Mekanik Yorulma

Genel olarak, bir seviyedeki sınır koşul yükleri bir kez uygulandığında herhangi bir hasara neden olmaz, ancak tekrar tekrar uygulandığında çatlak veya kırık şeklinde hasar meydana gelir. Diğer bir deyişle yorulma, değişken gerilmeler altında malzemenin iç yapısında meydana gelen değişikliklerdir.

Yorulma Nedir hakkında detaylı bilgi için:

Yorulma Nedir?

Yorulma, çevrimsel yükler altında malzemelerin yapısal bir hasarıdır. Birkaç ana yorgunluk türü vardır.

• Mekanik Yorulma
• Sürünme (Creep) yorgunluğu
• Termal Yorulma
• Termo-Mekanik Yorulma
• Korozyon Yorulması
• Aşınma (Fretting) yorgunluğu

Bu yazının konusu olan mekanik yorulma, çevrimsel yükleme ile sınır şartlarına göre değişen gerilme ve şekil değiştirmelerin neden olduğu hasar ve kırılma olarak tanımlanabilir.

Mekanik Yorulma Durumu

Malzeme biliminde yorulma, bir malzemede döngüsel yükleme nedeniyle çatlakların başlaması ve yayılmasıdır. Yorulma ömrü, bir mühendislik bileşeninin önemli bir özelliğidir ve yorulma kriteri meydana gelmeden önce bir dizi döngü ile ölçülür. Mekanik yorulma aşağıdaki gibi başlıklara ayrılabilir:

• Monotonik Kırılma Davranışı
• Çok Düşük Döngü (Çevrim) Yorgunluğu / Ultra Düşük Döngü (Çevrim) Yorgunluğu
• Düşük Döngü (Çevrim) Yorgunluğu
• Yüksek Döngü (Çevrim) Yorgunluğu
• Çok Yüksek Döngü (Çevrim) Yorgunluğu / Ultra Yüksek Döngü (Çevrim) Yorgunluğu

Monotonik Kırılma Davranışı

Monotonik Kırılma davranışı, döngüsel yükleme olmaksızın tek yönde uygulanan artan bir gerilim altındaki eylem anlamına gelir. Monotonik ve döngüsel yük arasındaki fark, monotonik yükün yalnızca bir yönde olması ve yük tarafında malzemenin başarısız (fail) olmasına neden olmasıdır. Monotonik Kırılma davranışı esas olarak erken çatlak ilerleme aşamasındadır ve çoklu çatlak çekirdeklenme bölgeleri sergilemesi daha olasıdır.

Çok Düşük Döngü Yorgunluğu

Çok Düşük Çevrim Yorulmasında, büyük plastik gerilmeler ve malzemenin plastik tepkisi, genellikle yüz adet çevrimden az olmak üzere çok düşük sayıda çevrimde sünek kırılmaya yol açar.

Çok Düşük Döngü Yorgunluğu, örneğin binaların yoğun bir tekrarlanan yüklemeye maruz kaldığı ve büyük plastik gerinim döngülerine neden olduğu depremler sırasında bulunabilir.

Düşük Döngü Yorgunluğu

Düşük Döngü Yorulma modeli, arıza oluşmadan önce düşük sayıda yük çevrimi altında büyük plastik şekil değiştirmelere maruz kalan bir yorulma türüdür.

Düşük Döngü Yorulma modeli 10⁴ devir ve altında ortaya çıkar. Düşük Döngü Yorulma ömründe, maksimum çekme gerilimi ve gerinim genliği, malzemenin ömrünü plastik gerinim genliği veya gerilim genliği ile tahmin etmek için yararlıdır. Gerilme seviyesi genellikle plastik aralıktadır ve bu nedenle, yüksek plastik gerilmeler daha kısa bir ömre neden olur.

Yüksek Döngü Yorgunluğu

Yüksek Döngü Yorulma modeli, arıza (failure) oluşmadan önce çok sayıda yük çevrimi altında elastik deformasyona maruz kalan bir yorulma türüdür. Yüksek Döngü Yorulması, düşük gerinim ve uzun süreli döngüsel yüklerle ilgilenir. Malzeme, çoğunlukla akma gerilimi altında olan yükler tarafından elastik deformasyon aralığına maruz kalır.

Yüksek Döngü Yorulması, esas olarak elastik deformasyon nedeniyle yorulma hatasına ulaşmak için çok sayıda yükleme çevrimi gerektirir ve yorulma 10⁴ yük çevriminin üzerinde gerçekleşir. Yüksek Çevrim Yorulma, Düşük Çevrim Yorulma’ya kıyasla daha düşük streslere sahiptir.

Çok Yüksek Döngü Yorgunluğu

Çok Yüksek Döngü Yorulma, tekerlek, dişli, jet motoru bıçağı vb. yapıların arıza ömürlerinin 10⁷ çevrimin üzerinde (çoğunlukla 10⁸ ile 10¹⁰ çevrim arasında) olması beklenmektedir. Yapısal malzemelerde Çok Yüksek Döngü Yorulma ömrü tahmini ve hasar değerlendirme yöntemleri, yorulma alanında bir endişe kaynağıdır.

Özetlersek

Çok Düşük Döngü Yorgunluğu yöntemi, Monotonik Kırılma ve Düşük Döngü Yorgunluğu yöntemleri arasındadır ve süneklik-döngüsel gerinim tarafından kontrol edilir. Çok Düşük Döngü Yorgunluğu’nun yorulma ömrü 100 döngünün altındadır

Düşük Döngü Yorgunluğu modu, gerinim kontrollüdür ve yorulma ömrünün ≤10⁴ döngü olduğu ve her döngüde bileşenler üzerinde hem plastik hem de elastik gerinim üreten büyük gerinim genlikleri veya yüksek gerilim seviyeleri ile ilgilidir. Yüksek Döngü Yorgunluğu modu stres kontrollüdür ve elastik aralıkta nispeten düşük stres seviyeleri ile ilişkilidir. Bu modda yorulma ömrü >10⁴ döngüdür. Çok Yüksek Döngü Yorgunluğu yönteminde malzemede arıza için 10⁸ döngü üzerinde çevrimsel yük gözlenir.

Yüksek Döngü Yorgunluğu ve Düşük Döngü Yorgunluğu arasındaki gerçek fark, malzemedeki gerinim seviyeleridir. Düşük Çevrimli Yorulma, tekrarlanan plastik deformasyon ile karakterize edilirken, Yüksek Çevrimli Yorulma, elastik deformasyon ile karakterize edilir. Gerilim & Gerinim seviyeleri akmanın çok altındaysa, Yüksek Döngü Yorulma (strese dayalı) kullanılabilir. Aksi takdirde, Düşük Döngü Yorulma (gerilme bazlı) kullanılmalıdır.

Kaynaklar:
efunda.com
diva-portal.org
ncbi.nlm.nih.gov
testdevices.com
researchgate.net
researchgate.net
sciencedirect.com