19.9 : Wały okrągłe – materiały elastoplastyczne (sprężysto-plastyczne)

Badania wałów kołowych poddanych naprężeniom wykazały, że w granicach sprężystości naprężenie wzrasta bezpośrednio do odległości od środka wału. Zależność ta utrzymuje się do momentu osiągnięcia przez wał krytycznego punktu naprężenia, powyżej którego zaczyna on uginać się, wyznaczając przejście od odkształcenia sprężystego do plastycznego. W tym kluczowym momencie określa się maksymalny moment obrotowy, jaki wał może wytrzymać bez trwałego odkształcenia, co oznacza granicę jego sprężystości.

Wraz ze wzrostem momentu obrotowego na wale rozwija się obszar plastyczny otaczający wewnętrzny rdzeń sprężysty, charakteryzujący się stałym poziomem naprężeń w obszarze plastycznym i liniowym rozkładem naprężeń w rdzeniu sprężystym. Przy ciągłym wzroście momentu obrotowego strefa plastyczna rozszerza się, zmniejszając sprężysty rdzeń, aż do momentu, gdy odkształcenie na wale stanie się całkowicie plastyczne.

Całkowity moment obrotowy wywierany na wał jest sumą momentów związanych z obszarami odkształcenia sprężystego i plastycznego. Poprzez dalszą analizę i uproszczenie, skupiając się na rozszerzaniu obszaru plastycznego, można obliczyć ostateczny moment plastyczny. Ostateczny moment plastyczny to maksymalny moment obrotowy, jaki może wytrzymać wał, zanim ulegnie całkowitemu odkształceniu plastycznemu, całkowicie tracąc swój pierwotny kształt.