حد الكلال أو حد التعب (Fatigue limit) هو مصطلح لخاصية من الخواص الميكانيكية للمواد، وهي مقدار أكبر إجهاد متكرر يمكن التأثير به على المادة من غير أن يحدث لها انهيار بسببه [1] ، ومن المعروف أن المواد الحديدية وسبائك التيتانيوم لها حد للكلال أي أنه يوجد إجهاد معين إذا أثر به على نحو متكرر على المادة فإنها لا تنهار أبدا مهما زاد عدد التكرارات، أما غيرها من المواد كالألومنيوم أو النحاس مثلا (وليس على سبيل الحصر) فإنه لا يوجد لها حد للكلال، أي أنه مهما صغر مقدار الإجهاد المتكرر المؤثر فإنه لابد وأن يحدث انهيار للمادة بسبب هذا الإجهاد، والصورة المقابلة توضح هذا المفهوم.
مقاومة الكلال: مقاومة الانهيار المفاجئ(sudden failyre) للمادة المعرضة لأحمال متكررة اثناء التشغيل بعد العديد من دورات التحميل (cycles)
تعريف
تعرف الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) إجهاد الكلال بأنه قيمة الإجهاد الذي يحدث عنده الانهيار بعد عدد معين من التكرارات، وتعرف أيضا حد الكلال أنه قيمة الإجهاد التي يحدث عنده الانهيار ولكن عند قيم تكرارية عالية جدا.[2]
العوامل المؤثرة على حد الكلال
يوجد الكثير من العوامل التي تؤثر على حد الكلال للمواد بالزيادة أو النقصان ويمكن تقسيمها وفق الآتي:
- عوامل أساسية:
- البنية الداخلية للمادة.
- الشكل العام للجسم الواقع تحت الإجهاد.
- السطح الخارجي للجسم الواقع تحت الإجهاد.
- عوامل خارجية:
- عوامل ومواصفات التصنيع.
- مواصفات التحميل.
| أشكال الإخفاق الميكانيكي | |
|---|---|
| تحنيب | |
| تآكل | |
| زحف | |
| كلال | |
| انكسار | |
| صدم | |
| انصهار | |
| فرط الحمل | |
| انهيار | |
| صدمة حرارية | |
| اهتراء | |
| خضوع | |
تاريخ
قدم العالم الألماني المتخصص في كلال المواد أغسطس فولر مفهوم حد الكلال لأول مرة عام 1870م [3]، ولكن الدراسات الحديثة تؤكد أنه لا وجود لمثل هذا الحد، وأنه حتما ستنهار المواد عند التأثير عليها بإجهادات متكررة مهما صغر مقدار هذه الإجهادات ولكن التكرار قد يكون كبيرا جدا جدا.[4][5].
اقرأ أيضا
المراجع
- Beer, Ferdinand P. (1992). Mechanics of Materials (الطبعة 2nd). McGraw-Hill, Inc. صفحة 51. .
- Stephens, Ralph I. (2001). Metal Fatigue in Engineering (الطبعة 2nd). John Wiley & Sons, Inc. صفحة 69. .
- W. Schutz (1996). A history of fatigue. Engineering Fracture Mechanics 54: 263-300. DOI - تصفح: نسخة محفوظة 14 مارس 2020 على موقع واي باك مشين.
- Askeland, Donald R. (2003). The Science and Engineering of Materials (الطبعة 4th). Brooks/Cole. صفحة 287. .
- Bathias, C. (1999). "There is no infinite fatigue life in metallic materials". Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 22 (7): 559–565. doi:10.1046/j.1460-2695.1999.00183.x.