Усталостное разрушение (циклическая прочность)

Всем известно, что проволоку можно разрушить путем многократного изгиба. Это явление называется усталостным разрушением.

Изобразим действие нагрузки во времени графически (рис 14.5).

Рис 14.1.

Различают симметричный цикл (изгиб осей автомобиля, вагона и т. п.), изображенный на рис.14.1 слева, и несимметричный цикл, изображенный справа. Симметричный цикл наиболее опасный, поэтому несимметричный цикл иногда рассматривают как симметричный (такой подход называется расчетом в запас прочности).

14.1. Расчет сооружений при циклическом нагружении с помощью диграммы Вёлера

Рассмотрим традиционный способ расчета на усталость при симметричном цикле. Сначала из эксперимента определяют число циклов N, которое приводит к разрушению образцов из данного материала при ряде значений напряжений. После этого строят диаграмму Вёлера (рис 14.2).

Рис 14.2

При известной диаграмме Вёлера можно приступать к расчету сооружения или конструкции на усталость. Для этого находят напряжение в наиболее загруженной области конструкции, то есть находят . Затем по диаграмме Вёлера отыскивают предельный цикл N *. Уменьшая его на коэффициент запаса k, получаем допустимое значение циклов , которое называют также ресурсом изделия.

Поскольку время одного цикла ( - период) обычно известно, то время, которое обеспечивает прочность конструкции, находится по формуле:

(14.1)

Примечание. Для некоторых материалов (например, для стали) на диаграмме существует механическая характеристика σ ₀, которая называется пределом выносливости. Если рабочее напряжение σ не превышает значения σ ₀, то разрушения не происходит ни при каких N. Поэтому, если нет требований экономичности изделии, то условие прочности при циклической нагрузке записывают просто в виде

.

Здесь k – коэффициент запаса.