Писаренко Г.С. Сопротивление материалов (Г.С. Писаренко - Сопротивление материалов), страница 94

При увеличении диаметра образцов с 7 до 150 мм снижение предела выносливости для углеродистой стали достигает 45%. Объяснение зависимости пределов Выносливости От разме1юв сечеййй, как й других закойомерйостей и характеристик ус~ал~~т~, дак»Г спшпйсй~пческпе п»ео,~ни псп~,®с»пп. Этй теорий Освеша~от Воп" росы изменения эффективных коэффициентОВ концентрации В заВН- сймостй От величйй Градиентов напряжеййй й абсолк»тйых размеров. 1"ипотезы, объяснякщие ослабление эффективности концентрации напряжений по сравненик» с тем, к~~~р~е должйо вытекать йз распределения напряжений В упругой Области и ззвисимОсть коэф" ф и В Ао, Ц РЯда ф к РОВ (Р РОВ, й В Р~ т. д.), Высказанные Различными авторами, не позволяют пока вычислять значения этих коэффициентов для Различных случаев рзсчегной практики исходя из первичных свойств металла. Поэтому для расчета детзлен машин следует испол ковать экспериментальине данные, применяя з случае необходимости интерполяцию, Сопротивление устачости материала оценивается по пределу выносливости (а ~)~,„определяемому на гладких лабораторных образцах малого диаметра, а для суждения о прочности детали при переменных напряжениях необходимо знать ее предел выносливости 3 3 О - Щ О,Р ~=Я ' И=М+ЯЪм (Ада (~ — й.

(2$.3 Ц (~-1к)~ Коэффициент (4Д„г учитывает суммарное влияние концентрации напряжений и збсол~отных размеров иа выносливость и обыщи~ определяется по данным испытаний образцов и моделей различных Се~~~ий. Если эффективный коэффициент концентрации (А,)г определяется на образцах достаточно большого диаметра д (после которого дальнейшее увеличение его размеров влияет на величину (А )~ незначительно), то (~-14, (О й Ю~ А)г —, (о «„)д (З ),~(а 1„)д Щ~ ' Заметим„что степень Влияния концентрации напряжений нз пределы вынослиВОсти зависит От Вида напряженного состОяння* ПРИ циклическом кручении, например, эффективные коэффициенты концеитрзции Оказываются Обычно более низкими„чем при изгибе для одних и тех же конструктивных форм (рис.

567 н 568). Соотношение между коэффициентами при изгибе и кручении, представленными Мб нз рис. 567 и 568, можйО выразить приближеннОЙ формулой А, = 1 + О,б (А — 1). (2$.12у Что касается эффективного коэффициента концентрации при растяжении сжатии~ тО его величина Обычно равна или песколькО превышает козффициенты кон- у~„ центрзции при изгибе (рис. 567 а~ р "~~ у и 569). ~»8 Влияние состояния Поверх- ' ности В большиистВе случаев ПОВЕРХНОСТНЫЕ СЛОИ ЭЛЕМЕНТЗ 6 =ИЪфща конструкции, подверженного дей- » ~ ствию циклических нагрузок оказываются 60лее нзпряженны- бр=ВО, ми, чем Внутренние (В частйос бу=4д ти, вто имеет место при изгибе и ~р кручении).

Кроме тОго, пОаерх- ц нОсть детали почти Всегда имеет р дефекты, связанные с качеством ~ =Я» 4»"=Л~+5ЙЯ мехзническоЙ 06Рзботки„а тзк" »»»» вью же с коррОзией ВследстВие ВОздействйя Окружзкхцей среды. Позтому устзлостйые тре~цйнь~, как правило, начинаются с поверхности, а плохое качество последней пр д т к сн ен р ти ия у Влияние состояния обработанной поверхности йа выносливость Оценивается козффициентОМ р который равен Отношению предела Вынослйвости испытываемого образца с Определенной обработкой поаерхнОсти к пределу ВынОслиВОсти тЩательно полированного Образца.

Зависимость козффициентов р от предела прочности а, для различных видов обработки приведена на рнс. 57О„где кривая 1 соответствует полированным образцам, 2 — шлифованным, 3— Образцам с ТОНКОЙ обточкой", 4 — с грубоЙ Обточкой", б — с йалйчием окалинн. Как видим, предел выносливости стальных образцов при грубой обточке снижается на 40%, а при наличий на поверхНОсти окалины — иа 70 А~.

Вредное влйяние мйкройеровностей поверхйостй во мйогйх случаях смягчаетси пластическоЙ деформацией» ВывываемОЙ В поверх постном слое механической обработкой н распространяккцейся на некоторую глубину, зависящую от режимов резания н, в частности, от величины подачи. При грубой обточке она может достигать 1 мм и более, а при шлифсеании и полировании измеряется сотыми долями миллиметра и микронами Пластическая деформация поверхностного слоя может дать повьппенне предела выносливости на 10— 20%. На предел выносливости существенное влияние оказывает коррозия. Это влияние будет различным в том случае, когда металл, подвергавшийся коррозии до испытания на усталость, не подвергается ей прн испытаниях, и в случае, когда металл подвергается коррозии Во время испытаний. В обоих указанных случаях, особенно во втором, коррозия вызывает резкое снижение пределов выносливости 1до 70 — 80%).

При этом снижение предела выносливости при наличии коррозии тем более сильно выражено, чем выше предел прочности металла н чем болыпе последний склонен к коррозии. Влияние коррозии при расчете можно учесть КОзффицнентом ~3„, представляющим отношение предела выносливости О" ~ корродированного образца к пределу выносливости о ~ полированного об- О' разца, т.

е. р„=- =. Влияние коррозии в процессе испытания иа 0 ~" предел выносливости стальных образцов при ротационном изгибе показано иа рис. 571, где кривая 1 характеризует влияние коррозии в пресной воде при наличии концентрации напряжений; 2 — в пресной воде при отсутствии концентрации или в морской воде при наличин концентрации; д — в морской воде при отсутствии концентрации. Причиной столь резкого снижения выносливости вследствие коррозии являются коррозионные повреждения поверхности, вызыВающие значительную концентрацию напряжений, а также Ослаб" ление сопротивления образованию трещин.

Уменьшить Влияние состояния поверхности на усталск.ть можно соответствующими технологическими методами обработки, приводящими к упрочнению поверхностных слоев. К числу таких методов относятся: наклеп поверхностного слоя путем накатки роликом, обдувки дробью и т. и.; химико-термические методы — азотирование, цементации, цианирование; термические — ПОВерхностная закалка токами Высокой частоты или газовым пламенем. Указанные методы обработки приводят к увеличению прочности поверхностного слоя и созданию в нем значительных сжимающих Остаточных напряжений, затрудняющих Образование усталостной трещины, а потому Влияющих на повышение предела ВынОслиВости.

При наличии концентрации напряжений помимо глубины слоя и его абсолютных размеров ~~~ествеииое влияние иа эффект упрочнения оказывают уровень концентрации напряжений и градиент напряжений у поверхности. Эффект упрочнеиня растет с увеличением концентрации. Влияние пауз. На предел выносливости имеют влияние паузы ~перерывы В нагружюнии). При Этом В Одних случаях ВлиЯние пауз незначигельно, в других число циклов до разрушения увеличивается ва счет пауз на 15 — ЯО%, Увеличение числа циклов тем бсаьше, чюм чаще паузы и чюм Они длительнее (последний фактОр Влияют слабее). Влияние перегрузок.

Влияние перегрузок, т. е. Нагрузок Выше предела выносливости, зто влияние зависит от характера перегрузки. При малых пюреГрузках до ОпредюлюннОГО количества циклОВ предел выносливости повьипается, при больших перегрузках пОслю ОпредюлюннОГО числа циклО — понижается. ВлиЯИНЮ тренировки. Если приложить к Образцу напряжения немного ниже предела Выносливости и затем постепенно повышать величину переменной нагрузки, то сопротивление усталости можно значительно повысить. Это явление, называемою ~прюлирозкой материала, широко используются В технике.

Упрочнение можно получить при сравнительно кратковременных тренировках (порядка 50000 циклов), но значительных перегрузках. Опыты показывают, что если вначале действует меньшая, а затем большая перегрузка, то выносливость материала оказывается более высокой, чем В том случае, когда сначала действует ббльшая, а затем меньшая перегрузка. Влияние температуры, С повышением температуры предел выносливости ~б~чно падают„а с понижением сю — растет как ~ Гладких ОбразцОВ, так и у ОбразцОВ с концентраторами. Лля стали при температуре вьппе 300'С наблюдаются понижение предела усталости примерно на 15 — 20% на каждые 100 С повышения температуры.

Правда, у ряда сталей прн повышении температуры от 20 до ЗИ~'С предел усгалости повьалается. Однако это поВьппению, пО-видимому, сВязано с физико-химическими процессами, происходящими при ОднОВрюмюнном Влиянии НВГрюВа и переменных напряжений. При пОвышенных температурах даже прн Очень бОльшом числю циклов кривая усталости не имеет Горизонтального участка. Так, для гладких образцов даже при 100 млн.

циклов горизонтальный участОк ню наблюдаются. Влиянию концентрации напряжений с повышением температуры в общем уменьшается, Однакодля ряда сталей, по-Видимому„опять-таки за счет Физико-химических процк- соВ чувствительность к иаДОюзу сплава увеличивается. При темпе" ратурах порядка 500 — бОО'С в стали начннаГотся процессы ~олзучюсти имюнхцие мюстО также и при переменных наГрузках даже при симмют1)ичном цикле. При понижении температуры с 20 до — 1%'С предел Выносливости у некоторых сталей увеличивается более чем вдвое, хоти ударная Вязкость их при этОм понижается. Э*о ещю раз указывают на принципиальное Отличие между усталостным и хрупким разрушениями путем отрыва при статических и ударных нагрузках.

В случае проспи видов деформации при изменении напряжений В детали по симметрйчйому цйклу запас прочностй прй действий, например, нормальных напряжений можно вычислить по формуле (а ~„),у Па = бц Где (О' ~ц),~ — предел ВынОслиВОсти детали прн растяжении — сжа" тии или при изгибе; а„ вЂ” номинальные фактически действующие анакопере- менные иапряжения. Для расчета йа прочность прй переменнык нйгрузкак В ~лу~а~ сложного напряженного состояния можно использовать соответствующие теории прочности. При этом для материалов в пластическОм сОстОянии, как изВестиО, применяют третью и четвертую теорйи прочйостй. В рассматрйваемом Случае зтй теории должны быть записаны В Виде (21.1ЗФ (21.14) Б соответствии с экспериментальными данными условие прочности в форме зллиптической зависимости (см.

рис. 562) при изгибе н кручении выражается формулой (21.б), а применительно к детали дОстаточио больших рйзмерОВ с концентрацией напряжений — формулой М' — зк)Ф 2Огда имея В виду что и~у = кОзффициент характери зующйй запас прочности только по нормальным йапряжеййям„й ~Ь ь)~ п = — коэффициент, характеризующий прочность только Фф по касательным напряжениям, на основании соотношения (21.16) будем иметь а~а Откуда запас прочности и при слож" ф НОМ НЯПРНЖЕННОМ СОСТОЙНййт НЯПРИ" мер при совместкОм действии изГиба И КРУЧЕНИИ„ОПРЕДЕЛИТСИ ФОРМУЛОЙ "Р~ „~+„з ' (21Л7) Определии зяпяси прочности при асимметричных циклах дли либо 0 ВИДЯ ЦИКЛИЧЕСКОГО НЯГРУЖЕНйй (ИЗГН- ба, раСТИЖЕНИЙ вЂ” СЖЯТйке КруЧЕНИК)е нсходиг из схематизированной дка- ГРЯММЫ ПРЕДЕЛЬНЫХ НЯПРИЖЕНИИ ДЛИ Рис.