Феодосьев В.И. Сопротивление материалов 1986 г. (1240839), страница 60

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 60)

Число циклов до момента разрушения зависит от величины оа и меняется в весьма широких пределах. Рис. 400 При больших напряжениях для разрушения бывает достаточно б — )О циклов. Это хорошо видно хотя бы на примере многократного изгиба куска проволоки (рис.

400). Прн меньших напряжениях деталь выдерживает миллионы и миллиарды циклов, а при еще меньших — способна работать неограниченно долго. После разрушения на поверхности излома детали обнаруживаются обычно две ярко выраженные зоны (рис. 40! и 402). В одной зоне кристаллы различаются невооружен- $75. ПОНЯТИЕ ОБ УСТАЛОСТИ МАТЕРИАЛОВ звз ным глазом с большем трудом, Микроповерхность излома сглажена. В другой зоне явно выступают признаки свежего хрупкого разрушения. Кристаллы имеют острую огранку и блестящу!о чистую поверхность. Рис.

40! В целом создается первое впечатление, что подобного рода разрушение связано с изменением кристаллической структуры металла. Именно этим и объяснялось в свое время разрушение при циклических напряжениях. В настоя!цее время установлено, что структура металла при циклических нагрузках не меняется. Разрушению предшествует многократно сменяющаяся прямая и обратная пластическая деформация в наиболее слабых плоскостях наименее удачно расположенных кристаллов. Это приводит к тому, что кристаллическое верно, сохраняя в основном свою форму и связь с соседними зернами, постепенно разделястся на части полуразрушенными разрыхленными про- за4 гл. !!. пРОчнОсть пРи циклических ИАпРя!кениях слойками, имеющими определенную кристаллографическую ориентацию. Обычная техника микрофотографирования позволяет наблюдать этот процесс в развитии. На фото (рис.

403) показан один и тот же участок шлифа на разных Рис. 402 стадиях испытания образца (а, б, в). Хорошо видно не только постепенное увеличение числа полос скольжения, но и их объединение в сквозные линии, пересекающие группу зерен. Подобно тому как отдельные капли дождя на стекле превращаются в струйки, так и на рис. 403, в отдельные полосы в верхней и нижней частях фотографии образуют нечто, напоминающее сквозные микротрещины.

И такие трещины в дальнейшем действительно образуются. Затем одна из трещин становится главенствующей, достигает размеров, соизмеримых с размерами детали, и возникает та самая часть поверхности будущего излома, где сквозное проникновение трещины через кристаллы создает впечатление мелкозернистой структуры. В результате развития трещины сечение ослабляется. На последнем этапе происходит внезапное разрушение. Излом имеет характерную поверхность с неповрежденными чистыми кристаллами. Из фотографии (рис.

401) видно, что разрушение вала произошло в результате развития трещины, образовавшейся у края сечения. Разрушение рельса (рис. 402) обуслов- й ГК ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НИКЛА 333 лено развитием трещины, образовавшейся внутри сечения в зоне местного порока. По характеру излома можно судить о направлении развития трещины. Обычно хорошо видны линии торможения («отдыха») трещины, связанные как с изменением режима работы детали, так и с особенностями структуры материала в сечении. Рнс. 403 В настоящее время, однако, физические основы теории твердого тела не находятся еще на такой стадии развития, чтобы на их базе можно было бы создать методы расчета на выносливость. Поэтому приходится, сохраняя все предпосылки механики сплошной среды, идти по пути накопления экспериментальных фактов, из совокупности которых можно было бы выбрать подходящие правила как руководство для расчета.

Объединение и систематика экспериментальных данных и представляют собой в настоящее время содержание теории сопротивления усталости. $76. Основные характеристики цикла и предел выносливости Рассмотрим вначале случай одноосного напряженного состояния. Закон изменения главного напряжения о во времени представлен кривой, показанной на рнс.'404. Наибольшее и наименьшее напряжения цикла обозначим через о ,„ и о м. Их отношение называется коэффициентом асимметрии цикла; С~п!п — — = 7Еп. спи п 13 В, И. Фепдпеьеп Зев гл. и. пвочность пои циклических нхпгяжвниях В случае, когда о,„= — о ы, )с,= — 1, и цикл называется симметричным.

С таким циклом, в частности, мы уже познакомились, рассматривая пример вращающейся оси вагона. Если о ,„=0 или же о ,„=О, цикл называется иульсационным (рис. 405). Для пульсационного цикла )4,=0 или Ас= — оо. Циклы, имеющие одинаковые показатели К„ называются подобными. Рис, 404 оп еппп Пупеептеенме иийпм уимме~праннй ииеп Ряс. 405 Любой цикл может быть представлен как результат наложения постоянного напряжения о„на напряжение, меняющееся по симметричному циклу с амплитудой о, (рис. 404).

Очевидно, при этом ошзх+о~п!с оввх осос (11.2) 3 ~ с 3 Процесс образования трещины при переменных напряжениях связан с накоплением пластических деформаций. Поэтому следует ожидать, что усталостное разрушение определяется только наибольшим и наименьшим напряжениями цикла н не зависит от закона изменения напряжений внутри интервала о ,„ — о,„. Следовательно, циклы, показанные, например, на рис. 406, являются равноценными.

Точно так же, как показывают опыты, несущественным является влияние частоты изменения напряжений. Исключе- $7а Основные хАРАктеРистики циклА 667 ния представляют испытания при высоких температурах, а также при воздействии коррозионной среды. В этих условиях уменьшение частоты приводит к некоторому снижению сопротивления усталости. В итоге для оценки усталостного разрушения в условиях заданного цикла достаточно знать только величины о„,„и о;„илн а и о,. Клл '7 Рис. 406 Теперь, в дополнение к уже известным иам механическим характеристикам материала, введем некоторые новые, связанные со спецификой циклического нагружения.

Естественно, что эти характеристики могут быть определены только путем специально поставленных экспериментов. г 6' 7 Рис. 407 Наиболее распространенными являются испытания в условиях симметричного цикла. При этом обычно использ ~ется принцип чистого изгиба вращающегося образца. а рис.

407 показана схема машины для испытания образцов при чистом изгибе. Образец 1 зажат во вращающихся цангах 2 и 8. Усилие передается от груза, подвешенного на ввв гл н. и~очность пРи циклических нАпРяжениях серьгах 4 и 5. Счетчик 6 фиксирует число оборотов образца. Когда образец ломается, происходит автоматическое отключение двигателя 7 от контакта 8.

Для проведения стандартных испытаний на усталость необходимо иметь не менее десятка одинаковых образцов с тем, чтобы можно было определить число циклов, которое выдержит образец до разрушения, в зависимости от заданного напряжения. Техника определения этой зависимости не содержит принципиальных трудностей, но сам процесс оказывается ГР7 Л Рис. 40В достаточно длительным. Поэтому испытание ведется, как правило, одновременно на нескольких машинах. Примерно половина партии образцов испытывается сначала при относительно высоких напряжениях, имеющих уровень 0,7 — 0,5 от предела прочности.

При большем напряжении образец, естественно, выдерживает меньшее число циклов. Так как с уменьшением напряжения число циклов Ф растет очень быстро, то полученные точки зависимости У=7(п) удобно откладывать в полулогарифмической шкале (рис. 408). Спускаясь по оси ординат вниз, т. е. уменьшая от образца к образцу напряжение, мы обнаруживаем, что какая-то часть образцов, несмотря на длительность испытания, не проявляет склонности к разрушению.

Значит, при каком-то числе циклов испытание образца необходимо прекратить. Опыт испытания стальных образцов при нормальной температуре показывает, что если образец ие разрушился до 10' циклов — это примерно 54 часа при 3000 оборотов з м. основные хлнхктвгистики цикла 389 в минуту,— то образец не разрушается и при более длительном испытании. Число циклов, до которого ведется испытание, называется базой испытания. Таким образом, для стальных образцов в обычных условиях база испытания равна десяти миллионам циклов.

Для цветных металлов и для закаленных до высокой твердости сталей не удается установить такое число циклов, выдержав которое, образец не разрушился бы в дальнейшем. Поэтому в подобных случаях база испытаний увеличивается до 10' циклов. Точки, соответствующие неразрушившимся образцам, откладываются в правой части графика против базового числа и отмечаются стрелками (рис. 408). Оставшимся образцам испытуемой партии (образцы 7, 8, 9) последовательно задается напряжение, лежащее в интервале между минимальным разрушающим напряжением и максимальным перазрушающим, В результате устанавливается пю наибольшее значение максимального напряжения цикла, при котором образец не разрушается до базы испытания.

Это напряжение называется пределом выносливости. Предел выносливости обозначается через ар, где индекс )х соответствует коэффициенту асимметрии цикла. Так, для симметричного цикла обозначение предела выносливости принимает вид о „для пульсационного — а, и т. д. Для расчета деталей, не предназначенных на длительный срок службы, а также при некоторых специальных расчетах вводится понятие ограниченного предела выносливости о „и, где под У понимается заданное число циклов, меньшее базового числа, Ограниченный предел выносливости легко определяется по кривой усталостного испытания (рис. 408).

Для данного материала, например, при У=!0' получаем о, =400 МПа. Для испытаний на усталость характерен большой разброс экспериментально полученных точек, и для достоверного определения предела выносливости требуется испытание большого числа образцов с последующей статистической обработкой результатов, что является трудоемкой операцией. Поэтому был сделан ряд попыток связать эмпирическими формулами предел выносливости с известными механическими характеристиками материала.

Характеристики

Список файлов домашнего задания