ในการออกแบบทางวิศวกรรม ความเสียหายที่น่ากลัวที่สุดอย่างหนึ่งคือ ความล้า (Fatigue) ซึ่งมักเกิดขึ้นเมื่อวัสดุได้รับแรงกระทำซ้ำๆ แม้ว่าแรงนั้นจะต่ำกว่าค่าความเค้นคราก (Yield Strength) ก็ตาม บทความนี้จะอธิบายขั้นตอนการวิเคราะห์เมื่อโครงสร้างต้องเผชิญกับ โหลดแปรผัน (Variable Loading) อย่างเป็นมืออาชีพ
1. การรวบรวมประวัติความเค้น (Stress History)
ขั้นตอนแรกคือการทำความเข้าใจพฤติกรรมของแรงที่มากระทำ เราต้องแปลงข้อมูลแรงในโดเมนเวลา (Time Domain) ให้เป็นวงรอบของความเค้น โดยพิจารณาค่าความเค้นสูงสุด ($\sigma_{max}$) และความเค้นต่ำสุด ($\sigma_{min}$)
2. การนับรอบด้วยวิธี Rainflow Counting
เนื่องจากโหลดแปรผันมักมีรูปแบบที่ไม่สม่ำเสมอ เราจึงไม่สามารถนับรอบได้ง่ายๆ วิธี Rainflow Counting Algorithm จึงถูกนำมาใช้เพื่อจัดกลุ่มความเค้นที่ซับซ้อนให้กลายเป็น "รอบความเค้น" (Stress Cycles) ที่ชัดเจน เพื่อนำไปคำนวณความเสียหายสะสมต่อไป
3. การประเมินความเสียหายสะสม (Cumulative Damage Theory)
กฎที่นิยมใช้มากที่สุดคือ Palmgren-Miner's Rule ซึ่งกล่าวว่าความเสียหายจะสะสมไปเรื่อยๆ ในแต่ละรอบการทำงาน โดยมีสมการดังนี้:
$$D = \sum \frac{n_i}{N_i}$$
- $n_i$: จำนวนรอบที่เกิดขึ้นจริงในระดับความเค้นนั้นๆ
- $N_i$: จำนวนรอบที่วัสดุสามารถทนได้จนกว่าจะพัง (หาได้จาก S-N Curve)
หากค่า $D \geq 1.0$ แสดงว่าโครงสร้างนั้นมีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดการวิบัติ
4. การใช้แผนภูมิ Mean Stress Correction
ในความเป็นจริง โหลดมักไม่ได้แกว่งรอบค่าศูนย์เสมอไป เราจึงต้องใช้ตัวช่วยอย่าง Goodman, Gerber หรือ Soderberg Criteria เพื่อปรับค่าความเค้นให้สอดคล้องกับสภาวะการใช้งานจริง
สรุป: การวิเคราะห์ความล้าภายใต้โหลดแปรผันต้องอาศัยทั้งข้อมูลวัสดุที่แม่นยำและการคำนวณทางสถิติที่ถูกต้อง เพื่อรับประกันความปลอดภัยของชิ้นส่วนเครื่องจักรในระยะยาว
1.jpg)
