Втома на стиснення — це вид втоми матеріалу, який виникає при постійному циклічному прикладанні стиснювальних навантажень. Подібно до втоми на розтягування, навіть якщо окремі стиснювальні навантаження не перевищують межу міцності матеріалу, їх багаторазове повторення може призвести до розвитку мікротріщин або інших пошкоджень у матеріалі, що в кінцевому підсумку призводить до руйнування.

Механізм втоми на стиснення:

1. Циклічне стиснення: При втомі на стиснення матеріал піддається циклічному стисненню, тобто постійному чергуванню фаз стиснення і розтягування. У кожному циклі матеріал стискається і розтягується, що може викликати поступове накопичення мікротріщин або пошкоджень.
2. Накопичення пошкоджень: У матеріалах, які піддаються циклічному стисненню, можуть утворюватися мікротріщини або дефекти, особливо на межі з’єднання різних фаз матеріалу або на поверхні. Це відбувається навіть якщо кожен окремий цикл не перевищує межу міцності матеріалу.
3. Роль амплітуди навантаження: Як і у випадку з втомою на розтягування, для втоми на стиснення важливою є амплітуда циклічного навантаження. Чим більша амплітуда навантаження, тим менше число циклів матеріал може витримати, перш ніж відбудеться руйнування.
4. Деформація і відновлення: У циклічних навантаженнях стиснення матеріал може зазнавати значних деформацій, які не завжди відновлюються повністю після зняття навантаження, особливо коли матеріал має підвищену жорсткість або низьку пластичність.

Особливості втоми на стиснення:

1. Пошкодження на поверхні: Оскільки стиснення часто призводить до утворення тріщин або вм’ятин на поверхні матеріалу, ці пошкодження можуть стати ініціаторами руйнування при подальшому циклічному навантаженні.
2. Низька чутливість до стиснення: Деякі матеріали, особливо крихкі (наприклад, кераміка), менш схильні до втоми при стисненні, ніж при розтягуванні. Однак для матеріалів, які здатні до пластичних деформацій, втома при стисненні може бути дуже значущим фактором.
3. Відмінність від втоми на розтягування: Втома на стиснення зазвичай менш вивчена, ніж втома на розтягування, оскільки механізми пошкодження при стисненні часто відрізняються. Для матеріалів з високою межою міцності на стиснення може бути важко визначити чіткі критерії для межі витривалості.

Випробування на втомну міцність при стисненні:

1. Типи зразків для випробувань:
   • Для випробувань на втомність при стисненні використовують зразки, які зазнають циклічне стиснення. Це можуть бути циліндричні або прямокутні зразки.
   • Такі зразки зазвичай мають певну геометрію, що дозволяє точно застосовувати стиснення та вимірювати величину деформації.
2. Процес випробувань:
   • Підготовка зразка: Зразки виготовляються з певного матеріалу і встановлюються в випробувальну машину, що дозволяє контролювати навантаження і вимірювати деформації.
   • Циклічне стиснення: На зразок прикладається циклічне стиснення (наприклад, стиснення і розширення) з певною амплітудою і частотою.
   • Спостереження за пошкодженнями: Протягом випробувань реєструються мікротріщини та інші дефекти, що можуть виникати на поверхні матеріалу.
   • Завершення випробування: Випробування продовжується до тих пір, поки не відбудеться повне руйнування або матеріал не стане непридатним для подальшого використання.
3. Машини для випробувань на стиснення:
   • Для тестування на втомність при стисненні застосовуються спеціальні універсальні випробувальні машини, які дозволяють контролювати величину прикладеного стиснення.
   • Ці машини можуть бути оснащені системами для вимірювання сили, деформацій і навіть контролю за появою тріщин.

Фактори, що впливають на втомну міцність при стисненні:

1. Тип матеріалу: Матеріали, що піддаються пластичним деформаціям, такі як метали, зазвичай мають меншу стійкість до втоми на стиснення, ніж матеріали з високою жорсткістю (наприклад, кераміка). Метали можуть розвивати тріщини в результаті багаторазових циклів стиснення, а кераміка, навпаки, може зазнавати крихкого руйнування при стисненні.
2. Температурний режим: Втомна міцність може змінюватися в залежності від температури. При низьких температурах метали можуть ставати крихкими, що знижує їх стійкість до втоми на стиснення. Високі температури можуть викликати додаткові деформації та зміну структури матеріалу.
3. Вологість: Для матеріалів, таких як бетон або композитні матеріали, на втомну міцність при стисненні можуть впливати умови навколишнього середовища, наприклад, вологість.
4. Частота циклів: Частота циклів навантаження також може впливати на кількість циклів до руйнування. Висока частота циклів може прискорити процес накопичення пошкоджень і зменшити кількість циклів до руйнування.

Діаграма втоми на стиснення:

Як і для втоми на розтягування, для втоми на стиснення також можна використовувати S-N діаграму (де S — амплітуда напруги, а N — кількість циклів до руйнування). Проте для стиснення це може бути складніше, оскільки багато матеріалів мають різну чутливість до стиснення, і часто виникають інші види пошкоджень (наприклад, злам або зміщення в результаті великої деформації).

Застосування втоми на стиснення:

1. Будівництво:
   • Втома на стиснення має велике значення для матеріалів, які використовуються в конструкціях, що піддаються циклічним стисненням (наприклад, бетон, цегла, металеві конструкції, що працюють на стиснення).
   • При проектуванні колон, балок, опорних конструкцій, які зазнають циклічні стисненні навантаження, важливо враховувати можливість втоми на стиснення.
2. Транспорт і механізми:
   • Втома на стиснення може бути важливою для машин та механізмів, де деталі зазнають великих стиснених навантажень, наприклад, в підшипниках, гідравлічних системах та інших компонентах, що піддаються циклічному стисненню.
3. Композиційні матеріали:
   • Втома на стиснення є важливою для матеріалів, що використовуються в авіації та космонавтиці, де часто застосовуються композитні матеріали. Вони можуть зазнавати циклічних стиснених навантажень, тому важливо визначати їх стійкість до втоми в таких умовах.

Втома на стиснення є важливим аспектом для оцінки довговічності матеріалів і конструкцій, які піддаються циклічним стисненим навантаженням. Випробування на втомну міцність при стисненні допомагають визначити, скільки циклів матеріал здатен витримати, перш ніж почне руйнуватися. Ці випробування особливо важливі для будівництва, транспортних засобів, механізмів і композитних матеріалів, що працюють в умовах стиснення.