Механічні властивості, які визначаються при змінних (циклічних) навантаженнях - студопедія
Багато деталей машин (вали, шатуни, зубчасті колеса) відчувають під час роботи повторювані циклічні навантаження. Цикл напруги - сукупність зміни напружень між двома його граничними значеннями smax і smin протягом періоду Т. При експериментальному дослідженні опору втоми матеріалу за основною прийнятий синусоїдальний цикл зміни напруги (рис. 4.13). Він характеризується коефіцієнтом асиметрії циклу R = smin / smax. aмплітудой напруги SА = (smax - smin) / 2, середнім напругою циклу sm = (smax + smin) / 2.
Мал. 4.13. Синусоїдальний цикл зміни напружень
Розрізняють симетричні (R = - 1) і асиметричні (R змінюється в широких межах) цикли. Різні види циклів характеризують різні режими роботи деталей машин.
Процеси поступового накопичення пошкоджень в матеріалі під дією циклічних навантажень, що призводять до зміни його властивостей, утворення тріщин, їх розвитку і руйнування, називають втомою, властивість протистояти втомі - витривалістю (ГОСТ 23207-78).
Руйнування від втоми в порівнянні з руйнуванням від статичного навантаження має ряд особливостей.
1. Воно відбувається при напрузі, менших, ніж при статичному
навантаженні (менше межі текучості або тимчасового опору).
2. Руйнування починається на поверхні (або поблизу від неї) локально, в місцях концентрації напружень (деформації). Локальну концентрацію напружень створюють пошкодження поверхні в результаті циклічного навантаження або надрізи у вигляді слідів обробки, впливу середовища.
3. Руйнування протікає в кілька стадій, які характеризують процеси накопичення пошкоджень в матеріалі, утворення тріщин втоми, поступовий розвиток і злиття деяких з них в одну магістральну тріщину і швидке остаточне руйнування.
4. Руйнування має характерну будову зламу, отража-ющее послідовність процес-сов втоми. Злам складається з вогнища руйнування (місця образо-вання мікротріщин) і двох зон - втома доломіт. Осередок руйнування примикає до поверхні і має невеликі розміри і гладку поверхню. Зону втоми формує послідовний розвиток тріщини втоми. У цій зоні вид-ни характерні борозенки, які мають кон-фігурації кілець, що свідчить про скачка-образному просуванні тріщини втоми. Зо-на втоми розвивається до тих пір, поки у зменшувати робочому перетині напруги зростуть настільки, що викличуть його миттєве-ве руйнування. Цю останню стадію руйнуючої-ності характеризує зона доломіт.
Про здатність матеріалу працювати в усло-віях циклічного навантаження судять по резуль-татам випробувань зразків на втому (ГОСТ 25.502-79). Їх проводять на спеціальних машинах, що створюють в зразках багаторазове навантаження (розтягнення-стиснення, вигин, крутіння). Зразки (не менше 15 шт.) Відчувають послідовно на різних рівнях напруг, визначаючи число ци-Клов до руйнування. Результати випробувань зображують у вигляді кри-вої втоми, яка в логарифмічних координатах: максималь-ве напруга циклу smax (або SА) - число циклів навантаження N - складається з ділянок прямих ліній (рис. 4.14). Горизонтальний навчаючи-стік визначає напругу, яка не викликає усталостного руйнуючої-ня після необмежено великого або заданого (базового Ns) числа циклів.
Мал. 4.14. криві втоми
Ця напруга є фізична межа винослівостіsR (R - коефіцієнт асиметрії циклу), при симетричному циклі - s-1. Похилий навчаючи-стік кривої ус-Талосто характеризує огра-ніченний межа витривало-сти, рівний напрузі Sк. яке може витримати ма-теріал протягом певного числа циклів (NК).
Криві з горизонтальною ділянкою типові для сталей при невисоких температурах випробувань. Криві без горизонтальної ділянки (крива 2 на рис. 4.14) характерні для кольорових металів, а також для всіх матеріалів, які працюють при високих тим-пература або в корозійної середовищі. Та-кі матеріали мають тільки обмежений межа витривалості.
Криві втоми дозволяють визна-лити наступні критерії витривалості:
1) циклічна міцність - фізич-ський або обмежений межа витривало-сти. Вона характеризує несучу спосіб-ність матеріалу, тобто то найбільшу напругу, яке він здатний витримати за певний час роботи;
2) циклічна довговічність - число циклів (або експлуатаційних годин), які витримують матеріал до освіти втомної тріщини певної протяжності або до втомного руйнування при заданому напруги-ванні.
Криві витривалості в області обмеженою довговічності визначають на основі статистичної обробки результатів випробувань. Це пов'язано зі значним розкидом довговічності через її високу чутливість до стану поверхні зразків.
Крім визначення розглянутих вище критеріїв багатоциклової витривалості, для деяких спеціальних випадків застосовують випробу-вання на малоцікловую усталость.Іх проводять при високих напруг-пах (вище s0,2) і малій частоті навантаження (зазвичай не більше 5 Гц). Ці випробування імітують умови роботи конструкцій (наприклад, са-молетних), які сприймають рідкісні, але значні циклічні навантаження. База таких випробувань не перевищує 5 × 10 4 циклів, тому малоцікловую втома матеріалу характеризує ліва верхня гілка кривої втоми (див. Рис. 4.14).
Додаткові кри-терії витривалості. З них найбільш важливе значення має живучість. обумовлена швидкістю зростання тріщини втоми (СРТУ). Жівучестьхарактерізует здатність матеріалу працювати в пошкодженому перебуваючи-ванні після утворення тріщини. При високій живучості можна своєчасно шляхом дефектоскопії виявити тре-щину, замінити деталь і забезпечити безаварійну роботу конструкції.