|
Многие детали машин и механизмов, а также конструкции сооружений в процессе эксплуатации подвергаются циклически изменяющимся во времени воздействиям. Если уровень напряжений, вызванный этими воздействиями, превышает определенный предел, то в материале формируются необратимые процессы накопления повреждений, которые в конечном итоге приводят к разрушению системы.
Процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием переменных напряжений, приводящих к разрушению, называется усталостью. Свойство материала противостоять усталости называется выносливостью.
Для раскрытия физической природы процесса усталостного разрушения в качестве примера рассмотрим ось вагона, вращающуюся вместе с колесами, испытывающую циклически изменяющиеся напряжения, хотя внешние силы и являются постоянными величинами. Происходит это в результате того, что части вращающейся оси оказываются попеременно то в растянутой, то в сжатой зонах.
Опыт показывает, что при переменных напряжениях после некоторого числа циклов может наступить разрушение детали (усталостное разрушение ), в то время, как при том же неизменном во времени напряжении разрушения не происходит.
Число циклов до момента разрушения зависит от величины а, и меняется в широких пределах. При больших напряжениях для разрушения бывает достаточно 510 циклов, а при меньших напряжениях разрушение может наступить при гораздо большем числе циклов или вообще не наступить.
Следует отметить, что не при всех периодически изменяющихся напряжениях происходит разрушение материала. Для этого напряжения должны превзойти некий предел предел усталости или выносливости. Предел усталости наибольшее значение максимального напряжения подобных циклов max (или min, если max < min), которое не вызывает усталостного разрушения материала при неограниченном количестве циклов нагружения.
Из определения следует, что предел усталости зависит от коэффициента асимметрии цикла и обозначается R , где R коэффициент асимметрии цикла. Экспериментально доказано, что наименьшее значение предел усталости принимает при симметричном цикле.
Для цветных металлов и для закаленных до высокой твердости сталей, так как они разрушаются при любом значении напряжений, вводится понятие условного предела усталости. За условный предел усталости принимается напряжение, при котором образец способен выдержать 108 циклов.
Естественно, что определить экспериментальным путем предел усталости для каждого из возможных значений коэффициента асимметрии цикла R невозможно. На практике поступают следующим образом: для нескольких характерных значений R находят предел усталости R и строят диаграмму усталостной прочности материала), где по оси абсцисс откладываются значения среднего напряжения m , а по оси ординат амплитудного напряжения а , предельных циклов.
|
