Bạn có thể hỏi: làm sao một bu lông làm bằng kim loại lại có thể bị mỏi? Trên thực tế, sau khi thép cacbon được xử lý thành bu lông, tải trọng theo chu kỳ dài hạn{0}}có thể tạo ra sự tập trung ứng suất tại các khu vực cục bộ nếu các thông số kỹ thuật và đặc tính cơ học ban đầu không đáp ứng yêu cầu. Khi ứng suất như vậy đạt đến mức tới hạn, các vết nứt nhỏ sẽ hình thành trong bu lông - đây chỉ là giai đoạn mỏi đầu tiên. Khi số chu kỳ tải tăng lên đến một mức nhất định, các vết nứt sẽ lan rộng và cuối cùng dẫn đến đứt gãy đột ngột. Đây là cơ chế và kết quả của hiện tượng mỏi bu lông.
Tại sao tình trạng mệt mỏi xảy ra ởbu lông thép cacbon? Bu lông có độ bền cao-có dễ bị mỏi hơn không? Đầu tiên, độ mỏi không liên quan trực tiếp đến mức độ bền của bu lông. Bu lông thông thường có yêu cầu về độ bền thấp hơn và được sử dụng trong điều kiện ôn hòa, hạn chế hiệu ứng mỏi. Tuy nhiên, bu lông có độ bền-cao được áp dụng trong những môi trường có yêu cầu về độ bền kéo nghiêm ngặt, điều này đương nhiên làm tăng nguy cơ mỏi. Vì lý do này, hầu hết các hư hỏng do mệt mỏi mà chúng ta gặp phải trong thực tế đều xảy ra ởbu lông có độ bền-cao, mặc dù điều này không có nghĩa là bu lông thông thường không bao giờ bị mỏi - chúng chỉ đơn giản là có yêu cầu bảo dưỡng thấp hơn.
Nguyên nhân cơ bản gây mỏi bu lông là sự thay đổi lặp đi lặp lại của ứng suất cục bộ trong quá trình chịu tải theo chu kỳ, gây ra hư hỏng tích lũy ở các điểm yếu và cuối cùng hình thành các vết nứt. Quá trình này như sau: ứng suất đầu tiên làm xói mòn các khu vực dễ bị tổn thương của bu lông, các vết nứt nhỏ dần xuất hiện, các vết nứt lớn dần theo thời gian và khi chúng đạt đến độ dài tới hạn, bu lông sẽ đột ngột bị gãy. Phân tích dài hạn-cho thấy rằng căng thẳng gây ra mệt mỏi không nhất thiết phải lớn; nó thậm chí có thể thấp hơn nhiều so với cường độ chảy của bu lông. Do đó, sau khi gãy do mỏi, bề mặt gãy thường không có biến dạng hoặc uốn cong rõ ràng do ngoại lực gây ra.
Dựa trên những phân tích trên, chúng ta có thể cải tiến quy trình sản xuất để nâng cao khả năng chống mỏi của bu lông. Hãy nhìn vào sơ đồ sau:
Sợi được gia cố Sơ đồ trên hiển thị cấu hình luồng được tối ưu hóa với gốc được làm tròn (bán kính R{0}}). Các vết nứt mỏi thường xảy ra ở gốc ren và dưới đầu bu lông, do đó việc sửa đổi quy trình sản xuất ren cơ bản có thể ngăn ngừa mỏi một cách hiệu quả. Hãy so sánh nó với các chủ đề thông thường:
Sợi thông thường Sợi trên là sợi tiêu chuẩn có các góc nhọn ở gốc. Các cấu trúc góc vuông như vậy-rất nhạy cảm với những thay đổi về ứng suất và dễ bị gãy do mỏi. Như đã đề cập trước đó, khu vực dưới đầu bu lông là một vị trí quan trọng khác gây ra hiện tượng mỏi, như thể hiện trong sơ đồ:
Quá trình mỏi bu lôngSử dụng nguyên tắc tương tự như bán kính chân ren, chúng ta có thể thêm bán kính phi lê có kích thước phù hợp tại điểm nối giữa đầu bu lông và cán trong phạm vi thiết kế cho phép.
