Cyklisk stress

Cyklisk spänning är fördelningen av krafter (alias spänningar) som förändras över tiden på ett repetitivt sätt. Som ett exempel, överväg ett av de stora hjulen som används för att köra en luftlift som en skidlift . Trådkabeln lindad runt hjulet utövar en nedåtriktad kraft på hjulet och drivaxeln som stöder hjulet . Även om axeln, hjulet och kabeln rör sig, förblir kraften nästan vertikal i förhållande till marken. Således kommer en punkt på drivaxelns yta att utsättas för spänning när den pekar mot marken och kompression när den pekar mot himlen.

Typer av cyklisk stress

Cyklisk spänning påträffas ofta i roterande maskiner där ett böjmoment appliceras på en roterande del. Detta kallas en cyklisk böjspänning och luftlyften ovan är ett bra exempel. Men cykliska axiella spänningar och cykliska torsionsspänningar existerar också. Ett exempel på cyklisk axiell spänning skulle vara en bungee-lina (se bungyjump ), som måste stödja massan av människor när de hoppar från strukturer som broar. När en person når änden av en sladd böjs sladden av elastiskt och stoppar personens nedstigning. Detta skapar en stor axiell spänning i sladden. En bråkdel av den elastiska potentiella energin som lagras i sladden överförs vanligtvis tillbaka till personen, vilket kastar personen uppåt en bråkdel av avståndet han eller hon föll. Personen faller sedan på sladden igen, vilket inducerar stress i sladden. Detta händer flera gånger per hopp. Samma sladd används för flera hopp, vilket skapar cykliska spänningar i sladden som så småningom kan orsaka fel om den inte byts ut.

Cyklisk stress och materialbrott

När cykliska spänningar appliceras på ett material, även om spänningarna inte orsakar plastisk deformation , kan materialet gå sönder på grund av utmattning . Utmattningsbrott modelleras typiskt genom att sönderdela cykliska spänningar i medelvärde och alternerande komponenter. Medelspänningen är tidsgenomsnittet av huvudspänningen. Definitionen av växelspänning varierar mellan olika källor. Den definieras antingen som skillnaden mellan den minimala och den maximala spänningen, eller skillnaden mellan den genomsnittliga och den maximala spänningen. Ingenjörer försöker designa mekanismer vars delar utsätts för en enda typ (böjning, axiell eller vridning) av cyklisk spänning eftersom detta bättre matchar experiment som används för att karakterisera utmattningsbrott i olika material.