформації, наносяться в амплітудах цих деформацій в логарифмічних координатах lg e ap і lg N (рис. 2).

Літ .: Конструкційні матеріали, т. 3, М., 1965, с. 382-90; Форрест П., Утома металів, пров. з англ., М., 1968; Серенсен С. В., Опір матеріалів усталостному і крихкому руйнуванню, М., 1975.

С. В. Серенсен.

Мал. 1. Криві втоми в області багатоциклової втоми.

Мал. 2. Криві втоми в області малоцикловой втоми.