Кіріспе
Материалдар ғылымында шаршау – циклдық жүктеме салдарынан материалда жарықтардың пайда болуы мен таралуы. Шаршау жарығы пайда болғаннан кейін, әрбір жүктеме циклімен аздап өседі, көбінесе сынық бетінің кейбір бөліктерінде сырғалар пайда болады. Жарық өсіп, материалдың сыну қатыстығына жеткенде, жарық қарқынды таралып, құрылымның толық сынуына әкеледі. Шаршау дәстүрлі түрде металл бөлшектерінің істен шығуымен байланысты, содан металл шаршау термині пайда болды. XIX ғасырда теміржол доңғалақтарының металл біліктерінің күрт жұмысынан кейін, металдың кристалдануы салдарынан сыну бетінің өзіндік ерекшелігінен туындаған деген болжам болды, бірақ кейін бұл жорамал дұрыс емес екені дәлелденді. Композиттер, пластиктер және керамика сияқты көптеген материалдар да шаршауға байланысты зақымдануға ұшырайды. Компоненттің шаршау мерзімін болжау үшін, шаршау сынақтары жүргізіледі. Сынақтарда тұрақты амплитудалы циклдық жүктеме қолданылып, жарықтың өсу қарқыны өлшенеді және мыңдаған циклдар бойынша өлшенген өсудің орташа мәні есептеледі. Дегенмен, жарықтың өсу қарқыны тұрақты амплитудалы сынақтан алынған нәтижелерден едәуір өзгеше болатын ерекше жағдайларды да ескеру қажет, мысалы, шектік мәнге жақын немесе жүктеменің артық болуынан кейін жарықтың өсу қарқынының төмендеуі, сондай-ақ қысқа жарықтармен немесе жүктеменің жетіспеуінен кейін жарықтың өсу қарқынының жоғарылауы. Шаршауға әкелетін кернеу мәндері әдетте материалдың беріктігінен әлдеқайда төмен болады.
In materials science, fatigue is the initiation and propagation of cracks in a material due to cyclic loading. Once a fatigue crack has initiated, it grows a small amount with each loading cycle, typically producing striations on some parts of the fracture surface. The crack will continue to grow until it reaches a critical size, which occurs when the stress intensity factor of the crack exceeds the fracture toughness of the material, producing rapid propagation and typically complete fracture of the structure. Fatigue has traditionally been associated with the failure of metal components which led to the term metal fatigue. In the nineteenth century, the sudden failing of metal railway axles was thought to be caused by the metal crystallising because of the brittle appearance of the fracture surface, but this has since been disproved. Most materials, such as composites, plastics and ceramics, seem to experience some sort of fatigue related failure. To aid in predicting the fatigue life of a component, fatigue tests are carried out using coupons to measure the rate of crack growth by applying constant amplitude cyclic loading and averaging the measured growth of a crack over thousands of cycles. However, there are also a number of special cases that need to be considered where the rate of crack growth is significantly different compared to that obtained from constant amplitude testing, such as the reduced rate of growth that occurs for small loads near the threshold or after the application of an overload, and the increased rate of crack growth associated with short cracks or after the application of an underload. The stress values that cause fatigue damage are typically much less than the yield strength of the material.
Шаршаудың кезеңдері
Тарихи тұрғыдан алғанда, шаршау жоғары циклдік шаршауға, оған 104 циклдан астам уақыттан кейін бұзылу орын алады, онда кернеу төмен және негізінен серпімді, және төмен циклдік шаршауға бөлінеді, онда маңызды пластикалық деформация болады. Тәжірибелер төмен циклдік шаршаудың да жарықтардың өсуі екенін көрсетті. Шаршаудан зақымдану, жоғары және төмен циклдер үшін де, бірдей негізгі қадамдарды қамтиды: жарықтардың пайда болуы, жарықтардың I және II кезеңдерде өсуі және соңында толық бұзылу. Бұл процесті бастау үшін жарықтар материалдың ішінде пайда болуы керек. Бұл процесс металл үлгілеріндегі кернеу концентраторларында немесе полимер үлгілеріндегі жоғары бос кеңістік тығыздығы бар аймақтарда жүруі мүмкін. Бұл жарықтар бастапқыда I кезеңінде кристаллографиялық жазықтықтар бойымен баяу өседі, онда бағаналық кернеулер ең жоғары болады. Жарықтар белгілі бір сынғыш өлшемге жеткеннен кейін, II кезеңінде қолданылатын күшке перпендикуляр бағытта жылдам өседі. Бұл жарықтар материалдың толық бұзылуына әкелуі мүмкін, көбінесе ұсақ, катастрофалық түрде.
Жарылуды бастау
Шаршау сәтсіздігіне дейін бастапқы жарықтардың пайда болуы металл үлгілерінде төрт жеке қадамнан тұратын жеке процесс болып табылады. Материал жасушалық құрылымдарды дамытады және қолданылатын жүктемеге жауап ретінде қатаяды. Бұл жаңа кернеу шектеулерінен туындап, қолданылатын кернеудің амплитудасын арттырады. Осы жаңадан пайда болған жасушалық құрылымдар ақырында тұрақты сырғанау жолақтары (PSB) пайда болуымен бұзылады. Материалдың сырғанауы осы PSB-де локалданады, ал күшейтілген сырғанау енді жарық пайда болуы үшін кернеу концентраторы ретінде қызмет ете алады. Жарылу процесінің көп бөлігі жарықтың ядросының қалыптасуына және анықталатын өлшемге дейін өсуіне байланысты. Сондықтан циклдық шаршау сәтсіздіктері күрт болып көрінеді, себебі материалдағы өзгерістердің көп бөлігі бұзу сынақтарынсыз көрінбейді. Тіпті, қалыпты жағдайларда икемді материалдарда да шаршау сәтсіздіктері кенеттен болатын жұмсақ сынуларға ұқсайды. PSB-мен шақырылған сырғанақ жазықтықтары материалдың бетінде енулер мен шеттеулерге әкеледі, көбінесе жұптар түрінде пайда болады. Бұл сырғанау материалдың ішкі микроқұрылымындағы өзгеріс емес, материал ішіндегі дислокациялардың таралуы болып табылады. Тегіс интерфейс орнына, енулер мен шеттеулер материалдың бетін карточкалар жинағының жиегіне ұқсатады, онда барлық карточкалар толық сәйкес келмейді. Сырғанауға байланысты енулер мен шеттеулер материалдың өте ұсақ беттік құрылымдарын жасайды. Беттік құрылымның мөлшері кернеу концентрациясының коэффициенттеріне кері пропорционалды болғандықтан, PSB-мен шақырылған беттік сырғанау сынықтардың басталуына себеп болуы мүмкін. Егер жарықтар материалдағы қосымшалардан немесе геометриялық кернеу концентраторынан, мысалы, өткір ішкі бұрыштардан немесе дөңгелектен туындаған бұрыннан бар кернеу концентраторынан пайда болса, осы қадамдарды толығымен айналып өтуге болады.
Жарылшықтардың өсуі
Шаршаудың көп бөлігі, әдетте, жарық өсу кезеңінде тозады. Өсу жылдамдығы негізінен циклдық жүктеме диапазонымен анықталады, бірақ орташа кернеу, қоршаған орта, жоғары жүктемелер және төмен жүктемелер сияқты қосымша факторлар да осы жылдамдыққа әсер ете алады. Жүктемелер жеткілікті түрде кішкентай болса және белгілі бір шегінен төмен түсетін болса, жарық өсуі тоқтауы мүмкін. Шаршау жарықтары материалдық немесе өндірістік ақаулардың салдарынан, тіпті 10 мкм сияқты кішкентай өлшемдерден бастап пайда болуы мүмкін. Өсу жылдамдығы жеткілікті деңгейге жеткенде, сынық бетінде шаршау іздері байқалады. Бұл іздер жарық ұшының орнын көрсетеді, ал әрбір іздің ені – бір жүктеме циклынан туған өсуді білдіреді. Іздер жарық ұшындағы пластикалық деформацияның нәтижесі болып табылады. Кернеудің қарқындылығы сынық қатаюы деп аталатын белгілі бір шектік мәннен асып кеткенде, тұрақсыз жылдам сыну орын алады, әдетте микробосқындықтардың бірігуі арқылы. Соңғы сынуға дейін, сынық бетінде шаршау және жылдам сынудың аралас аймақтары болуы мүмкін.
Ғылыми-зерттеу тарихының уақыт сызығы
1837 ж. Вильгельм Альберт шаршау туралы алғашқы мақаланы жариялады. Ол Клаусталь кенінде қолданылатын конвейерлік тізбектерді сынауға арналған машина ойлап тапты. 1839 ж. Жан Виктор Понселе Мецтегі әскери мектептегі лекцияларында металдарды «шаршаған» деп сипаттады. 1842 ж. Уильям Джон Маккворн Ранкин теміржол біліктерінің сынақтарында кернеу концентрациясының маңыздылығын атап өтті. Версальдегі пойыз апаты локомотив білігінің шаршау салдарынан болды. 1843 ж. Джозеф Глинн локомотивтің тендеріндегі осьтің шаршауы туралы хабарлады. Ол кілттің орналасқан жерін жарық басталуының себебі деп көрсетті. 1848 ж. Теміржол инспекциясы алғашқы дөңгелек шиналарының бірінің істен шығуы туралы хабарлады, бұл теміржол вагонының дөңгелегіндегі қақпақ тесігінен туындаған болуы мүмкін. Бұл шаршаудан болған жағдай. 1849 ж. Итон Ходжкинсонға Ұлыбритания Парламентіне «темір құрылымдарға жүктеменің тікелей әсерін анықтау және олардың қауіпсіздігіне қауіп келтірмей қанша жүктеме көтере алатынын» зерттеу жұмысы үшін «шағын қаржы сомасы» бөлінді. 1854 ж. Ф. Брейтуайт жиі кездесетін шаршаудың салдарынан болатын бұзылулар туралы хабарлады және «шаршау» терминін енгізді. 1860 ж. Сэр Уильям Фэрберн мен Август Вёлер жүйелі шаршау сынақтарын жүргізді. 1870 ж. А. Вёлер теміржол біліктері бойынша жүргізген зерттеулерінің қорытындысын жасады. Ол циклдық кернеу диапазонының максималды кернеуден маңыздырақ екенін көрсетті және төзімділік шегі туралы ұғымды енгізді. 1940 ж. Сидни М. Кадуэлл резеңкеде шаршауды зерттеудің алғашқы толыққанды зерттеуін жариялады. 1945 ж. А. М. Майнер Палмгреннің (1924) сызықтық зақымдану гипотезасын практикалық есептеу құралы ретінде танымал етті. 1952 ж. В. Вейбулл S-N қисық моделін ұсынды. 1954 ж. Әлемдегі алғашқы коммерциялық реактивті ұшақ – де Гавиланд Кометі үш ұшақтың ортада жарылуына байланысты апатқа ұшырады, бұл де Гавиландты және барлық өндірушілерді биіктіктегі ұшақтарды қайта жобалауға, әсіресе терезелер сияқты тікбұрышты апертураларды сопақ пішінге ауыстыруға мәжбүр етті. 1954 ж. Л. Ф. Коффин мен С. С. Мэнсон жарықтардың ұшындағы пластикалық деформация тұрғысынан шаршау жарығының өсуін түсіндірді. 1961 ж. П. С. Парис бастапқы күмән мен Майнердің феноменологиялық тәсілін қорғау кезінде жеке шаршау жарықтарының өсу жылдамдығын болжау әдістерін ұсынды. 1968 ж. Тацуо Эндо мен М. Мацуиши жаңбыр ағынының санау алгоритмін ойлап тапты және Майнер ережесін кездейсоқ жүктемелерге сенімді қолдануға мүмкіндік берді. 1970 ж. Смит, Уотсон және Топпер орташа кернеуді түзету моделін жасады, онда циклдегі шаршау зақымдануы максималды кернеу мен деформация амплитудасының көбейтіндісімен анықталады. 1970 ж. В. Эльбер жарық ұшынан қалған пластикалық деформацияның клиндеу әсерінен шаршау жарығының өсуін баяулатудағы жарық жабылу механизмдерінің маңыздылығын түсіндірді. 1973 ж. М. В. Браун мен К. Дж. Миллер көп осьті жағдайларда шаршау өмірінің ең көп зақымдалған жазықтықтың тәжірибесімен анықталатынын және сынаптық жазықтықтағы кернеу мен қима жүктемелерін ескеру қажеттігін байқады.
Тау-кенші ережесі
1945 жылы Милтон А. Майнер 1924 жылы Арвид Палмгрен алғаш ұсынған ережені кеңінен таныстырды. Бұл ереже артық жүктеме немесе жоғары кернеудің әсерін ескермейді, олар қысымды қалдық кернеу тудыруы мүмкін, бұл жарықтардың өсуін тежейді. Жоғары кернеуден кейін төмен кернеудің түсуі, қысымды қалдық кернеудің (немесе жарық ұшының маңындағы жергілікті пластикалық деформациялардың) болуына байланысты, азырақ зақымдануға әкелуі мүмкін.
Стресс-өмір (S-N) әдісі
Материалдардың шаршауға төзімділігі көбінесе S-N қисығымен сипатталады, ол Вёлер қисығы деп те аталады. Бұл қисық жиі логарифмдік шкалада циклдық кернеуді (S) және бұзылуға дейінгі циклдар санын (N) көрсетеді. S-N қисықтары сипатталатын материалдың үлгілерінен (көбінесе купондар немесе сынамалар деп аталады) алынған сынақтар нәтижесінде шығарылады, онда сынақ машинасы тұрақты синусоидты кернеуді қолданады және бұзылуға дейінгі циклдар санын есептейді. Бұл процеске кейде купондық сынақ деп аталады. Қатесіздігі жоғарырақ, бірақ жалпылығы төмен компоненттік сынақтар қолданылады. Әрбір купондық немесе компоненттік сынақ қисықта бір нүктені тудырады, бірақ кейбір жағдайларда сынақ уақытынан асып кеткенде сынақ тоқтатылады (цензураға қараңыз). Шаршау деректерін талдау үшін статистикалық әдістер, әсіресе өмір сүруді талдау және сызықтық регрессия қажет. S-N қисығының өзгеруіне көптеген факторлар әсер ете алады, мысалы, кернеу қатынасы (орташа кернеу), жүктеме жиілігі, температура, коррозия, қалдық кернеулер және ойықтардың болуы. Тұрақты шаршау өмірінің (CFL) диаграммасы кернеу қатынасының әсерін зерттеу үшін пайдалы. Гудман сызығы – орташа кернеудің шаршау беріктігіне тигізетін әсерін бағалауға қолданылатын әдіс. Тұрақты шаршау өмірінің (CFL) диаграммасы S-N қисығында кернеу қатынасының әсерін анықтау үшін де пайдалы. Сонымен қатар, циклдық жүктемеге қосымша тұрақты кернеу түскен жағдайда, Гудман қатынасын ақаулық жағдайын бағалау үшін қолдануға болады. Ол кернеу амплитудасын орташа кернеуге қарсы көрсетеді, материалдың шаршау шегі мен соңғы тартылу беріктігі екі шектік мән ретінде танылады. Балама ақаулық критерийлеріне Soderberg және Gerber жатады. Біртекті құрылымнан алынған купондардың бұзылуға дейінгі циклдар саны әртүрлі болатындықтан, S-N қисығы белгілі бір кернеудің берілген циклдарынан кейін бұзылу ықтималдығын көрсететін Кернеу Циклының Ықтималдығы (S-N-P) қисығы болуы тиіс. Дене орталықтағы кубтық материалдарда (bcc) Вёлер қисығы көбінесе кернеу амплитудасы төмендегенде көлденең сызыққа айналады, яғни осы материалдарға шаршау беріктігін тағайындауға болады. Жүз орталықтағы кубтық металдарда (fcc) Вёлер қисығы әдетте үздіксіз төмендейді, сондықтан осы материалдарға тек шаршау шегін белгілеуге болады.
Жарылдың өсу әдістері
Компоненттің шаршау өмірін жарық өсу теңдеуін пайдалану арқылы бағалауға болады, әрбір жүктеу циклі үшін жарық өсуінің әрбір сатысының енін қосу арқылы. Шаршаумен байланысты кез келген белгісіздік пен өзгерістілік ескере отырып, есептелген өмірге қауіпсіздік немесе шашырау коэффициенттері қолданылады. Жарық өсуінің болжамдарында қолданылатын өсу жылдамдығы әдетте купонға мыңдаған тұрақты амплитуда циклын қолдану арқылы және купонның икемділігінің өзгеруінен немесе купон бетіндегі жарықтың өсуін өлшеу арқылы анықталады. Өсу жылдамдығын өлшеудің стандартты әдістері ASTM International ұйымымен әзірленген. Париж-Эрдоған теңдеуі сияқты жарық өсу теңдеулері компоненттің өмірін болжау үшін қолданылады. Олар жарықтың 10 мкм-ден бұзылуға дейін өсуін болжауға мүмкіндік береді. Қалыпты өндіріс өңдеуі үшін бұл компоненттің шаршау өмірінің көп бөлігін қамтуы мүмкін, онда өсу бірінші циклден басталуы мүмкін. Күрделі тізбектерден циклдарды бөліп алу үшін әдетте жаңбыр ағыны циклдерін санау сияқты цикл санау техникасы қолданылады. Бұл техника, сондай-ақ басқалары да жарық өсу әдістерімен үйлесімді екені дәлелденді. Жарық өсу әдістерінің артықшылығы – олар жарықтың аралық өлшемдерін болжауға мүмкіндік береді. Бұл ақпарат құрылымның қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін тексеру кестесін жоспарлау үшін пайдаланылуы мүмкін, ал кернеу/өмір әдістері тек бұзылуға дейінгі өмірді көрсетеді.
Жөндеу
Жарқтардың өсуін тоқтату үшін, жарық ұшында "тоқтату тесігі" деп аталатын тесіктер бұрғылау арқылы жасалуы мүмкін. Алайда, тесік қабырғасынан жаңа жарық басталу қаупі бар. Жұмсарту. Кішкентай жарықтарды жұмсақ өңдеуге болады, содан кейін беті салқындатылып немесе құммен кедіргіленеді. Тесікті кеңейту. Жарықтардан өсіп шыққан тесіктерді үлкенірек тесікке бұрғылап, жарықтарды жойып, бастапқы тесікті қалпына келтіру үшін гильза қолдануға болады. Гильзалар қысымдық қалдық кернеуді тудыратын суық қысқару гильзалары болуы мүмкін. Кеңейтілген тесікті тесіктен үлкен мандрелді өткізу арқылы да салқындатуға болады. Жапсырма. Жарықтарды жапсырма немесе жөндеу бөлшегін орнату арқылы жөндеуге болады. Композиттік жапсырмалар ұшақ қанаттарында жарықтар анықталғаннан кейін олардың беріктігін қалпына келтіру үшін немесе жарылу алдындағы кернеуді төмендетіп, шаршаудан қорғау үшін қолданылған. Жапсырмалар шаршау жарықтарын бақылау мүмкіндігін шектеуі мүмкін және тексеру үшін оларды алып тастап, ауыстыру қажет болуы мүмкін.
Өмірді жақсарту
Материалды ауыстыру. Бөлшектерде қолданылатын материалдардың өзгеруі де шаршау мерзімін жақсарта алады. Мысалы, бөлшектер шаршауға төзімділігі жоғары металдардан жасалуы мүмкін. Бөлшектерді толық ауыстыру және қайта жобалау шаршау проблемаларын азайтуға, тіпті жоюға да мүмкіндік береді. Сондықтан, металлдан жасалған тікұшақ роторлары мен винттері композиттік аналогтарымен алмастырылуда. Олар ғана емес, жеңіл, сонымен қатар шаршауға әлдеқайда төзімді. Олардың құны жоғарырақ, бірақ олардың артық шығындары олардың жоғары сенімділігімен толығымен өтеледі, себебі ротордың жоғалуы көбінесе ұшақтың толықтай жоғалуына әкеледі. Ұшақтардың металл фюзеляждары, қанаттары және құйрықтарын ауыстыру туралы да ұқсас аргументтер келтірілген. Қалдық кернеулерді тудыру. Беттің сылауы мұндай тартылыс кернеулерін азайтуға және жарықтардың пайда болуын болдырмайтын қысымдық қалдық кернеулерді тудыруға мүмкіндік береді. Сылаудың түрлері: жоғары жылдамдықты снарядтарды қолданатын ату арқылы сылау, механикалық балғамен жоғары жиілікті соққымен өңдеу (сонымен қатар жоғары жиілікті механикалық соққы деп те аталады) және жоғары энергиялы лазерлік импульстерді қолданатын лазерлік сылау. Төмен пластикалық жылтырату филеттерде қысымдық кернеулерді тудыру үшін, ал суық жұмыс мандрелдері тесіктерде қолданылуы мүмкін. Шаршау мерзімі мен беріктігінің артуы тудырылған қысымдық қалдық кернеулердің тереңдігімен пропорционалды байланысты. Ату арқылы сылау шамамен 0,005 дюйм (0,1 мм) тереңдікте қысымдық қалдық кернеулерді тудырады, ал лазерлік сылау 0,040-тан 0,100 дюймге (1-ден 2,5 мм) дейін, тіпті одан да тереңге жете алады. Терең криогендік өңдеу. Терең криогендік өңдеудің қолданылуы шаршауға байланысты бұзылуға төзімділікті арттыратыны көрсетілген. Өнеркәсіпте, автожарыстарда және қару-жарақтарда қолданылатын серіппелер өңделгеннен кейін алты есеге дейін ұзақ қызмет етеді. Жылулық тексеру, яғни жылулық циклдық шаршаудың бір түрі, айтарлықтай кешіктірілді. Профильді өзгерту. Тесік немесе қиық сияқты кернеу концентрациясының пішінін өзгерту компоненттің қызмет ету мерзімін ұзарту үшін қолданылуы мүмкін. Қанаттардағы кернеу концентрациясын төмендету және олардың қызмет ету мерзімін ұзарту үшін сандық оптимизациялау алгоритмдерін пайдалана отырып, пішіннің оңтайландырылуы қолданылды.
Композиттердің шаршауы
Композиттік материалдар шаршау жүктемесіне өте жақсы қарсылық танытуы мүмкін. Жалпы алғанда, композиттер жақсы сындыру қаталдығын көрсетеді және металдардан айырмашылығы, күші артаған сайын сындыру қаталдығы да артады. Композиттердегі сынаптың сыни мөлшері металдарға қарағанда үлкен. Металл конструкциясындағы зақымданудың негізгі түрі – жарық пайда болуы. Металдар үшін жарықтар қолданылатын кернеуге қатысты салыстырмалы түрде анықталған жолмен таралады, ал сынық жарықтың мөлшері мен жарық таралу жылдамдығы талдаулық сынықтар механикасы арқылы үлгі деректерімен байланыстырылуы мүмкін. Дегенмен, композиттік құрылымдарда ең басым болатын жалғыз зақымдану түрі жоқ. Матрицаның жарылуы, қабаттану, байланыстың үзілуі, бос кеңістіктер, талшықтардың сынуы және композиттік жарықтардың пайда болуы жеке-жеке де, біріктіріліп те пайда болуы мүмкін, ал біреуі немесе бірнешеуінің басымдығы ламинаттың бағыттары мен жүктеме жағдайларына тікелей байланысты. Сонымен қатар, композиттік құрылымдар үшін қолданылатын ерекше қосылыстар мен бекітулер көбінесе ламинаттың өзінен өзгешеленетін бұзылу түрлерін тудырады. Композиттік зақымданулар нашар реттелген түрде таралады және зақымдану түрлері өзгеруі мүмкін. Композиттермен жұмыс тәжірибесі көрсеткендей, металдардағыдай зақымданудың басталуы мен таралуының екі бөлек аймағында таралу жылдамдығы байқалмайды. Металдардағы жарылыс басталу диапазоны таралумен сипатталады және жылдамдықта маңызды сандық айырмашылық бар, ал композиттерде бұл айырмашылық аз байқалады.
Версальдегі пойыз апаты
Король Людовик Филипп I-нің Версаль сарайындағы тойлардан кейін, 1842 жылдың мамыр айында Парижге қайтып бара жатқан пойыз Меудон қаласының жанында апатқа ұшырады. Пойыздың алдыңғы локомотивінің осі сынып қалғаннан кейін, одан кейін келе жатқан вагондар қираған локомотивтердің үстіне үйіліп, өртеніп кетті. Қақпақтары жабық болған вагондарда кем дегенде 55 жолаушы қаза тапты, олардың ішінде саяхатшы Жюль Дюмон д'Урвилль де болды. Бұл оқиға Францияда "Меудон теміржол апаты" деп белгілі. Апатты британдық локомотив инженері Джозеф Локк куә болды және Ұлыбританияда кеңінен жарияланды. Инженерлер бұл мәселені жан-жақты талқылап, түсіндіруге тырысты. Апаттың себебі – локомотивтің осінің сынуы болды. Ранкиннің Ұлыбританиядағы сынық осьтерді зерттеуі, кернеудің шоғырлануының маңыздылығын және қайталама жүктеме кезінде жарықтардың пайда болу механизмін көрсетті. Алайда, оның және қайталама жүктеме арқылы жарықтардың пайда болу механизмін ұсынған басқа да жұмыстары назарсыз қалды, ал теміржол желісінің кеңеюімен бірге шаршаудан туындаған ақаулардың саны артып келе берді. Басқа, негізсіз теориялар, мысалы, металлдың қандай да бір жолмен "кристалданып" кеткені туралы идея, көбірек қабылдауға ие болды. Бұл пікір, жарық бетінің жылдам сыну аймағының кристалдық түріне негізделген, бірақ металдың бұрыннан-ақ жоғары кристалдық екендігі ескерілмеді.
Де-Хавилланд кометасы
1954 жылы екі де Гавиланд «Комет» жолаушылар ұшағы әуеде ыдырап, бірнеше айдың арасында құлады. Осының нәтижесінде, су резервуарына батырылған және қысымға алынған фюзеляжға жүйелі сынақтар жүргізілді. 3000 ұшудан кейін Корольдік ұшақ мекемесінің (RAE) тергеушілері апаттың себебі шатырындағы алдыңғы автоматты бағыт көрсеткіш терезесінің жанындағы қысым кабинасының бұзылуы болды деген қорытындыға келді. Бұл «терезе» шындығында электронды навигациялық жүйенің антенналары үшін арналған екі тесіктің бірі болды, онда мөлдір емес шыны талшық панельдер терезе «шынының» орнына қолданылды. Бұзушылық ұшақ салонының қайта-қайта қысымға салынуынан және қысымның төмендеуінен туындаған металлдың шаршауының нәтижесінде болды. Сонымен қатар, терезелердің айналасындағы тіреулер, ұшақтың бастапқы техникалық талаптарында көрсетілгендей, біріктірілмеген, бұрандаланған. Бұл мәселені қолданылған соққылы бұранда техникасы одан әрі ушықтырды. Дәнекерлеуге қарағанда, соққылы бұранда жасаған тесіктің нашар болуы өндірістік ақауларға байланысты жарықтардың пайда болуына әкелді, бұл бұрандалардың айналасында шаршау жарықтарының басталуына себеп болуы мүмкін. «Кометтің» қысым кабинасы британдық азаматтық авиациялық талаптардан асып түсетін қауіпсіздік коэффициентімен жобаланған (кабиналық сынақ қысымына қатысты 2,5 есе, талап етілген 1,33 есеге және кабиналық қысымның 2,0 есесіне қарсы) және апат авиалайнерлердің қысым кабиналарының қауіпсіз жүктеме талаптарын қайта қарауға себеп болды. Сонымен қатар, қысым кабинасының тесіктеріндегі кернеулер күтілгеннен әлдеқайда жоғары болды, әсіресе терезелер сияқты өткір бұрыштармен кесілген жерлерде. Осының салдарынан болашақ барлық реактивті ұшақтарда дөңгелек бұрыштармен терезелер орнатылды, бұл кернеу концентрациясын айтарлықтай азайтады. Бұл «Кометтің» кейінгі барлық модельдерінің айқын ерекшелігі болды. RAE тергеушілері бұқаралық тыңдауда «Кометтердің» терезе ашылған жерлерінің жанындағы өткір бұрыштар жарықтардың пайда болуына ықпал ететінін мәлімдеді. Ұшақтың қаптамасы да тым жұқа болды және өндірістік кернеулерден туындаған жарықтар бұрыштарда анықталды.
Александр Л. Киелланд мұнай платформасының бұрылуы
Александр Л. Киелланд – 1980 жылғы наурыз айында Экофиск мұнай алаңында жұмыс істеп жатқанда 123 адамның қаза болуына әкелген, суға батып кеткен норвегиялық жартылай су асты бұрғылау платформасы. Бұл Норвегия суларындағы Екінші дүниежүзілік соғыстан бергі ең ірі апат еді. Шотландияның Данди қаласынан шамамен 320 км шығысқа қарай орналасқан платформа Норвегияның «Ставангер Дриллинг» компаниясына тиесілі болды және апат кезінде АҚШ-тың «Phillips Petroleum» компаниясына жалға берілген еді. 1980 жылдың 27 наурызында, қатты жаңбыр мен тұманды кеште, «Александр Л. Киелланд» платформасындағы 200-ден астам адам қызметтен тыс болды. Желдің жылдамдығы 40 теңіз шақырымына дейін желіп, толқындардың биіктігі 12 метрге жетті. Платформа сол кезде «Эдда» өндіріс платформасынан алысқа жылжытылған болатын. Сағат 18:30-ға дейін платформадағылар «қатты жарылыс» дыбысын естіп, содан кейін «бір түрлі діріл» сезінді. Кенеттен платформа 30 градусқа бұрылып, кейін тұрақталды. Алты ілгек кабельдің бесеуі жыртылып, қалған біреуі платформаның суға батуына бөгет қойды. Еңкейіс күшейе берді, ал сағат 18:53-те соңғы ілгек кабель де жыртылып, платформа аударылып кетті. Бір жыл өткен соң, 1981 жылғы наурыз айындағы тергеу қорытындысы платформаның алты тірегінің біріндегі (D 6 тірегі) шаршаудан пайда болған жарықтан құлағанын көрсетті, бұл тірек құлаған D аяғын платформаның қалған бөлігімен байланыстырған. Бұл жарық, жүктеме көтермейтін фланцтық пластинаны D 6 тірегіне жалғаған 6 мм-лік филелі дәнекерлеуге байланысты болды. Осы фланцтық пластинада бұрғылау операциялары кезінде қолданылатын сонар құрылғысы орналасқан еді. Филелі дәнекерлеудің нашар пішіні оның шаршау кезіндегі беріктігін азайтуға себеп болды. Сонымен қатар, тергеу барысында фланцтық пластинада ламелдік жарықтар және дәнекерлеу тігісінде суық жарықтар анықталды. Дәнекерлеудегі суық жарықтар, әлсіреген фланцтық пластинадан туындаған кернеудің артуы, нашар дәнекерлеу пішіні және циклдық кернеулер (Солтүстік теңізде жиі кездесетін) платформаның құлауына бірлесіп әсер еткен сияқты.