Феодосьев В.И (823545), страница 61

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

Текст из файла (страница 61)

Поэто­му следует ожидать, что усталостное разрушение определяет­ся только наибольшим и наименьшим напряжениями цикла ине зависит от закона изменения напряжений внутри интерва­ла еттах — <7т}п. Следовательно, циклы, показанные, например,лОРис. 12.9на рис. 12.9, являются равноценными. Точно так же, как по­казывают опыты, несущественным является влияние частотыизменения напряжений. Исключения представляют испытанияпри высоких температурах, а также при воздействии коррози­онной среды. В этих условиях уменьшение частоты приводитк некоторому снижению сопротивления усталости.

В итоге дляоценки усталостного разрушения в условиях заданного цикладостаточно знать только атах и ат^п или ат и аа.476Теперь, в дополнение к уже известным нам механическимхарактеристикам материала, введем некоторые новые, связан­ные со спецификой циклического нагружения. Естественно,что эти характеристики могут быть определены только путемспециально поставленных экспериментов.Наиболее распространенными являются испытания в ус­ловиях симметричного цикла. При этом обычно используютпринцип чистого изгиба вращающегося образца.

На рис. 12.10показана схема машины для испытания образцов при чистомизгибе. Образец 1 зажат во вращающихся цангах 2 и 3. Усилиепередается от груза, подвешенного на серьгах 4 и 5. Счетчик 6фиксирует число оборотов образца. Когда образец ломается,происходит автоматическое отключение двигателя 7 от кон­такта 8.213567Рис.

12.10Для проведения стандартных испытании 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 доста­точно длительным. Поэтому испытания ведут, как правило,одновременно на нескольких машинах.477Примерно половину партии образцов испытывают сна­чала при относительно высоких напряжениях (0,5..

.0,76В).При большем напряжении образец, естественно, выдерживаетменьшее число циклов. Так как с уменьшением напряжениячисло циклов N растет очень быстро, то полученные точкизависимости N = /(о) удобно откладывать в полулогарифми­ческой шкале (рис. 12.11). Спускаясь по оси ординат вниз, т.е.уменьшая от образца к образцу напряжение, мы обнаружива­ем, что какая-то часть образцов, несмотря на длительностьиспытания, не проявляет склонности к разрушению. Зна­чит, при каком-то числе циклов испытание образца необходимопрекратить.----------------------- ----------------------- -----------------------Рис.

12.11Опыт испытания стальных образцов при нормальной тем­пературе показывает, что если образец не разрушился до 107циклов (это примерно 54 ч при 3000 об./мин), то он не разру­шится и при более длительном испытании. Число циклов, докоторого ведут испытание, называется базой испытания. Та­ким образом, для стальных образцов в обычных условиях базаиспытания 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 базу испытаний увеличивают до108 циклов.Точки, соответствующие неразрушившимся образцам, от­кладывают в правой части графика против базового числа иотмечают стрелками (см. рис. 12.11). Оставшимся образцам478испытуемой партии (образцы 7, 8, 9) последовательно задаютнапряжения, лежащие в интервале между минимальным раз­рушающим напряжением и максимальным неразрушающимнапряжением. В результате устанавливают то наибольшеезначение максимального напряжения цикла, при котором обра­зец не разрушается до базы испытания. Это напряжение на­зывается пределом выносливости.Предел выносливости обозначают через етд, где индексR соответствует коэффициенту асимметрии цикла. Так, длясимметричного цикла обозначение предела выносливости при­нимает вид ет-i, для пульсационного - его и т.д.Для расчета деталей, не предназначенных на длительныйсрок службы, а также при некоторых специальных расчетахвводят понятие ограниченного предела выносливостигдепод N понимают заданное число циклов, меньшее базового.Ограниченный предел выносливости легко определить по кри­вой усталостного испытания (см.

рис. 12.11). Для данного ма­териала, например, при N = 105 получаем aiN = 400 МПа.Для испытаний на усталость характерен большой разбросэкспериментально полученных точек, и для достоверного опре­деления предела выносливости требуется испытание большогочисла образцов с последующей статистической обработкой ре­зультатов, что является трудоемкой операцией. Поэтому былсделан ряд попыток связать эмпирическими формулами пределвыносливости с известными механическими характеристика­ми материала.Как правило, для сталей предел выносливости при изгибесоставляет половину от предела прочности:Ст-1 а (0,4.. .0,5)ств.р,причем для углеродистых сталей он ближе к нижней границе,для легированных - к верхней.

Для высокопрочных сталейможно принятьсг-1 « 400 + - ств.р.оДля цветных металлов предел выносливости изменяется в бо­лее широких пределах:о-1 яз (0,25 .. .0,5)ав.р«479Аналогично испытанию на чистый изгиб можно вести ис­пытание на кручение в условиях циклически изменяющихсянапряжении. Для обычных сталей в этом случае7-1 » 0, 6(7-1,для хрупких материалов (высоколегированная сталь, чугун)7-1 И 0, 8(7-1.Композиционные материалы по отношению к циклически из­меняющимся напряжениям естественно обладают той же ани­зотропией, которая проявляется и при обычном нагружении.В тех случаях, когда усталостная трещина развивается по­перек арматуры, композиты, как и следовало ожидать, про­являют высокое сопротивление усталости. Так, например, дляуглепластиков <7-i « 0,8ав.р.

Но изучение усталостной выно­сливости композитов еще впереди.Приведенные выше соотношения и все им подобные следу­ет применять с осмотрительностью, поскольку они полученытолько для определенных материалов и в определенных усло­виях испытания (при изгибе, при кручении). Предел выносли­вости, например, полученный в условиях циклического растя­жения и сжатия, оказывается на 10...

20 % ниже, чем пределвыносливости, полученный при изгибе, а предел выносливо­сти при кручении сплошных образцов отличается от пределавыносливости, полученного для полых образцов.В табл. 12.1 приводятся данные по пределу выносливостидля некоторых материалов.Таблица 12.1. Значение предела выносливостипри изгибе и крученииМатериал^т.р> МПа■р )М П а а-1, МПа Т-1, МПаСталь малоуглеродистая180320 - 420160 - 22080 - 120Сталь 30 незакаленная280480 - 600200 - 270ПО - 140Сталь 45 незакаленная340600 - 750250 - 340150 - 200Сталь ЗОХГСА закаленная15001700700400480Окончание табл, 12.1МатериалЧугун серый^т.р! МПа 0* а.р, МПаМПа т-1, МПа—2101008035 - 176—100 - 19049 — 70—7520 - 25—Алюминиевый сплав АМЦ(термообработанный)Органическое стеклоПримечание.

Имеющийся разброс данных объясняется обычными отступлениями технологических режимов (плавки, прокатки, термо*обработки) от номинальных.Мы рассмотрели испытания при симметричном цикле.Образцы в условиях несимметричных циклов испытываютобычно не на изгиб, а на растяжение - сжатие или на кру­чение специальными машинами - гидропульсаторами. Но неисключено также и применение простейших приспособлений.Так, можно на испытуемом образце установить пружину, со­здающую постоянное растяжение образца с напряжением ат(рис. 12.12). Во время испытания на это напряжение накла­дывается напряжение изгиба, меняющееся по симметричномуциклу.Рис.

12.12Естественно, что введение дополнительного параметра(показателя асимметрии цикла) делает задачу эксперимента­тора более громоздкой, а для испытаний необходимо распо­лагать уже не одним, а несколькими десятками одинаковыхобразцов. Образцы разбивают на группы, для каждой из кото­рых при испытании фиксируют значение среднего напряженияцикла сгт, а предельную амплитуду аа определяют по базовомучислу циклов, подобно тому как это делали для симметричного16 В.

И. Феодосьев481цикла. Кривая усталости (aai lgN) получается схожей с по­казанной на рис. 12.11, но, естественно, с другими числовымизначениями, зависящими от заданного ат.В результате испытания группы образцов мы получаемпредельное значение ад, соответствующее выбранному значе­нию ат. Это дает одну точку на плоскостиаа (рис. 12.13).Проводя испытание следующей группы образцов, мы находимвторую точку. Действуя подобным образом и далее, получа­ем кривую предельных напряжений при асимметричном ци­кле (см.

рис. 12.13). Она называется диаграммой предельныхамплитуд.Смысл ее очевиден. Положим, цикл характеризуется из­вестными значениями ат и аа, которые можно рассматриватькак координаты рабочей точки. Нанося эту точку на диа­грамму (см. рис. 12.13), мы получаем возможность судить опрочности образца. Если рабочая точка располагается нижекривой, то образец способен выдержать неограниченное числоциклов или, во всяком случае, сохранит прочность до базовогочисла. Если же точка расположена выше кривой, то это озна­чает, что разрушение произойдет при каком-то ограниченномчисле циклов.Так как построение диаграммы предельных амплитудявляется достаточно трудоемким, то для целей расчета еецелесообразно схематизировать.

Точка А диаграммы (см.рис. 12.13) отражает результат испытания образцов при сим­метричном цикле. Точка В для хрупких материалов ограни­чивает условия работы образца по пределу прочности. Леваячасть диаграммы с более чем достаточной точностью может482быть аппроксимирована прямой, проходящей через точку А иимеющей угловой коэффициент= tga.

Характеристики

Список файлов книги