Прочность при циклически изменяющихся напряжениях

15.1. Определение предела выносливости.

Большинство конструкций и машин работает в условиях нестационарного нагружения. При этом элементы конструкций и детали машин испытывают действие внешних нагрузок, переменных, циклически изменяющихся во времени по определенному закону (вращающиеся валы и оси, зубья шестерен и колес, клапаны и пружины, поршни, подшипники качения и скольжения и многие другие). Разрушение деталей наступает от переменных напряжений, которые значительно меньше предела текучести и предела прочности. Экспериментально установлено, что разрушение материала зависит от напряжений циклически изменяющихся во времени, вида цикла, числа циклов нагружения и особенностей конструкции детали, приводящих к концентрации напряжений.

Концентраторами напряжений могут быть резьба, шпоночные и шлицевые канавки, сверления и отверстия, забоины, очаги коррозии и т.д. Вблизи концентратора напряжений последние резко увеличиваются и, когда достигают значений пределов текучести или прочности, возникают условия для появления первичной трещины. Трещина, распространяясь в глубь материала, ослабляет сечение детали, и когда оно уменьшается до критической величины, происходит разрушение (излом, разрыв). Разрушение происходит мгновенно без видимых признаков пластических деформаций. Такой вид разрушения материала называется усталостным разрушением. Способность материала противостоять усталостному разрушению называется выносливостью.

Циклическое изменение напряжений характерно для всех видов деформаций: растяжение-сжатие, сдвиг (срез), изгиб, кручение и т.д. Следовательно, циклически изменяются как нормальные, так и касательные напряжения.

Прочность материала при циклическом нагружении характеризует предел выносливости. Пределом выносливости называется максимальное напряжение цикла при заданных его параметрах, при котором материал выдерживает практически неограниченное число циклов нагружения.

Пределы выносливости для различных материалов определяют экспериментально или оцениваются по эмпирическим формулам, приведенным ниже.

Циклы напряжений и их параметры

Циклом напряжений называется совокупность последовательных значений напряжений за один период их изменений. Продолжительность одного цикла называется его периодом (Т).

Как правило, циклы изменяются по синусоидальному закону (рис. 19-21).

а)

Рис.19 Асимметричный цикл

б)

Рис. 20 Симметричный цикл

R_σ =-1

σ _a = M_z ∙× d sin ω t

J_z 2

в)

R_σ =0

P uc.21 Пульсационный отнулевой цикл

Различают три вида циклов: асимметричный, симметричный и пульсационный (отнулевой).

Параметры циклов (напряжение максимальное, минимальное, среднее, амплитуда и коэффициент асимметрии цикла) даны в табл. 8.

Таблица 8.

Цикл Параметры цикла	Асимметричный	Симметричный	Пульсационный
Цикл Параметры цикла	Асимметричный	Симметричный
Максимальное напряжение	s_max	s_max	s_max	0
Минимальное напряжение	s_min	s_min=-s_max	0	s_min
Коэффициент асимметрии	R_s=s_min/s_max	R_s=-1	R_s=0	R_s=-¥
Амплитуда цикла	s_а=(s_max-s_min)/2	s_a=s_max	s_a=s_max/2	s_a=ês_min ê/2
Среднее напряжение цикла	s_m=(s_max+s_min)/2	s_m=0	s_m=s_max/2	s_m=s_min/2

При циклически изменяющихся касательных напряжениях в формулы табл.8 подставляются соответствующие значения:

t_max, t_min, t_a, t_m, R=t_min /t_max

Экспериментально установлено, что закон изменения напряжений внутри циклов (рис. 2) не оказывает существенного влияния на сопротивление усталости. Выносливость материала зависит от значений параметров:

s_max (t_max), s_min (t_min), Rs (Rt ) и N_ц

Циклы, имеющие одинаковое значение коэффициента асимметрии Rs (Rt), называют подобными.

Рис. 22

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 220; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!