Змінність напруження в часі можна зобразити кривими в координатах час-напруження (рис. 15.1). Час T, протягом якого напруження повторює своє найбільше або найменше значення, є періодом (рис. 15.1, а). Послідовність значень напруження за один період називається циклом напруження.
Найбільше (в алгебраїчному смислі) нормальненапруження циклу називається максимальним і позначається σmax( або τmax– якщо розглядається зміна дотичного напруження), а найменше — мінімальним σmin (або τmin).
Алгебраїчна півсума максимального і мінімального напруження циклу називається його середнім напруженням
(15.1)
Алгебраїчна піврізниця і називається амплітудою циклу і
(15.2)
Легко помітити, що ці величини пов'язані між собою рівностями
(15.3)
Для характеристики циклу користуються коефіцієнтом асиметрії r
(15.4)
Цикл напружень називається симетричним, якщо . У цьому випадку коефіцієнт асиметрії r = -1. Цикли, для яких r ≠ -1називаються асиметричними. Окремим видом асиметричного циклу є віднульовий (пульсаційний цикл), для якого 0(або = 0). Для віднульового циклу напруження не змінює свого напрямку. Коефіцієнт асиметрії такого циклу r = 0.
На рис. 15.1 графічно показані деякі випадки циклічної зміни напружень. Крива а зображає симетричний цикл, крива δ — довільний асиметричний цикл, крива b — віднульовий цикл.
Опір матеріалів повторно-змінним напруженням досліджується шліхом випробувань на спеціальних випробувальних машинах.
Найбільш поширені випробування на згин з симетричним циклом. Зразок закріплюється в патроні шпінделя машини і обертається з великим числом обертів (3000-6000 об/хв). Кожен оберт відповідає одному циклові напруження. Виготовляється кілька однакових стандартних зразків круглого перерізу з полірованою поверхнею і діаметром 8-10 мм.
Перший зразок навантажується досить великим напруженням σ1, що приводить до руйнування при невеликій кількості циклів N1. Для другого зразка навантаження знижується, тому його руйнування настає при σ2 < σ1 але після більшого числа циклів N2, Поступове зниження напружень проводиться і для наступних зразків. Значення циклів і відповідних руйнівних напружень зображені на рис. 15.2 точками з координатами N, σтах. З'єднавши одержані точки плавною кривою, одержуємо криву витривалості (криву Велера) для симетричних циклів (r = -1). Аналогічно можна одержати криві витривалості і для асиметричних циклів.
Крива витривалості для маловуглецевої і середньовуглецевої сталі має горизонтальну асимптоту (рис. 15.2). Найбільше циклічне напруженняσr(індекс r — коефіцієнт асиметрії циклу), при дії якого зразок не руйнується після дуже великого числа циклів є границею витривалості для цього типу циклів. Для незагартованої сталі досить визначити таке неруйнівне навантаження при числі циклів N0 = 107 , тоді при цьому напруженні не буде руйнування й при довільному числі циклів N >N0. Число називається базою визначення границі витривалості.
Слід зауважити, що границі витривалості залежать від коефіцієнта асиметрії циклів. Найнижчі границі витривалості одержуються для симетричних циклів, причому границя витривалості при згиніσ-1 вища від границі витривалості σ-1р при розтягу-стиску і від границі витривалостіτ-1k при крученні.
Експериментальні дані для сталі дають такий зв'язок між цими величинами: