Makine Hasarı > Değişken Zorlama

BÖLÜM 1. DEĞİŞKEN ZORLANMA

1.1.Giriş

Malzemelere ait Gerilme - Gerimin diyagramlarının elde edilmesi için yapılan çoğu test yönteminde yük yavaşça uygulanır, bu sayede germimin tamamıyla artması için yeterli zaman verilmiş olur. Bu testlerde numune hasara uğrayıncaya kadar çekilir. Bu tür diyagramlar oldukça yaygındır ve Statik Şartlar ı tanımlamaktadırlar. Bu tür şartlar pek çok makine yapısının veya makine parçalarının maruz kaldığı şartlara oldukça yakındır.

Uygulamalarda ise şartlar sıkça değişir. Gerilmeler belirli seviyeler arasında değişir yada diğer bir deyişle dalgalanır. Mesela dönen bir milin üzerindeki herhangi bir metal kordonu eğilme yüklemesi etkisi altında iken, milin her bir dönüşü neticesinde hem çekme nemde basma zorlanmasına maruz kalırlar. Eğer elektrik motoruna bağlı mil dakikada 1725 devirle dönüyorsa bu lifler her dakika 1725 kez çekme ve basma zorlanmasına maruz kalıyor demektir. Buna ek olarak mil örneğin bir helisel veya düz dişli çark vasıtası ile eksenel olarak yüklenirse gerilmenin yatay bileşeni eğilmenin çekme bileşeni ile birleşir. Gerilme herhangi bir metal kesitinde sürekli olarak mevcut olmakla birlikte gerilmenin seviyesi sürekli dalgalanmaktadır. Bu şekilde yüklemeye maruz makine elemanlarında oluşan gerilmelere Tekrarlı , Değişken veya Dalgalı gerilmeler adı verilir.

Sık sık makine elemanlarının tekrarlı veya dalgalı gerilmeler nedeniyle hasara uğradıklarına rastlanmaktadır. Analizler sonucu görülmektedir ki malzemenin gerçekte maruz kaldığı gerilmeler maksimum çekme etkisinin altındadır. Bu hasarlarda dikkati çeken en önemli nokta ise gerilmelerin oldukça büyük sayıda tekrarlanmış olmasıdır. Bu tür hasarlara YORULMA HASARLARI adı verilir.

Yorulma hasan küçük bir çatlak ile başlar. Başlangıç çatlağı öylesine küçüktür ki gözle belirlenmesi mümkün değildir, hatta x ışınlan ile bile belirlenmesi zordur. Çatlak kama yuvası veya denkler gibi kesit değişikliklerinin ve sürekliliğin bozulduğu alanlardan başlar ve yayınır. Çok daha az olmakla birlikte yorulma hasarları preslemeye ait kalıntılar, iç çatlaklar ve hatta işleme esnasında oluşan bozukluklardan kaynaklanabilir, ünce çatlak başlangıç aşamasındadır. Gerilme konsantrasyonu etkisi ile çok daha büyük bir hale gelir ve çatlak çok daha hızlı büyür. Gerilmeye maruz kalan alan gittikçe azalırken gerilme ise daha şiddetlenir ve sonuçta kalan alanda aniden hasar meydana gelir. Yorulma hasan bu yüzden iki aynı bölgede karakterize edilmektedir. Bunlardan ilki çatlağın kademeli olarak ilerlemesi, diğeri ise ani kırılmadır. Ani kırılma bölgesi dökme demirdeki gibi çekme gerilmesi altında basara uğrayan gevrek malzeme kırılmasında görülene benzemektedir. Makine parçalan statik yükler altında hasara uğramadan önce yapısal birtakım değişiklere maruz kalırlar. Akma sınırını geçen bir gerilime maruz kalınca parçada plastik şekil değişimleri söz konusu olur. Bu sayede statik gerilmeler nedeniyle oluşan basarlar gizli bir ikaz verirler. Fakat yorulma basarlarında bu çeşit bir ikaz söz konusu değildir. Bu ikaz çok ani ve de büyüktür, bu yüzden tehlikelidir.
Malzemenin yorulma ömrünün büyük bir miktarı çatlak ilerlemesinde harcanabilir. Yorulma çatlağı büyümesi en iyi şekilde Paris eşitliği ile tahmin edilebilmektedir.

Metallerde yorulma çatlağı büyüme derecesini önceden haber vermesi bakımından geliştirilen bu eşitlik, aynı zamanda polimerler için de emniyetle kullanılmaktadır.
= C(ΔK)m (1-1)

Burada ;
a= Çatlak uzunluğu N =Çevrim sayısı,
ΔK = Gerilme şiddeti faktörü aralığı
ΔK =y.σ. (1-2)
K = y. σ. (1-3)
Burada C ve m malzemeye bağlı sabitlerdir. Metaller için m = 2 - 4 arasındadır. Değişik malzemelere ait tipik m ve C değerleri Tablo 1.1.de verilmiştir.

Statik bir hasara karşın dizayn yapmak diğerine göre çok daha basittir, çünkü bilgilerimiz oldukça kapsamlıdır. Yorulma ise çok daha kapsamlı bir olaydır, sadece kısmen anlaşılabilir ve mühendisin konuyla ilgili mü