![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Прочность при переменных напряжениях. Кривая усталости, предел выносливости
Большинство деталей машин в рабочих условиях испытывают переменные напряжения, циклически изменяющиеся во времени (циклические напряжения). Они возникают в деталях от изменения нагрузки, а также в связи с изменением положения их сечений по отношению к постоянной нагрузке (например, при вращении детали). Законы изменения переменных напряжений могут быть различными, но все их можно представить в форме простейших гармоник синусоиды или косинусоиды. На рис. 4.14 показано периодическое изменение напряжений во времени от наибольшего значения Число циклов напряжений в секунду называют частотой нагружения. Циклы напряжений могут быть знакопостоянными (рис; 4.14, а, в) или знакопеременными (рис. 4.14, б). Любой цикл напряжений может быть охарактеризован средним напряжением
амплитудой переменного напряжения
Рис. 4.14. Циклы переменных напряжений
Важной характеристикой является коэффициент асимметрии цикла
Если наибольшее и наименьшее напряжения одинаковы по величине и обратны по знаку, то Опыт показывает, что при переменных напряжениях после некоторого числа циклов может наступить внезапное разрушение детали без заметных остаточных деформаций при напряжениях, значительно меньших предела прочности материала. Это явление называется усталостью материалов. Число циклов до момента разрушения зависит от амплитуды напряжений и меняется в весьма широких пределах. Имеют место случаи, когда деталь разрушается при больших напряжениях через несколько циклов, а при меньших напряжениях способна работать неограниченно долго. Теоретический анализ усталостной прочности связан с большими трудностями. Для создания достаточно стройной теории усталостной прочности необходимо проникнуть в особенности строения кристаллов и межкристаллических связей с последующим привлечением аппарата статистики и теории вероятности. Экспериментально установлено, что усталостное разрушение начинается с накопления повреждений на границах зерен материала и образования на поверхности в зоне концентрации напряжений микротрещины, не видимой невооруженным глазом. Со временем происходит развитие трещины и ослабление сечения. Трещина растет обычно в направлении, перпендикулярном линии действия наибольших нормальных напряжений. Когда прочность оставшейся (неповрежденной) части сечения становится недостаточной, происходит внезапное разрушение детали. Способность материала или детали противостоять действию переменных нагрузок называют сопротивлением усталости. Его оценивают с помощью предела выносливости, определяемого экспериментально на специальных машинах или стендах. На рис. 4.15 показана схема одной из испытательных машин, в которой вращающийся образец 1 находится в условиях чистого изгиба. Образец зажимается во вращающихся цангах 2 и 3. Усилие передается от груза, подвешенного на серьгах 4 и 5. Счетчик 6 фиксирует число оборотов образца. При поломке образца происходит автоматическое отклонение двигателя 7 от контакта 8.
Рис. 4.15. Схемы машины для усталостных испытаний при изгибе
Для проведения стандартных испытаний на усталость необходимо иметь не менее десяти одинаковых образцов. Первый образец устанавливается на машину и нагружается симметричным циклом с амплитудой напряжения, равной По результатам испытаний строят кривую усталости (рис. 4.16). Наибольшее значение максимального напряжения цикла, которое образец выдерживает до базы испытаний, называют пределом выносливости. При симметричном цикле предел выносливости обозначается через Рис. 4.16. Кривая усталости
Для расчета деталей, не предназначенных на длительный срок службы, вводится понятие ограниченного предела выносливости Пределы выносливости определяются для различных видов деформации: растяжение (сжатие), изгиб и кручение. На основании большого числа испытаний установлены приближенные зависимости между пределом выносливости при изгибе и пределами выносливости для других видов деформации:
где Зависимость между переменным напряжением
где В логарифмических координатах уравнение кривой усталости
тангенс угла
С увеличением значения Учитывая, что уравнение
откуда
Эта зависимость используется для определения ресурса работы элементов конструкций при известном уровне рабочих переменных напряжений
|