ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методика проведения усталостных испытаний из "Механические испытания и свойства металлов " Современные методы испытаний на усталость (выносливость) очень разнообразны. Они отличаются характером изменения напряжений во времени, схемой нагружения (изгиб, растяжение — сжатие, кручение), наличием или отсутствием концентраторов напряжений. Как и другие виды, усталостные иопытания проводятся при различных температурах и в разных средах. Основные требования к методике усталостных испытаний обобщены в ГОСТ 2860—65. [c.276] В процессе любого усталостного испытания на образец действуют циклические напряжения, непрерывно изменяющиеся по величине и часто —по знаку. Типичные примеры исполь зуемых циклов напряжений показаны на рис. 129. Цикл напряжений — это совокупность переменных значений напряжений за один период их изменения. Каждый цикл характеризуется несколькими параметрами. За максимальное напряжение цикла 0тах принимают наибольшее по алгебраической величине напряжение. Минимальное напряжение цикла ащш — наименьшее по алгебраической величине напряжение. [c.276] Если Ра=—1, то такой цикл называют симметричным (рис. 129, кривая 1). Если же минимальное и максимальное напряжения цикла не равны по величине, то он называется асимметричным (рис. 129, кривые 2 и 3). Когда напряжения меняются, по величине и знаку, цикл считается знакопеременным (рис. 129, кривые 1 и 2), если только по величине — знакопостоянным (рис. 129, кривая 3). Для испытаний чаще всего используют симметричные знакопеременные циклы с о =—1. [c.277] Наиболее распространенная схема нагружения при усталостных испытаниях — изгиб. Эта схема может реализоваться по-разному. Особенно проста и чаще всего применяется схема чистого изгиба образца при вращении. Нагрузка здесь прилагается в двух точках, что о беспечивает постоянство изгибающего момента на всей рабочей длине образца. [c.277] На рие. 130 показана схема одной из машин подобного типа. Образец 8 вращается электродвигателем 1 через двухступенчатый шкив 2 п шкив 3 программного устройства. Нагрузка на образец подается рычагом 11 с перемещающимся грузом 10 и съемными грузами 14. Рычажная система с грузами подвешена к образцу на тягах 12. Грузовой рычаг устанавливается в рабочее положение маховиком 13. Биение (деформация) образца фиксируется на индикаторах 9. Количество циклов нагружения регистрирует счетчик 4, который соединен со шпинделем 7 через редуктор 5 и гибкий валик 6. Программное устройство позволяет изменять нагрузку в процессе испытания по заданной программе. [c.277] Помимо схемы чистого изгиба, часто применяют круговой изгиб консольно закрепленного образца. Его головка крепится в патроне, а к другому концу прилагается изгибающий момент. Максимального значения изгибающий момент достигает только в одном сечении— вблизи основания консоли, что является недостатком данной схв(Мы нагружения. [c.279] В испытательных машинах, где осуществляется схема консольного изгиба, образец может вращаться или оставаться неподвижным, В первом случае прикладывается изгибающий момент одного направления, а во втором этот момент вращается относительно неподвижного образца. На рис. 131 показан общин вид (машины марки УКИ-10М. Вращающийся во время испытания образец 5 нагружается постоянной изгибающей нагрузкой 8 через тягу 6. Машина снабжена механизмом 7, позволяющим менять нагрузку с шагом 0,05 кгс. Образец зажимается в шпиндельной головке 4, которая вращается двухскоростным электродвигателем, находящимся внутри корпуса 1, через клиноременную передачу 3. Кнопочное управление переключателем скоростей и счетчики числа оборотов образца смонтированы на пульте 2. [c.279] Схема гидропульсационной машины одностороннего действия показана на рис. 132. Нижний захват закреплен в основании машины 10, а верхний связан с подвижной поперечиной 7. Масло нагнетается насосом 9 в рабочий цилиндр 6 машины, в цилиндр 3 пульсатора и к силоизмерительным манометрам 1 и 2. Увеличение давления масла в рабочем цилиндре приводит к подъему его поршня и поперечины 7, что вызывает статическое растяжение образца. Величину статической нагрузки фивоирует силоизмеритель 8. [c.279] Резонансные машины для усталостных испытаний осуществляют циклическое растяжение — сжатие с помощью независимой от образца вибрирующей системы. Она состоит из плоской или цилиндрической рессоры и массы силовоз-буждеиия. [c.281] Контактный ограничитель 4 стабилизирует амплитуду колебаний, управляя скоростью вращения электродвигателя. Динамометр 7 служит для измерения усилий, действующих на образец. [c.281] Один конец вала динамометра крепится в головке 8, а углы закручивания его свободного конца фиксируются индикаторами 6. Количество циклов нагружения измеряется счетчиком 12, который подключается через редуктор 13. После разрущения образца машина автоматически останавливается за счет падения грузика на стержне 5 и замыкания контакта, выключающего электродвигатель 14. [c.282] Усталостные свойства сильно зависят от размеров образца — они значительно выше у образцов с меньшим сечением. Поэтому для получения сравнимых данных следует проводить испытания на одинаковых образцах. [c.284] Результаты усталостных испытаний, как будет показано ниже, очень чувствительны качеству и состоянию поверхностного слоя образцов. Поэтому для получения воспроизводимых результатов здесь особенно необходимо соблюдение идентичности методики изготовления образцов. Качество их поверхности по ГОСТу должно оо-ответствовать 9—10-му классу чистоты. [c.284] Первичным результатом усталостного испытания одного образца является число циклов до разрушения (долговечность) при заданных характеристиках цикла. Конечная же цель испытания с постоянным коэффициентом асимметрии цикла состоит в определении предела выносливости стн — наибольшего значения максимального напряжения цикла, при действии которого не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого или заданного числа циклов нагружения. Если испытания ведут при постоянном среднем напряжении цикла, ад определяется как наибольшее значение амплитуды напряжений цикла, при которых не происходит усталостного разрушения после неограниченного или заданного количества циклов. [c.284] По мере уменьшения максимального напряжения цикла долговечность всех материалов возрастает. При этом у сталей и некоторых цветных сплавов кривая усталости асимптотически приближается к прямой, параллельной оси абсцисс (рис. 137, кривая /). Ордината, соответствующая постоянному значению Ощах, и есть предел выносливости таких материалов — наибольшее напряжение, которое не вызывает разрушения при любом числе циклов N. Наиболее просто определяется Од при использовании логарифмического масштаба (рис. 137,6). Удобно оценивать од и по кривым в координатах Отят —1/Л (рис. 137,в). Здесь величину предела выносливости определяют, экстраполируя кривую в точку ее пересечения с осью ординат, где 1/Ы=0. Этот способ особенно целесообразно использовать для приближенной оценки (Тд по результатам испытания небольшого числа образцов. [c.285] Многие цветные металлы и сплавы не имеют горизонтального участка на кривых усталости (рис. 137, а, б, кривые 2). В этом случае определяют ограниченный предел выносливости — наибольшее напряжение Отах (или (Та), которое материал выдерживает, не разрушаясь в течение определенного числа циклов нагружения. Это число циклов называют базой испытания. Она обычно составляет 10 циклов (когда на кривой усталости имеется горизонтальный участок, испытания продолжают не более чем до 10 циклов). [c.285] Выше уже отмечалось, что для усталостных испытаний характерен значительный разброс экспериментальных результатов, поэтому особенно важна их правильная статистическая обработка. В соответствии с ГОСТ 2860—65 такая обработка должна проводиться для вероятностной оценки усталостной долговечности — числа циклов нагружения, которое выдерживает материал перед разрушением при определенном напряжении. [c.286] Л г — долговечность -того образца. [c.286] Кривые малоцикловой усталости строят различных координатах. Часто используют, например, кривые о/огв — Ы, где а — номинальное циклическое напряжение, вызывающее разрушение через N циклов. Критериями выносливости материала в условиях малоцикловой усталости могут служить ограниченный предел выносливости, усталостная долговечность, величина отношения а/ств, при которой разрушение происходит после заданного числа циклов нагружения. [c.288] Вернуться к основной статье