ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные понятия о влиянии переменных напряжений на прочность материала из "Сопротивление материалов " Давно известно, что части машин, подвергающиеся усилиям, переменным по величине и повторяющимся большое число раз, иногда ломаются внезапно, без наличия заметных остаточных деформаций, при напряжениях, которым они сопротивляются при статических нагрузках вполне надежно. Внимание инженеров прежде всего привлекло именно то обстоятельство, что элементы машины, изготовленные из материалов, обладающих при обычных испытаниях прекрасными пластическими свойствами—достаточным удлинением, сужением, ударной вязкостью, разрушаются без всяких видимых остаточных деформаций, как будто бы они были выполнены из хрупкого материала. [c.534] В ту эпоху, когда инженеры стали изучать подобные случаи разрушения (первая половина XIX, века), не было ясного представления о строении металлов пластичные металлы считали обладающими волокнистой структурой, а хрупкие — кристаллической . Так как изломы деталей происходили обычно не сразу, а спустя известный, иногда довольно значительный, период времени работы машины, то возникла гипотеза, что при действии переменных напряжений металл устает , изменяет свою структуру, из пластичного делается хрупким, обладающим кристаллическим строением. [c.534] Сам вид поверхности излома, казалось, подтверждал такое предположение эта поверхность, как правило, имела две зоны одну — гладкую, притертую (поверхность постепенно развивающейся трещины), другую — грубозернистую (поверхность окончательного излома в ослабленном трещиной сечении стержня). На рис. 432 дана фотография излома вагонной оси мы видим наружную, кольцеобразную зону с гладкой поверхностью и внутреннюю — зону хрупкого, грубозернистого излома, действительно характерного для хрупкого состояния материала. [c.534] Таким образом, ни о каком перерождении , перекристаллизации металла под действием только переменных напряжений говорить не приходится. [c.535] Механизм разрушения от переменных нагрузок был раскрыт лишь в начале текущего столетия. Многочисленные исследования показали, что при действии переменных напряжений в металле возникает трещина, постепенно проникаюш,ая в глубь изделия. При переменных деформациях края трещины то сближаются и нажимают друг на друга, то расходятся этим объясняется наличие гладкой, притертой зоны излома. По мере развития трещины усталости поперечное сечение ослабляется все сильнее, и наконец, при случайном толчке или ударе наступает окончательное разрушение, когда сопротивление оставшейся части сечения оказывается недостаточным. [c.535] Трещина усталости является очень острым поперечным надрезом, аналогичным надрезу в образцах для ударной пробы. У дна этой трещины создается объемное напряженное состояние, обусловливающее хрупкий характер разрушения материала при ударе см. 179). Этим и объясняется наличие в изломе грубозернистой зоны, соответствующей хрупкому излому. [c.535] Таким образом, хрупкий характер окончательного излома при переменных нагрузках объясняется не тем, что материал изменился, переродился, стал хрупким, а тем, что он оказался благодаря наличию трещины усталости в таком напряженном состоянии, которое обусловливает хрупкое, без остаточных деформаций, разрушение. [c.535] Разрушение при переменных нагрузках пост местный характер, не затрагивающий всего материала конструкции в целом. Поэтому при обнаружении развивающихся трещин при переменных нагрузках во многих случаях нет необходимости ставить вопрос о смене всей конструкции достаточно заменить поврежденные части и уничтожить причины, вызвавшие возникновение трещин. [c.535] Изложенная точка зрения является теперь общепринятой среди инженеров таким образом, само понятие усталость материала потеряло свой физический смысл описывая явление разрушения при действии переменных нагрузок, надо говорить не о разрушении от усталости , а о разрушении путем постепенного развития трещины. [c.535] Нашей задачей теперь будет установить обстоятельства, вызы-ваюш.ие появление треш,ин усталости, и дать такие правила конструирования элементов машин и сооружений и проверки их прочности, которые гарантировали бы их от разрушения при переменных нагрузках. [c.536] Эта задача является чрезвычайно важной, особенно для машиностроения, где мы чаще всего встречаемся с многократным повторением переменных напряжений. Можно считать, что примерно 90% всех поломок частей машин являются следствием развития трещин усталости. Эти поломки чрезвычайно опасны и зачастую ведут к очень тяжелым катастрофам, так как обнаружить развивающуюся волосную трещину усталости далеко не всегда удается. Изломы вагонных осей и осей локомотивов на железнодорожном транспорте обычно вызываются подобными трещинами и сопровождаются почти неизбежно сходом поезда с рельсов с крайне тяжелыми последствиями. Подобного же рода катастрофы известны и в авиации и в других отраслях машиностроения. [c.536] Вернуться к основной статье