جامعة الشام كلية الهندسة علم المواد الهندسية التعب في المواد Fatigue in Materials في أواخر القرن التاسع عشر لوحظ حدوث انهيارات في اآلليات بالرغم من تطبيق اجهادات منخفضة ومنذ ذلك الحين أصبح الموضوع موضع اهتمام بعض المهندسين لدراسة السبب .وبعد البحث من قبلهم تبين حدوث تلك االنهيارات حتى في المعادن المطاوعة وكأنها من المواد القصيفة ويحدث االنهيار بكسر فجائي ،مع مالحظة عدم وجود أي خلل في التصميم او التصنيع .كانت المالحظة الوحيدة هي ان االجهادات المطبقة غير مستقرة وذات سلوك دوري .هذه الظاهرة من االنهيار نتيجة تطبيق احمال دورية متغيرة تسمى بالتعب .تعود الدراسات األولى بهذا المجال للمهندس األلماني Wohlerعام 1858م .وبعد ذلك الحين تم االهتمام بشكل واسع لدراسة التعب في المعادن والمواد غير المعدنية أيضا ً مما أدى ذلك إلى فهم العديد من المسائل العلمية العالقة. ومن تلك النتائج التي تم الوصول اليها عدم صحة النظرية التي اعتبرت ان المادة اللدنة تتحول الى مادة قصيفة بتطبيق حموالت دورية متغيرة ،إذ ان البنية البلورية تبقى كما هي أي ال تحول من اللدونة على القصافة كما تحصل في حال تغير درجات الحرارة مثال والتي تحدد بدرجة الحرارة االنتقالية .Impact Transition Temperature I. T. T وأصبح االن واضحا ومعروفا ً بأن انهيار التعب يبدأ من الشقوق الميكروية أو العيوب الميكروية (شائبة ،فجوة...... ،الخ) وينتشر ذلك الشق تدريجيا ً إلى ان يحصل االنهيار الفجائي. وبالتالي يمكن تعريف الكالل أو التعب في علم المواد هو التشوه البنيوي المتدرج والمركز الذي يحدث عندما تتعرض المادة إلى حمل دوري ومتكرر ،وتكون قيم االجهاد األعظمي المطبق أقل من حد المتانة ،وقد يكون أيضا أقل من حد إجهاد الخضوع للمادة .يحصل اإلجهاد المتكرر أو الدوري في كثير من الحاالت منها :أسنان المسننات .القواطع ....الخ. في علم المواد ,التعب هو إضعاف مادة ناتج عن التحميل الدوري الذي ينتج عنه ضرر هيكلي تدريجي مركز مثل الشق الميكروي ومن ثم نمو تلك الشقوق والتي سوف تنمو كمية صغيرة مع كل دورة تحميل ،سيستمر الشق في النمو حتى يصل إلى الحجم الحرج ،مما ينتج عنه انتشار سريع وكسر كامل والذي يحدث عندما شدة اإلجهاد يتجاوز مقاومة المادة لتحمل االجهاد المطبق. 1 جامعة الشام كلية الهندسة علم المواد الهندسية وعند االنهيار نتيجة التعب يتكون المكسر من منطقتين ،األولى تتسم بسطح أملس (كما لو كان قد سوى بالمبرد) ويطلق عليها منطقة التعب .وتتكون هذه المنطقة وتنمو بطريقة تدريجية ،فيتكون اوالً شق مجهري (ال يرى بالعين المجرة) يدعى شق التعب ثم ينمو ويتحول إلى شق يمكن رؤيته بالعين المجردة وذلك نتيجة التأثيرات المترددة والعديدة لألحمال على العينات المعدنية كما في الشكل ( .)1وعندما يشغل شق التعب معظم مساحة مقطع العينة يحدث انهيار الجزء الثاني من المقطع ( )Final failureوتتسم المنطقة الثانية هذه ببنية سميكة الحبيبات في حالة المعادن القصيفة ،وببنية ليفية في حالة المعادن المطيلية. الشكل ( :)1صور حقيقية لمناطق االنهيار نتيجة التعب وغالبا ً ما ينشأ شق التعب على السطح في المنطقة األولى .وقد اتفق على التعبير عن مقاومة المواد لألحمال الدورية بحد التعب وهو عبارة عن أعلى اجهاد يمكن أن تتحمله المادة دون ان تنهار خالل عدد كبير من دورات التحميل )105 - 108( Nدورة أو أكثر .الشكل ( )2يبين تكوين ونمو الشق نتيجة لحمل دوري متكرر. 2 جامعة الشام كلية الهندسة علم المواد الهندسية الشكل ( :)2نشوء الشق ونموه نتيجة االحمال الدورية المتكررة. وغالبا ً يتم تعيين حد االحتمال باستخدام عينات ملساء او محزوزة تقوم بحركة دورانية حول محورها مع تحميلها بحمل كما في الشكل ( )3الذي يوضح جزء من آلة االختبار أما الشكل ()4 فيمثل الرسم التخطيطي آللة اختبار التعب ،ونتيجة التحميل هذا سيتم نشوء اجهادات متغيرة اإلشارة (شد – ضغط) في دورات متماثلة بحيث يكون max = minكما في الشكل (.)5 الشكل ( )3جزء من آلة اختبار التعب. الشكل ( :)4رسم تخطيطي آللة االختبار للتعب. ( )1عينة االختبار ( )2الحمل المسبب للشد والضغط 3 جامعة الشام كلية الهندسة علم المواد الهندسية الشكل ( :)5االجهادات المتكررة على عينة التعب ويتم اجرار اختبار التعب على عشرة عينات على األقل حتى يتسنى تعيين حد االحتمال (حد التعب) ويجرى االختبار على العينة األولى تحت اجهاد ( 1يؤخذ االجهاد 1للفوالذ مثالً مساويا ً 0.6من متانة الشد .)uويتم تعيين عدد الدورات Nالتي بعدها تنهار العينة .ثم يجرى االختبار على العينات الثانية والثالثة وهكذا تحت اجهادات ....... 3 ،2الخ. توضع نتائج القياسات في صورة رسم بياني في احداثيات االجهاد 1مع عدد الدورات Nفيكون الناتج كما في الشكل (.)6 الشكل ( :)6عالقة اجهاد االنهيار مع عدد الدورات الختبار ما. 4 جامعة الشام كلية الهندسة علم المواد الهندسية ويعبر الجزء االفقي من الرسم البياني أي اقصى اجهاد ال يؤدي الى انهيار العينة مهما كان عدد دورات تغيير االجهاد كبيراً ،عن حد التعب (االحتمال) .ويتم التعبير عن حد االحتمال في صورة اجهادات اسمية ويرمز له بالرمز .Rوالشكل ( )7يبين احد نماذج عينة اختبار التعب. الشكل ( :)7عينة اختبار التعب. د .م .عدنان يعقوب 2020 - 2021 5