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.

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.

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

gdzie:

• _m – maksymalne naprężenie w dnie karbu,
• _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.

Rodzaje karbów

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.

Zobacz też

• Mechanika pękania
• Wytrzymałość materiałów
• Koncentracja naprężeń

Bibliografia

• 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

Linki zewnętrzne

• 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]