Втома матеріалів, зміна механічних і фізичних властивостей матеріалу під тривалою дією напруги, що циклічно змінюються в часі, і деформацій. Зміна стану матеріалу при втомному процесі відбивається на його механічних властивостях, макроструктурі, мікроструктурі і субструктурі. Ці зміни протікають по стадіях і залежать від вихідних властивостей, вигляду напруженого стану, історії вантаження і впливу середовища. На певній стадії починаються необоротні явища зниження опору матеріалу руйнуванню, що характеризуються як втомне пошкодження. Спочатку в структурних складових матеріалу і по кордонах їх сполучення (зерна полікристалічного металу, волокна і матриця композитів, молекулярні ланцюги полімерів) утворюються мікротріщини, які на подальших стадіях переростають в макротріщини або приводять до остаточного руйнування елементу конструкції або зразка для механічних випробувань.
Кількісно втомний процес описується залежністю між накопиченим пошкодженням і числом циклів або тривалістю вантаження по параметру величини циклічної напруги або деформацій. Відповідна залежність між числом циклів і стадією пошкодження (в т.ч. виникненням тріщини або остаточним пошкодженням) називається кривій втомі. Ета крива – основна характеристика В. м. Накопичення циклічного пошкодження відображає деформація матеріалу як макро- і неоднорідного середовища (для металів – полікристалічний конгломерат, для полімерів – конгломерат молекулярних ланцюгів, для композитів – регулярна будова з матриці і волокон). Цей процес в полі однорідного напруженого стану (наприклад, простого розтягування-стискування) описується механічною моделлю, ланки якої відтворюють неоднорідну напруженість структурних складових матеріалу; неоднорідність характеризується імовірнісними розподілами величин мікродеформацій і мікронапруг (включаючи залишкові). Циклічне вантаження таких неоднорідних структур породжує в найбільш напружених структурних ланках необоротні деформації (пружнопластичність, в'язкопружні), що накопичуються з наростанням числа циклів і тривалості перебування під циклічним навантаженням. Їх збільшення до критичних значень, властивих матеріалу і середовищу, в якому він знаходиться, приводить до зародженню макротріщини як граничного перебування на першій стадії втомного руйнування. Кінетика зміни стану матеріалу на цій стадії виявляється субмікроськопічеськи в зміні щільності дислокацій і концентрації вакансій, мікроскопічно – в утворенні ліній ковзання, екструзій і інтрузій на вільній поверхні залишкових мікронапруг; механічно – в зміні твердості, параметрів петлі пружно-пластичного гістерезису, циклічного модуля пружності, а також макрофізичних властивостей (електричного, магнітного і акустичного опору, щільності). На другій стадії втомного руйнування накопичення пошкодження оцінюється швидкістю проростання макротріщини і зменшенням опору матеріалу статичному (квазікрихкому або крихкому) руйнуванню, визначуваному зміною статичній міцності, у тому числі характеристиками в'язкості руйнування як критичними значеннями інтенсивностей напруги в краю втомної тріщини.
Криві втоми в області багатоциклової втоми (при руйнівному числі циклів більш 10 5 ), за яких «відповідальні» повторні пружні деформації, наносяться в амплітудах (або максимальній напрузі) циклу в логарифмічних (lgs, lgn) або напівлогарифмічних (s, lgn) координатах ( мал. 1 ). Залежно від особливостей матеріалу, гомологічних температур і физико-хімічної активності середовища криві втоми можуть мати або асимптотичний характер (крива 1), або що безперервно знижується з опуклістю, зверненою до початку координат (крива 2). Величину амплітуд напруги s -1 , що є асимптотами кривих втоми 1-го типа, називається межею витривалості матеріалу, а величину амплітуд напруги (s -1 ) Np , для яких руйнування досягається при числі циклів Np по кривих 2-го типа, – обмеженою (по числу циклів) межею витривалості. Матеріалам стабільніших структур і для нижчих температур властиві криві типа 1; матеріалам менш стабільних структур для вищих температур і активних середовищ – криві типа 2 .
Криві втоми в області малоциклової втоми (при руйнівному числі циклів в 10 4 і менш), за яких «відповідальні» повторні пластичні деформації, наносяться в амплітудах цих деформацій в логарифмічних координатах lg e ар і lg N ( мал. 2 ).
Літ.: Конструкційні матеріали, т. 3, М., 1965, с. 382–90; Форрест П., Втома металів, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1968; Серенсен С. Ст, Опір матеріалів втомному і крихкому руйнуванню, М., 1975.
