Krzywa E-N w analizie zmęczeniowej MES

Materiały takie jak guma charakteryzują się dużymi deformacjami nawet przy niewielkich obciążeniach. Dlatego w analizach wytrzymałościowych tych materiałów zamiast naprężenia głównym parametrem oceny jest odkształcenie. W szczególności do przewidywania trwałości zmęczeniowej elementów gumowych poddanych obciążeniom cyklicznym stosuje się krzywą E-N, która bazuje na danych eksperymentalnych odnoszących się do odkształcenia, a nie na klasycznym wykresie S-N opartym na naprężeniach.

Równoważne odkształcenie jako parametr analizy

Ze względu na tensorowy charakter odkształcenia, którego składowe zależą od przyjętego układu współrzędnych, w praktyce stosuje się odkształcenie równoważne — analogiczne do naprężenia równoważnego według von Misesa. Pozwala ono jednoznacznie określić skalarne odkształcenie w danym punkcie modelu, niezależnie od orientacji układu odniesienia.

Zastosowanie krzywej E-N

Krzywa E-N przedstawia zależność pomiędzy równoważnym odkształceniem a liczbą cykli do zniszczenia materiałów wykazujących duże odkształcenia plastyczne lub lepkosprężyste, takich jak elastomery i guma. W analizach MES procedura wykorzystania tej krzywej obejmuje zazwyczaj:

• wyznaczenie rozkładu odkształceń w modelu na podstawie analizy nieliniowej,
• obliczenie odkształcenia równoważnego w punktach krytycznych,
• porównanie uzyskanych wartości z danymi eksperymentalnymi E-N w celu oszacowania liczby cykli do zniszczenia.

Procedura ta jest analogiczna do klasycznej analizy zmęczeniowej opartej na wykresie S-N, jednak wymaga uwzględnienia nieliniowych właściwości materiału oraz przetwarzania wyników pola odkształceń zamiast naprężeń. Dzięki temu możliwe jest realistyczne prognozowanie trwałości elementów elastomerowych pracujących w warunkach dużych deformacji.