Писаренко Г.С. Сопротивление материалов (1075902), страница 91
Текст из файла (страница 91)
ОстаиОвимся кратко на м6ханизме ЯВлениЯ усгалОсти. Все металлы, применяемые В технике» являются поликрисгалли ческими Вешествами» состояшнмн из Отдельных 36р6н и н6 пр6дстав ляищими ТОГО Однородного монОлита, каким считакт материал согласно основным ГипОт6аам сОпрОтивл6ния материалов. 36рна технических металлоВ представляют сОбОЙ совОкупность кристаллов» ~ имеющих неправильную огранку„которые Обычно называют»тра». жЯллиФЙмм. ПоликристалличнОсть материала и неизбежная еГО не ОДНОРОДНОСТЬ приводят к тому, что под действием тех или иных нагрузок в отдельных зернах Возникают перенапряжения и создаются ВозмОжиости пОИВления микротрещин. При этом В случае нзпряже- НИЙ, ВЫЗВВННЫХ С~а~~ческИМИ НЗГРУЗКЗМИ» ПОДОбйЫЕ МИКРОТРЕЩйНЫ не О .
Е напряжения перемеины Вр и, то име место тенденция к разВитию микротрещин» приводящая В конечиОм нтОГе к устзлостному излому дет6ли. Кроме указанной гипотезы, существует и несколько другой подход к объяснению физической природы явления усталости. В частности, возникновение усталостных трещин можно объяснить исчерпанием способности кристаллических зерен сопротивляться сдвигу. Зерна большинства металлов состоят из ряда элементарных кубиков с размерами сторон 3 ° 1О ~ — 6 ° 30 см.
Кубики, в свою Очередьг сОстОят из системы ВзаимоДействующих между собОЙ ЗтО- мов, расположенных В Строго Определенйом для даййого материала порядке, образуя так называемую пространственную атомную решетку. Форма и размеры элементов последней зависят от сил взаимодействия а~о~он и Определяктт характерные суйс~на данйого ве- ЩЕСТВЗ„ Деформация матерйала Обычйо сВязанз с искзженйем кристаллической решетки и изменением межатомных расстояний.
При этом в случае небольших напряжений взаимодействие между атомами не нарушается и при последующих разГрузках указанные искажеиия Решетки исчеззитт Если же напряжения большиег то В кристалли ческих зернах пластичных материалов по некотОрым плоскостям, которые называются плоскостями скольжения кристаллита„происходят необратимые сдвиги. Сдвинутые относительно друг друга группы атомов уже не образуют единой атомной решетки. Получившееся при этОм НОВОе ОбразОВзние ОказыВается бОлю прочным В результате усиления плоскостей скольжения внутри отдельных зерен Теперь для еГО разрушения требуетсЯ большее усилие Однако упрочнению при сдвигах сопутствует разупрочиеиие (разРыхление).
ПозтОму процесс сдВНГВ 06ЯззтельнО сопРОВОждзется появлением зон, где атомные связи нарушаются, а новые не создаются. Проявляется это в том, что образовываются мельчайшие микро- трещины, каждая из которых в Определенных условиях (например„ ПРИ СОСЕДСТВЕ йЕСКОЛЬКИХ ЗЕРЕН» ОСЛ66ЛЕНИЫХ ТРЕЩИНОЙ) МОКНЕТ ЯВИТЬСЯ ОЧЗГОМ РВЗВИТИЯ УСТЗЛОСТНОЙ ТРЕЩИНЫ» ПРИВОДЯЩЕЙ В КО нечном НТОГе к разрушению От усталости. ТВКИМ Образомг ИЗ СКЗЗВНйОГО ВИДНО, ЧТО МЕХЗНИЗМ ОбраЗОВанйя трещин при повторно-переменных нагрузках весьма сложен и не мОжет считаться пОЛНОстью изучеиным. Из несомненных положений теории усталости можно Отметить следующие; Ц процессы, проходящие при повторно-переменных нагрузках в металле, носят резко Выраженный местный характер» $99 ' 2) из двух видов напряжений — нормальных и касательных— решающее Влияние на процессы усталости до образования первой трещины ВключительнО имеют касательные изпряжеиия, Вызываю" щие пластические сдВНГи и разрушение.
Раз~и~~е устзлостиой трещины, н~с~~~~н~о, ~о~е~ у~корить~я при изличии растягивакицих напряжений кзк у пластичных, так и в особенности, у малопластичных и хрупких материалов типа чугуна, в которых появление трещины отрыва значительно повьппает чувствительность к растягивзющим Напряжениям. Образ~ванне трещин чаще все~о наблюдается В зернах, лежащих ближе к ПОВерхнОСТИ детали. Объясняется зто тем, что поверхност- Р Рис.
И4 иые слОи материала В изВестной степени имеют следы пОвреждеиий различными технологическими операциими при обработке летали (внутренние напряжения, следы механической Обработки), ие говоря уже о тех случаях„когда наружные слои при повторно-переменных нагрузках испытывают наибольшие напряжения (при изгибе и кручении). Предал выносливости определяют экспериментально.
Он зависит От целого ряда факторов, в Части~~~~, от формы и размеров детали, способа ее обработ~и, состо~н~я поверхности де*Зли, вида напри женнОГО сОстояния (растяжение — сжатие„кручение, изГиб и т. п ), закона измеиения нагрузки ВО Времени при испытаниях и т. п. При рассмотрении сопротивления материалов действию переменных напряжении в большинстве случаев инженерной практики предпОлаГается, чтО эти нзпряжениЯ представляют собой периОдические функции времени р = ~ (~) с периодом, равным Т'.
Созокупиойпь Зоех зйпчеиий иппря~сеиий зп время одиозно перподп йазааается ~~икр иааряженцй (рис. 554, а). ~ В настоянием учеоннке не рассиатркнаются расчеты на ныноспнность под дейстикем случайных переменных нагрузок, встречавшихся и ряде конструккнк.
Цз усталостиук? прОчиость В ОснОВЯОм Влияют мзкснмзльныв Рмс»»с И МИНИМЗЛЬНЫЕ Рм»»»» НЗПРЯЖЕНИЯ ЦИКЛЗ КРОМЕ НИХ В СОПРО тивлении материалов вводят понятие пбсиояййозо» ал/4 СРедиеео, йалРяжеиия апкла Р (1?ис. 554, б): и ПОиятие Об амплитуДе Р, Цикла, характеризукхцее перемейность напряжений: Среднее напряжение МОжет быть кзк положительным» так и Отрицательным, амплитуда же цикла определяется абсолютной величиной (без учета анака).
В соответствии с выражениями (21.Ц и (21,2) Рм»»кс = Рс+ Ра Рии»» = Рс Ра Ъдвоениая величина амплитуды колебаний напрЯжений называется размахом цакла. Отноп?ение минимального напряжения цикла к Максимальному с учетом знаков этих напряжений называется хаРак???ВРИО??акой ашиа или козффпцйВйг?к)м ай4ммГ?щ7иа цикла» и обозначается буквой г, т. е.
Наиболее опасным является так называемый симметричный цикл, КОГДЗ Р»»щс = — Р»»»»»» И Р = О, ПРИ КОТОРОМ ?»»»»»» г = — =- — 1. Риис Предел усталости при симметричном цикле является минимальным для даннОго типа деформации н Обозначается через Р— 1. Б сл'у" чае напряжения, изменяющегося от нуля до максимума, т. е.
при ОтнулевОм, или пульсирующем» цикле» когда Р»»»»и "= О» О г= — =О Рмскс а предел ус~а~ости, соответствукхций Данному цикл1»» Обозначается че1?ез Р»». При Р = сОЙБТ» т. е. кОгда действует постоянная статическая НаГРУЗКЗ» Рмвкс = РКИН = Р И ХЗРЗКТЕРИСТИКа ЦИКЛа »»»»и»» Р г — = — = 1.
?? В самом общем случае предел выносливости, полученный при характеристике цикла г» обозначзк?г Р, преДел Выносливости» по чеиньгй при какОМ-тО Определенном значении г, предположим при = — 0,5, Обозначают соответственно р а,ь. Циклы, имеющие одинаковые характеристики г, называютси Добйбймй. Характеристика цикла„или кОзффицнент асимметриив ОКЕТ МЕНЯТЬСН ОТ вЂ” ОО До +Ой„ Значении козффицнентов асимметрии цикла длн различных аи- 3 циклОВ приведены в табл.
22. Очевпдно, для полного суждении О рактере действии циклическОЙ иагрузки крОме характеристики кла Г должнО быть известно хОти бы максимальнОе или минималь- 3 напряжение цикла. В заклгоченке замети~, что в частных случанх, Ко~да речь будет ги О ИОрмальных или касательных напряжениях (6 первом случае при пнклич6ском рзстйжении — сжатий или изгибе, НО втором— при циклическом кручении) буква р в принятых выше обозначениях должна быть ззменеиз сООтветственно нз О или из т при сохранении соответствующих ййдексов.
Тзк, Например, прй цйклйческом расгяжеиии — сжатии или нзгибе вместО Рцвке~ «Рице„~Р~ и Р~ Должны со ответственно фигурировать а„„а' „, о, и а„тогда предел усталОстй прй хзрзктерйстйке цйклз г будет обозначаться О,„ а, напрймер, при симметричном цикле, т. е. при г = — 1, будет а 1. В слу- ЧЗЕ КруЧЕНИЯ С ЦИКЛИЧЕСКИМ ИЗМЕНЕНИЕМ ИЗПРяжеиий хзРзктеРны6 напряжения цикла будут соответственно Обозначаться через тмжее тмин, Т, т„, 3 ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ вЂ” ЧЕРСЗ Т,„т ~, 'Ф~ И Т. Д. % ~и. диоды ощ вдвлвниа в вдии выносливости. ДИАПьАММЫ УСТАЛОСТИ Чтобы определить предел выносливости того или иного материала, нужно на соответствующей испытательной машине испьггать партию Образцов из дзиного материала в количестве н6 менее 6— 12 шт.
Для этого чаще всего берут гладкие цилиндрические образцы диаметром 7 — 1О мм. Пределы выносливости материала при выбрзинОЙ хзрзктеристи ке цикла г, разумеется будут различными в зависимости От вида деформации, при которой испытывают образцы, т. е, в зависимости ОТ ТОГО, ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НЗПРЯЖ6НИЯХ РЗСТЯЖЕНИЯ СЖЗТИЯ, ПЕРЕ менном кручении, изгибе или в условиях сложного напряженного (х)стояния их испытывают. Поэтому, ставя перед собой ц6ль ИОлуЧЕНИЯ ПРЕД6ЛЗ ВЫНОСЛИВОСТИ, СЛЕДУЕТ ЗЗРЗН66 УКЗЗЗТЬ„ПРИ КЗКОМ виде деформации и характере измеиения напряжений за цикл требуется Определить предел выйослйвостн. В соответствии с поставленными требованиями выбирают необходимую испытательияо машину.
Для нспьпзния материала нз выносливость при переменнОм растяжении — сжатии можнО взять мзшнну, схема которой приведена нз рис. 555. Б лабораторных условиях симметричный цикл осуществить проще Всего. Схема простейшей установки для определения предела ВынослиВОсти при ротационном изГибе В случае симметричного цикла пОказана иа рис. 556. При Вращении Образца 6ГО наруж" ные В~~~~на будут испытывать попеременно то рас~яжение (когда они расположены снизу), то сжатие (при повороте Образца на 180')* САми7 й'тфзйх Число оборотов в минуту наиболее распространенных усталостных машин обычно поридка ЗООО (50 1ц). Поэтому испытание иа усталосгь с целью получени~ предела Выносливости требует продОЛ- жнтельного времени, исчисляемо~о неделнми непрерывноЙ работы машины.
За НОследне6 Вр6- МЯ Во ~~о~~~ ~~у~~~~ ПРИ Р~щ исследовании выносливости материалов и конструктив" ных деталей применякп' более быстроходные маши-, ны — 1ОΠ— ИЮ Гц, а В некоторых случаях и 20 ООО Гц (ультразвуковые частоты). И В последн6м случае для ис Риа. $И пытания требутотся только десятки минут. При испытании партии образцов с цель~о получении ~редела Вы. носливости необхОдимо давать такие нагрузки на Отдельные Образцы, чтобы они разрушались, выдержав различное число циклов нагр ужения Обработка полученных экспериментальных данных обычно сопровождается построением крибОЙ фсийлоопи,которая В литературе частО называетсн крпбОЙ ВеААери (рис. 557). 1фив)чо усталости строят по точкам в координатах числа циклов Ж и наприжеиии р Каждому разрушившемуся образцу на диаграмме соответствует Одна точка О кООрдинатами Ф (чнсло циклов д0 разрушения) и р~~е (напряжение), т. е.
кривая усталости представляет Собой функцию р»»а»»с ~ (Я Порядок установления нагрузок на испытуемые образцы в большинстве случаев принимают ниспадающим, т. е. на первый Образец дают нагрузку» значительно превышающую предел ВынослиВОсти, а нагрузку на последующие образцы постепенно снижают. Разумеется, каждый из менее нагруженных образцов будет выдерживать все большее н большее число циклов. Может быть принят и другой порядок установления нагрузок.
Строя кривую усталости по точкам разрушившихся образцов, легко убедиться, что, например при испытании стали (рис. 557, кривая 1)» при Высоком уроВне напряжений криВая круто падает, а по мере снижения их крутизна уменьшается и кривая асимптотически приближается к некоторой горизонтальной прямой, отсекающей на Оси Ординат Отрезок, величиной которого и Определяется предел выносливости. Ордината точки на кривой, где последняя практически начинает совпадать с указанной асимптотой, соответ"- ствует такому напряжению» при котором Образец не разрушится» пройдя число циклов, соответствующее заранее заданной величине, так называемой базе иащтайия Ж,. Нетрудно понять, что за базу испытаниЯ Фо как раз и принимают то число циклов, при котором правый конец кривой усталости проходит практически параллельно оси абсцисс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
