Контролните чаури на рацете во реалниот свет на работата на возилото не се подложени на статички оптоварувања, туку на високофреквентни, повторувачки динамички циклуси на стрес. Ова циклично оптоварување е примарна причина за најчестиот режим на дефект на черупката: дефект на замор. Микромеханизмот на замор е постојано потврден во бројни трудови за механика на гума и автомобилско инженерство. Во неговото јадро, се појавува кога локализираните напрегања во материјалот постојано ја надминуваат границата на крајното издолжување на гумените полимерни синџири, што на крајот предизвикува неповратна прогресија од микроскопски пукнатини до макроскопски дефекти.
Гумата, како вискоеластичен полимер, се подложува на расплетување, ориентација и продолжување на синџирот кога се протега. Кога локалниот стрес го надминува крајното издолжување на материјалот - вообичаено во опсег од 50-80% од неговото затегнувачко издолжување, во зависност од формулацијата - полимерните синџири доживуваат неповратно лизгање, сечење или локализирано кинење. Овие микро-штети првично се појавуваат како ситни празнини или пукнатини јадра. При повторени циклуси на напнатост-компресија, концентрацијата на напрегањето на врвот на пукнатината дополнително го промовира бавното ширење на пукнатината нормално на главниот правец на напрегањето. Секој циклус постепено ја зголемува должината на пукнатината; штом ќе се акумулираат во критична мера, микропукнатините се спојуваат во макроскопски видливи пукнатини, што на крајот доведува до кинење на черупката, откачување или целосно губење на еластичната функција. Овој процес ги следи класичните закони за раст на пукнатините на замор: стапката на раст на пукнатината е во корелација со опсегот на факторот на интензитет на напрегање преку врската моќ-закон, а крајното издолжување на материјалот директно го поставува прагот за започнување на пукнатината. Пониското или повеќе нерамномерно издолжување резултира со пократок век на замор.
Во специфичната примена на чаурите на контролните краци, неуспехот на замор е во голема корелација со сложениот спектар на оптоварување на движењето на суспензијата. Надолжните удари (на пр., вкрстување на брзинските испакнатини), страничните сили на свиоци, вертикалната компресија (на пр., удари во дупките) и торзијата (ротација на раката за време на управувањето) се испреплетуваат за да формираат мултиаксијален замор. Конвенционалните цврсти гумени чаури под овие услови се најмногу склони кон „концентрација на триаксијален стрес“ во централниот регион: повтореното напнатост на компресија предизвикува локализирано внатрешно напрегање да ја надмине границата на материјалот, генерирајќи внатрешни микропукнатини кои потоа се шират нанадвор, формирајќи прстенести или радијални површински пукнатини. Тестирањето покажува дека при типични спектри на оптоварување на патиштата (еквивалентно на 100.000-300.000 км услуга), животниот век на замор на неоптимизираните гумени чаури честопати е ограничен поради оваа внатрешна акумулација на микро-оштетување - не абење на површината.
Хидрауличните чаури покажуваат уникатни начини на откажување на замор поради нивната течна празнина и структурата на отворот на плочата. Додека тие обезбедуваат нискофреквентно високо амортизирање и висока фреквентна ниска динамичка вкочанетост преку проток на течност, тие исто така воведуваат нови физички граници. Плочата на отворот - вообичаено направена од метал или инженерска пластика - со текот на времето е подложена на пулсирања на течност под висок притисок и постојано стискање од деформација на гума. Ова може да доведе до локализирано абење, искривување или дури и микро-пукање на плочата. Во раните фази, абењето ги затапува рабовите на отворот, ослабувајќи го ефектот на пригушување и предизвикувајќи деградација на амортизацијата; во тешки случаи, плочата се скрши или се поместува, што резултира со истекување на течност. Куршката веднаш ја губи хидрауличната функционалност и се враќа на стандардна гумена черупка, при што животниот век на замор опаѓа. Случаите во реалниот свет покажуваат дека многу врвни хидраулични чаури за возила развиваат абнормално абење на отворот на отворот по 80.000-120.000 km, вкоренети во дизајни што ги потцениле врвните пулсни притисоци на течноста и локалните концентрации на стрес за време на компресија на гума - надминувајќи ја границата на замор на материјалот.
Друг типичен случај е абнормалното абење на застанувањето на ударот (граничниот блок). Контролните чаури на раката честопати интегрираат гумена запирачка за да го ограничат прекумерното замавнување на раката и да обезбедат амортизација на границите на патување. При сопирање со целосно оптоварување или екстремни услови надвор од патот, застанувањето на ударот издржува екстремно големо напрегање на притисок. Повторените удари лесно предизвикуваат замор од компресија. Крајното компресивно напрегање на гумата е типично далеку пониско од неговото затегнувачко издолжување (молекуларните синџири не можат слободно да се преуредуваат под компресија како при затегнување). Штом локалното компресивно напрегање ќе надмине 30-40%, се формираат внатрешна кавитација и микропукнатини, кои потоа се шират под циклично оптоварување во површинско распарчување или фрактура на парче. Во многу задни суспензии со повеќе врски, удирањето станува првата точка на дефект во такви услови, предизвикувајќи удар од метал-метал, бучава и забрзан замор во други области.
Физичката граница на издржливост е фундаментално одредена од три фактори: крајното издолжување на материјалот, прагот на раст на пукнатината на замор и униформноста на распределбата на стресот. За да ги надминат овие граници, модерните дизајни најчесто ги прифаќаат следните стратегии:
● Користете анализа на конечни елементи (FEA) за прецизно предвидување на локалните врвови на напрегање при мултиаксијални оптоварувања, обезбедувајќи врвното деформирање да остане под 60% од крајното издолжување на материјалот;
● Воведување шуплини, засеци или асиметрични геометрии за да се хомогенизира стресот и да се избегне триаксијална концентрација;
● Употребете гумени соединенија со големо издолжување и ниска хистереза (на пр., со силилански средства за спојување или нано-полнила за да се подобри униформноста на синџирот);
● Оптимизирајте ја геометријата на отворите во хидрауличните чаури (на пр., поголеми филети, премази отпорни на абење) за да се намали ударот на пулсот;
l Нанесете дизајн со прогресивна цврстина или полиуретански композити за да ги споделите екстремните оптоварувања на компресија.
Експерименталната валидација покажува дека овие оптимизации можат да го продолжат животниот век на замор на черупката за 1-3 пати, обично го туркаат работниот век од 100.000 km на над 250.000 km.
На крајот на краиштата, неуспехот на замор на контролните чаури на краците не е случаен - тоа е неизбежен резултат од тоа што материјалите ги достигнуваат своите физички граници под повторен динамичен стрес. Крајното издолжување, како суштинско својство на гумата, го поставува прагот за започнување на микро-оштетување, додека спектрите на оптоварување во реалниот свет, структурниот дизајн и формулацијата на материјалот колективно одредуваат кога тој праг ќе се прекрши. Разбирањето на оваа еволуција - од микро до макро - им овозможува на инженерите да дефинираат реални граници на издржливост во фазата на дизајнирање, дозволувајќи им на чаурите да се приближат до нивниот теоретски животен век во сложени патни средини, наместо да се деградираат предвреме. Добре дојдовте да нарачате VDI Control Arm Bushing 7L0407182E!
