Файл: Куликов, С. Я. Сопротивление материалов учеб. пособие.pdf

Симметричный цичл

Асимметричные циилы

Таблица I.13

Наименование циклов

Симметричный цикл

Отале

Асимметричные циклы Знакопеременный цикл растяжения

Знакопеременный цикл сжатия

Знакопостоянный цикл растяжения

Знакопостоянный цикл сжатия

Знакопостоянные пульсирующие циклы:

а) растяжения

б) сжатия

534

Следует отметить, что подобные формулы и методы расчета для нормальны;, напряжений справедливы также и для касательных напряжений.

Подобными циклами называются такие циклы напряже­ ний, у которых коэффициенты асимметрии или характерис­ тики имеют одинаковые значения.

Рассмотрим основные параметры цикла напряжений

г или^ ) .

Каждый цикл напряжений обусловливается наличием двух параметров, остальные параметры находятся из вышепри­ веденных формул.

Опытными данными выявлено, что разрушение материа­

ла под действием переменных напряжений происходит при

и

значениях 6mi'i » значительно меньших, чем предельные значения напряжений, которые допустимы при разовом статическом нагружении. Это происходит вслед­ ствие наличия неоднородности структуры материала (при­ сутствие в нем микротрещин и зерен), что создает его пониженную прочность.

Установлено, что действие пере-енных многократно повторяющихся нагружении вблизи точек с пониженной пр ностью в материале появляются микротрещины. Когда рабо чая площадь сечения уменьшается, вследствие роста тре щин, наступает такой момент при котором материал начи нает разрушаться. Это явление называется усталостью. Однако, это понятие устарело, так как не выражает ф ческого существа этого явления и поэтому в дальнейше заменим его другим термином - выносливостью.

Процесс разрушения металла (пластичного или хруп­ кого) вследствие усталости происходит внезапно.

Исследование способности материалов сопротивляться усталостному разрушению обычно начинают при симметрич­ ных циклах как простых по их реализации и наиболее

535

опасных с точки зрения циклической прочности.

§ 2.13. Испытания материала на выносливость

Как было отмечено, важнейшим показателем выносли­ вости является предел выносливости. Эта величина опре­ деляется опытным путем на специальных машинах. На рис.

стандартных об­ разцов из ме­ талла одной плав­ ки в количестве 6-10 штук. Ме­ тодика проведе­ ния этих испы­ таний заключает­

ся в следующем:

Первый образец закладывается в шпиндель машины. При каждом обороте материал образца в наиболее напряже ных местах испытывает симметричный цикл напряжений от наибольшего сжатия до наибольшего растяжения и обратно С помощью специального счетчика определяется число цик­ лов, прошедших образцом. Обычно первый образец нагружа­ ется таким образом, чтобы в образце возникали наиболь­ шие нормальные напряжения 6^= 0,6-6{ материала.

Эти испытания производят до тех пор, пока не произойд излом образца. Этот момент фиксируется указанным счет­ чиком машины, показывающим число циклов /У , необходи­ мое для разрушения образца. Затем закладывается второй

536

образец и нагружается так, что напряжения возникают б£ б/ I третий - при напряжении 6^ ^ 6 £

и т.д. Полученные данные испытаний дают возможность построить зависимость в виде так называемой кривой в носливости или кривой Велера (рис.6.13). Анализ этой

кривой указывает,

i ({эта*} что длительность ис­ пытаний образца на выносливость тем больше, чем меньше максимальное напря­ жение симметричного цикла. Постепенное снижение величины

чить такое значение напряжения, при котором не проис

т

дит разрушения образца. Значение эого напряжения на вают пределом выносливости. Условно предел выносливост обозначают через 6*2. i где £ - коэффициент асимметрии цикла. Для симметричного цикла £ = - I , поэтому преде выносливости при симметричном цикле соответственно бу­ дет иметь обозначение: в1/ •

Учитывая» что ординаты в ^ о > кривой выносливости для стали после значительного числа циклов практическ не меняется, поэтому число циклов при испытании на носливость (когда образец не разрушается) ограничивают некоторым пределом, который называется базовым. Практи чески считают испытания законченными, когда стальной образец не разрушается при числе циклов равной / V =

10'

При испытании на выносливость образцов, изготов-

537

ленных из цветных металлов и сплавов, установлено, что материал выдерживает большое число циклов при меньших значениях напряжений. Поэтому для этих мате­ риалов принят условный предел выносливости, который

равен напряжению при котором образец выдерживает

8

//= Ю циклов.

Иногда, когда срок эксплуатации детали, в которой

возникают переменные напряжения, может быть ограничен вследствие того, что наибольшие напряжения достигают предела выносливости. Но эти значения напряжений не должны превышать величины ограниченного предела вынос­ ливости. Ограниченным преде-лом выносливости называется наибольшее напряжение, при котором деталь выдерживает без разрушения число циклов, меньше базового .,икла.

В том случае, когда переменное напряжение, возни­ кающее в опасной точке, достигнет значения выше пред ла выносливости, то материал элемента конструкции бу­ дет работать в зоне ограниченной выносливости. При этом принято говорить не о выносливости, а о долгов ности элемента конструкции.

Под долговечностью имеют в виду число циклов, к торые выдерживает элемент конструкции при напряжениях больших, чем предел выносливости.

Установлено, что предел выносливости 6С/ для сталей при растяжении, сжатии связан определенным соо ношением с величиной предела выносливости 6L, при с метричном цикле изгиба, а предел выносливости 21, при симметричном цикле кручения составляет некоторую вели­ чину от предела выносливости при симметричном цикле изгиба.

Таким образом, можно для сталей записать следую­

538