Теоретический материал. Что такое усталость и выносливость материала?

Что такое усталость и выносливость материала?

Усталостью называется процесс постепенного накопления повреждений в материале элемента конструкции при воздействии повторно-переменных нагрузок, приводящий к возникновению усталостных трещин и разрушению.

Выносливость – это способность материала сопротивляться усталостному разрушению.

Какие существуют характеристики циклов переменных напряжений и как они определяются?

Цикл напряжений принято изображать в виде синусоиды.

К основным характеристикам цикла переменного напряжения относятся:

1. Максимальное s_max и минимальное s_min напряжение цикла.

2. Среднее напряжение цикла .

3. Амплитудное напряжение цикла .

4. Коэффициент асимметрии . Если s_min = –s_max, то R_s = –1, и цикл называется симметричным.

Что такое предел выносливости?

Предел выносливости – это наибольшее значение напряжения, при котором образцы не разрушаются при любом, сколь угодно большом числе циклов нагружения; входит в число механических характеристик материала.

В большинстве случаев предел выносливости определяется при воздействии симметричного цикла напряжения и обозначается s_–1.

В чем заключается особенность оценки усталостной прочности?

Оценка усталостной прочности заключается в определении коэффициента запаса усталостной прочности и последующем его сравнении с нормативным значением :

.

Что такое диаграмма предельных амплитуд и ее назначение.

Диаграмма предельных амплитуд – это график, построенный в координатах s_a – s_m на основанииэкспериментальных данных, полученных при разных значениях коэффициента асимметрии путем проведения усталостных испытаний. Таким образом, для каждого значения среднего напряжения, величина амплитудного напряжения на графике является предельной, т.к. σ_m+s_a=s_R, где s_R – предел выносливости для данного цикла с коэффициентом асимметрии R_s.

И зачем нам эта диаграмма ?

Эта диаграмма служит для определения допускаемой области значений режимов нагружения детали из данной марки материала (область под кривой предельных амплитуд АВ) и определения коэффициента запаса усталостной прочности .

Что такое коэффициент запаса усталостной прочности и как он определяется по нормальным и касательным напряжениям и при их совместном действии?

Коэффициент запаса усталостной прочности определяется из диаграммы предельных амплитуд, как отношение отрезков OD к OC, где точка С – рабочая точка цикла – наносится на основании характеристик рабочего цикла детали s_a и s_m. Коэффициенты запаса усталостной прочности при изгибе (по нормальным напряжениям ) и при кручении (по касательным напряжениям ) с учетом факторов, влияющих на предел выносливости детали, таких как:

1) наличие конструктивных концентраторов напряжений в виде галтелей, шпоночных канавок, отверстий, проточек и т.д.;

2) качество обработки поверхности детали;

3) размер детали (масштабный фактор, учитывающий различие в размерах образца и детали),

определяются по следующим формулам, соответственно:

и , где

и – пределы выносливости по нормальным и касательным напряжениям (справочные величины для данной марки материала);

и – коэффициенты, учитывающие концентрацию напряжений, соответственно, по нормальным и касательным напряжениям, зависят от типа концентратора, его размеров и марки материала (справочные данные);

– коэффициент, учитывающий качество обработки поверхности детали (справочная величина);

и – коэффициенты, учитывающие масштабный фактор соответственно по нормальным и касательным напряжениям (справочные данные);

и – коэффициенты, учитывающие чувствительность материала к асимметрии цикла нагружения, соответственно, по нормальным и касательным напряжениям (справочные данные).

Если исследуемая деталь испытывает совместное действие изгиба и кручения, то коэффициент запаса усталостной прочности определяется по формуле Гафа-Полларда, куда входят коэффициенты запаса, определенные отдельно по касательным и нормальным напряжениям: