19.10 : Naprężenia szczątkowe w wale kołowym

W materiałach wykazujących zachowanie sprężyste i plastyczne, znanych jako materiały elastoplastyczne, naprężenia szczątkowe mogą kumulować się, gdy materiały te ulegają odkształceniu plastycznemu. Odkształcenie to wynika albo z wysokiego poziomu naprężenia ścinającego, albo ze znacznych odkształceń. Naprężenia szczątkowe to naprężenia wewnętrzne, które utrzymują się w materiale po usunięciu siły zewnętrznej powodującej odkształcenie. Zjawisko to można wykazać obserwując zachowanie się wału pod momentem obrotowym; w szczególności kąt skręcenia wału nie powraca do stanu pierwotnego po usunięciu momentu obrotowego, co wskazuje na obecność naprężeń szczątkowych. To zachowanie jest graficznie przedstawione na wykresie momentu obrotowego w funkcji kąta skręcenia, gdzie proces odciążania wału jest przedstawiony jako ścieżka liniowa.

Metodologia obliczania tych naprężeń szczątkowych uwzględnia zasadę superpozycji. Obejmuje dwa etapy: wstępną ocenę naprężeń wywołanych przyłożonym momentem obrotowym w fazie obciążenia, a następnie ocenę naprężeń generowanych przez przyłożenie równego i przeciwnego momentu obrotowego w celu odciążenia wału. Rozkład naprężeń szczątkowych w wale ustala się poprzez zsumowanie tych dwóch reakcji na naprężenia. Dalsza analiza, wykreślająca naprężenie w funkcji odległości promieniowej, ujawnia, że naprężenia szczątkowe mogą pokrywać się z pierwotnym kierunkiem naprężeń lub mu przeciwdziałać. Ta wiedza ma kluczowe znaczenie dla oceny odporności materiałów i integralności strukturalnej pod wpływem naprężeń.