Zjawisko karbu

Zjawisko karbu jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na wytrzymałość zmęczeniową elementów maszyn. W związku z tym musi być uwzględniana w obliczeniach konstrukcyjnych tych elementów.

Karby (koncentratory naprężeń) – nieciągłości materiałowe występujące w przekroju poprzecznym badanego elementu czy inaczej znaczne zmiany krzywizn powierzchni ograniczających element konstrukcyjny. Są nimi najczęściej: otwory, podtoczenia, nawiercenia, nacięcia, rysy powierzchniowe, pory, wtrącenia niemetaliczne, nagłe zmiany przekroju elementu itp. ^[1]

Wywierają one decydujący wpływ na nierównomierny rozkład naprężeń w przekroju w którym istnieją. W okolicach karbu pojawiają się naprężenia znacznie przekraczające wartość naprężeń nominalnych. Zjawisko to nazywa się spiętrzeniem naprężeń. Miarą tego zjawiska jest stosunek maksymalnego naprężenia w dnie karbu σ_m do naprężenia nominalnego σ_n przy braku działania karbu - współczynnik koncentracji naprężeń K_t.

${\displaystyle K_{t}={\frac {\sigma _{m}}{\sigma _{n}}}}$

gdzie:

σ_m – maksymalne naprężenie w dnie karbu,

σ_n – naprężenie nominalne z zastosowaniem konwencjonalnych wzorów wytrzymałościowych.

Współczynnik koncentracji naprężeń zależy od geometrii elementu i sposobu jego obciążenia, natomiast nie zależy od wielkości przyłożonego obciążenia, wielkości elementu i materiału, z którego został wykonany.

Ze względów konstrukcyjnych karby można podzielić na:

·      geometryczne

·      strukturalne

·      złożone, które są połączeniem dwóch powyższych

Karby strukturalne charakteryzują się zmianą struktury oraz możliwością pojawienia się niebezpiecznych naprężeń własnych. Na powierzchni elementów, w przypadku prostych stanów obciążenia, w dnie karbu geometrycznego pojawia się złożony stan naprężeń, którego naprężenia znacząco przekraczają naprężenia nominalne. Karby złożone można znaleźć w tych elementach, w których wpływ geometrii i struktury jest znaczący.

Ze względu na działanie karby można podzielić także na:

·      przeciążające

·      odciążające

Do karbów przeciążających należą m.in. karby równoległe, które położone są w poprzek osi obciążenia. Powodują one powiększanie się spiętrzeń w porównaniu z działaniem karbów pojedynczych. Karby odciążające powodują efekt odwrotny do karbów przeciążających i należą do nich m.in. karby szeregowe, położone zgodnie z osią obciążenia.

Mechanika pękania

Wytrzymałość materiałów

Koncentracja naprężeń

·      Projektowanie inżynierskie – informacje z wykładu dr inż. Piotra Chwastyka [dostęp 2020-12-07]

·      Podstawy konstrukcji maszyn – informacje z wykładu dr inż. Jacka Czarnigowskiego [dostęp 2020-12-07]

·      Integralność konstrukcji – informacje z wykładu na stronie zwmik.imir.agh.edu.pl [dostęp 2020-12-07]

·       T. Łagoda, P. Biłous Jednoczesne uwzględnianie karbów geometrycznych i strukturalnych w złączu spawanym, Modelowanie inżynierskie tom 13, zeszyt 44, wrzesień 2012, s. 179-186

·      Praca zbiorowa pod redakcją Z. Rechula, J. Ziaji, R. Żuchowskiego Laboratorium wytrzymałości materiałów, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001