З формул (11.1) та (1.2) бачимо, що

,	(11.4)
.	(11.5)

У випадку, якщо , а , то маємо симетричний цикл напружень (рис. 11.2,б). При цьому , , .

Цикл напружень, що показаний на рис. 11.2,в, називають віднульовим (пульсуючим). Для цього випадку

, , , , .

Постійне статичне напруження (рис. 11.2,г) можна розглядати як частковий випадок змінного циклу з характеристиками

, , .

Найбільше напруження, яке матеріал може витримати, не руйнуючись, практично нескінченну кількість циклів напружень, називається границею витривалості. Границю витривалості позначають або , де індекс відповідає коефіцієнту асиметрії циклу ( , при симетричному циклі; , при від нульовому).

Границя витривалості залежить від виду деформації, фізико-механічних властивостей матеріалу, коефіцієнту асиметрії циклу та інших факторів. Її визначають експериментально, найчастіше в умовах симетричного циклу.

3. Як виконати дослідження зразка на втомну міцкість при симетричному циклі. Принципова схема установки.

Рисунок 11.3–Схема установки для визначення : 1 – зразок; 2 – патрон шпінделя; 3 - підшипник

При проведенні випробувань використовують партію однакових зразків. Перший зразок навантажують до значного напруження , де - границя міцності матеріалу зразка. В цьому разі зразок зруйнується за порівняно невелику кількість обертів (циклів) . Навантаження на наступні зразки поступово знижують. Очевидно, що кожен з менш навантажених зразків буде витримувати дедалі більшу кількість циклів до руйнування . Обробивши отримані дані, будують криву втоми (криву Велера). Проведена до кривої втоми (рис. 11.4) горизонтальна асимптота відтинає на осі відрізок, що дорівнює границі витривалості .

Зазвичай, визначення чи проводять при певній базі випробувань (кількості циклів), перевищення якої не призводить до руйнування зразка. Для сталевих зразків вона становить 10⁷ циклів, а для кольорових металів – 10⁸.

На основі великої кількості випробувань вста-новлені наближені залежності між границею витривалості при згині і границями витривалості при розтягу – стиску та крученні : ; .

4 Діаграма Веллера (крива втоми). Як її будують?

При проведенні випробувань використовують партію однакових зразків. Перший зразок навантажують до значного напруження , де - границя міцності матеріалу зразка. В цьому разі зразок зруйнується за порівняно невелику кількість обертів (циклів) . Навантаження на наступні зразки поступово знижують. Очевидно, що кожен з менш навантажених зразків буде витримувати дедалі більшу кількість циклів до руйнування . Обробивши отримані дані, будують криву втоми (криву Велера). Проведена до кривої втоми (рис. 11.4) горизонтальна асимптота відтинає на осі відрізок, що дорівнює границі витривалості .

Зазвичай, визначення чи проводять при певній базі випробувань (кількості циклів), перевищення якої не призводить до руйнування зразка. Для сталевих зразків вона становить 10⁷ циклів, а для кольорових металів – 10⁸.

На основі великої кількості випробувань вста-новлені наближені залежності між границею витривалості при згині і границями витривалості при розтягу – стиску та крученні : ; .

5. Основні конструктивно-технологічні та експлуатаційні фактори що впливають на втомну міцкість. Як враховують цей вплив при розрахунках ?

З дослідів відомо, що на втомну міцність істотно впливають: концентрація напружень, розміри та стан поверхні деталі.

Концентрація напружень – явище місцевого збільшення напружень поблизу зон різкої зміни розмірів деталі, отворів, виточок, надрізів і т.п. Крім форми деталі на опір втомі впливають властивості матеріалу або, як кажуть, його чутливість до концентрації напружень. Вплив концентрації напружень на втомну міцність враховують з допомогою ефективного дійсного коефіцієнта концентрації напружень, який визначають експериментально

,

(11.6)

де - границя витривалості лабораторного зразка без концентратора; - границя витривалості зразка з концентратором.

При відсутності дослідних даних можна скористатися теоретичним коефіцієнтом концентрації

,

(11.7)

де - напруження, що визначене методами теорії пружності, а - методами опору матеріалів (тобто без врахування концентратора).

Ефективний коефіцієнт концентрації майже завжди менший теоретичного . Зниження ефекту концентрації за рахунок реальних властивостей матеріалу оцінюється коефіцієнтом чутливості :

.

(11.8)

Чим вища границя міцності металу, тим більший (для вуглецевих сталей ;для високоміцних q ; для чавуну ; тобто для крупнозернистих матеріалів менший, ніж для дрібнозернистих). Знаючи величину , можна встановити співвідношення між і :

.

(11.9)

Розміри зразка (масштабний фактор). Границя витривалості зменшується із збільшенням розмірів зразка. Це пояснюється тим, що при більших розмірах збільшується ймовірність появи різних внутрішніх дефектів. Крім того, при обробці деталі поверхневий шар зміцнюється і це зміцнення відносно більше для зразка менших розмірів.

Масштабний коефіцієнт це відношення границі витривалості, що визначена при випробуванні геометрично подібних зразків великих розмірів, до границі витривалості еталонного зразка

, або .

(11.10)

Стан поверхні. Втомні тріщини, зазвичай, починаються з поверхні. Очевидно, що груба обробка поверхні елементу конструкції призводить до поверхневих дефектів (надрізи, подряпини, риски тощо), що зменшує границю витривалості. Вплив стану поверхні на втомну міцність оцінюється коефіцієнтом якості поверхні

або ,

(11.11)

де , - границі витривалості зразка з певною обробкою поверхні; , - границі витривалості зразка із полірованою поверхнею.

Щоб частково усунути шкідливий вплив розглянутих вище факторів, а також деяких інших (температура, агресивність середовища тощо), слід вживати технологічні, конструктивні та експлуатаційні заходи щодо підвищення опору втомі. До технологічних відносять старанну механічну обробку (шліфування чи полірування поверхонь), азотування, цементацію, поверхневе загартування, наклеп дробом, обкатку роликами. До конструктивних – надання виробам форм, які б знижували концентрацію напружень (проектування галтелей, заокруглень, розвантажувальних канавок). До експлуатаційних – мащення поверхонь, що труться, захист від пошкоджень та корозії, періодична профілактика та неруйнівний контроль за наявністю втомних тріщин із заміною пошкоджених деталей.

6. Коефіцієнт запасу втомної міцності при симетричному та несиметричному циклах.

Коефіцієнт запасу міцності дорівнює відношенню границі витривалості, визначеної для деталі , до номінального значення максимального напруження, що виникає в небезпечній точці деталі. Номінальним є значення напруження, що визначене методами опору матеріалів (без врахування концентрації і т.п.).

Найпростіше визначити у випадку симетричного циклу, оскілки границі витривалості матеріалу при таких циклах відомі:

- при згині ;	(11.13)
- при крученні .	(11.14)

При асиметричному циклі ситуація ускладнюється, тут граничний стан характеризується двома величинами: середнім напруженням і відповідною граничною амплітудою. Для визначення коефіцієнтів запасу використовують діаграму граничних напружень (діаграму Хея). Її будують в координатах (рис. 11.5). Всередині області, що обмежена координатними осями , і кривою граничних напружень не відбувається руйнування при необмеженій кількості циклів навантаження.

7. Розрахунок на втомну міцність при згинанні із скрученням. Формула Гаффа – Поларда.

Для найбільш часто зустрічається на практиці розрахунку при двохосьовому напруженому стані, загальноприйнятою в даний час є емпірична формула Гафа і Полларда

де n - шуканий запас втомної міцності; - запас втомної міцності у припущенні, що дотичні напруження відсутні; - запас по дотичним напруженням, встановлений у припущенні, що

Наведена формула застосовна не тільки у разі синфазного зміни і, а й при таких циклах, коли максимуми і досягаються не одночасно.

При дії згину із крученням користуються загальноприйнятою на даний час емпіричною залежністю Гафа-Поларда

.

(11.20)

Поиск по сайту: