Файл: Кравченко, Петр Ефимович. Усталостная прочность учебное пособие.pdf

необратимые сдвиги, обусловливающие зарождение усталостной микротрещины, должны появиться лишь при напряжениях, больших предела упругости. Однако опыт показывает, что для большинства металлов предел выносливости ниже предела упругости. Почему же линии сдвигов, являющиеся первопричиной усталостной микротре­ щины, появляются и при напряжениях, меньших предела упруго­

сти?

Ответ на этот вопрос следует искать в неоднородности мелко­

кристаллического металла. Состоя из множества кристаллических,

уничтожены при сжатии. Однако при сжатии могут возникнуть но­

вые сдвиги, уничтожаемые при растяжении, и т. д.

Сначала эти сдвиги могут быть не видны в микроскоп но по мере их повторения они постепенно обнаруживаются потому что сопровождаются разрушением, своего рода перемалыванием кри­ сталлов по трущимся друг о друга поверхностям.

Можно думать, что кристалл разбивается на множество мелких обломков и осколков, которые частично поворачиваются и смеща­ ются, ослабляя тем самым прочность кристалла.

По мере увеличения числа нагружений этот беспорядок в строе­ нии кристаллов все увеличивается и, наконец, приводит их в такое состояние, когда они перестают выдерживать существующие напря­ жения. Только в этот момент начинается образование трещины, а всякая трещина, как только она образовалась, внедряется в массу металла.

Следует, однако, помнить, что разрушению, перемалыванию

кристаллов подвержена отнюдь не вся масса металла. Первые ли­ нии сдвигов действительно появляются в разных местах и по всей

поверхности образца, но дальнейшее развитие их вскоре останав­

прерывно множатся, растут и, наконец, сливаются в микротрещину.

Следовательно, «уставание» металла связано с по-

втооением пластической деформации лишь в отдельных слабых зернах и с исчерпанием прочности лишь в этих

зернах.

37

Чем меньше таких зерен, чем однороднее металл, тем меньше вероятность зарождения микротрещины и тем больше выносливость металла.

Очевидно также, что разрыхление и перемалывание

положения теории вероят­

ности, исходя из которых наиболее правдоподобно объ­ ясняются влияние масштабного фактора на выносли­ вость (§ 10, пункт «б») и другие закономерности явле­ ния усталости.

Так, теория Афанасьева хорошо объясняет тот обще­ известный факт, что с ростом среднего растягивающего

напряжения цикла предельная амплитуда напряжений, выдерживаемых металлом, понижается, а при увеличе­ нии средних сжимающих напряжений, наоборот, — по­ вышается.

Это различие находит свое объяснение в неодинако­ вом распределении напряжений по зернам металла при растяжении и при сжатии. При растяжении металла на­ ходящиеся в нем поры и неметаллические включения на­ грузки на зерна не передают. Более того, раскрываясь при нагружении, они создают концентрацию напряже­ ний.

При сжатии все надрезы, закрываются и посредством

контакта по их поверхности передают действующую на­ грузку. Поэтому при сжатии зерна металла окажутся

38

Глава III

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ

ПРИ СИММЕТРИЧНЫХ ЦИКЛАХ

Выносливость гладкого образца, имеющего диаметр порядка 10 мм и испытанного в обычных лабораторных условиях, нельзя отождествлять с выносливостью де­ тали, заданных конфигурации и размеров и работаю­

щей в реальных условиях нагружения.

Недопустимость такого отождествления обусловлена тем, что выносливость является функцией ряда факто­

ров, сказывающихся на ее величине и обычно не учи­

расчетах деталей на выносливость, и 2) группу факто­ ров, влияние которых на выносливость достаточно ве­ лико и поэтому должно отражаться в расчетах.

§ 9. ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ, НЕ УЧИТЫВАЕМЫХ В РАСЧЕТАХ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ

К числу факторов, обычно не учитываемых в расче­ тах на выносливость, можно отнести следующие: форму кривой изменения напряжений и частоту изменения на­ пряжений, объемный наклеп и перенапряжения, паузы при испытаниях, температуру испытаний и направление волокон детали.

а) Зависимость величины предела выносливости от формы кривой и частоты изменения напряжений

Закон изменения переменного напряжения во време­

ни может быть весьма разнообразным. В большинстве случаев при исследованиях на выносливость прини­ мается синусоидальный закон изменения напряжений,

40

Результаты испытаний, полученные при нагружениях по синусоидальному закону, без корректировки полно­ стью распространяются на другие формы кривой, хотя

достаточных опытных данных, подтверждающих воз­

можность такого переноса, нет. Немногочисленные ис­ следования по этому вопросу показывают,- что форма кривой изменения напряжений мало влияет на величину предела выносливости. Поэтому можно считать, что ве­ личина предела выносливости для данного материала зависит только от величины и знака напряжений ®тахи omin. Исходя из этого, можно, например, считать, что случаи изменения напряжений, приведенные на рис. 21,

к незначительному повышению предела . выносливости гладких образцов. Поведение надрезанных образцов

при изменении частоты нагружений еще недостаточно изучено. Имеются лишь указания на то, что при значи­ тельной концентрации напряжений и воздействий кор­ розионной среды предел выносливости с уменьшением частоты нагружений понижается.

41