Усталость материалов - Кривые

Циклически упрочняющиеся материалы разрушаются только от усталости. Для них кривая усталости в интервале числа циклов 10 —10 достаточно хорошо описывается эмпирическим уравнением [c.623]

На рис. 202 показана такая кривая. Ординаты точек этой кривой представляют амплитуды напряжений, которые имели образцы, абсциссы — числа выдержанных ими циклов, соответствующие этим амплитудам. Такие кривые часто называют кривыми Велера по имени одного из основоположников учения об усталости материалов. Предел выносливости определяется как постоянная ордината участка кривой, где она становится параллельной оси абсцисс. [c.352]

Кривые сопротивления термической и малоцикловой усталости материалов одного класса располагаются в сравнительно узких полосах разбросов опытных данных. В диапазоне 10 — 10 циклов разница между максимальными и минимальными амплитудами полной деформации практически не превышает 0,2%. Поэтому в исследованном диапазоне можно дать приближенную оценку долговечности материалов разных классов по [c.73]

Сравнительная оценка различных материалов по первому критерию чаще всего означает сопоставление экспериментальных кривых сопротивления термической усталости материалов, например Np — f (е) = fi и значений расчетных постоянных коэффициентов принятого уравнения долговечности. То, что в данном случае в качестве основного критерия долговечности рассматривают наиболее распространенный деформационный, а не температурный, временной или комбинированный, не меняет общего хода рассуждений. [c.137]

Уравнение (2.15) достаточно гибко описывает условие разрушения за счет раздельного учета пластической (первое слагаемое) и упругой (второе слагаемое) составляющих полной деформации в широком диапазоне чисел циклов (10. ..10 ), при этом для разных материалов наклоны кривых усталости т = —0,6 и = —0,12. Основные параметры уравнений (2.15) и (2.16) представляют собой характеристики, получаемые в опытах на растяжение, например е/ = = 1п [1/ 1—г 5)] — пластичность при постоянной температуре. [c.69]

При жестком нагружении для разупрочняющейся стали ТС характерно повышение истинных напряжений в нескольких первых циклах, как это показано для второго полуцикла на рис. 5.5, б, с дальнейшим падением их (к = 400). Жесткое нагружение всегда заканчивается разрушением усталостного типа, т. е., как правило, без образования шейки, а с возникновением на определенной стадии нагружения и развитием трещины усталости. Поэтому приведенные кривые изменения напряжений жесткого нагружения для всех материалов относятся к моменту до образования трещины. [c.172]

Будем исходить из того, что сопротивление усталости материалов характеризуется двумя кривыми усталости Л/ = N-y (а) и N<1= (а), определяемыми соответственно для момента появления усталостной трещины и для момента полного разрушения (рис. 19.1). Уравнения этих кривых можно представить в следующем виде [c.196]

Первый из этих методов предполагает, что усталостное разрушение при жестком нагружении происходит, когда напряжения, которые в таком случае изменяются в процессе циклического нагружения, достигнут значений предельных амплитуд напряжений при мягком нагружении [164]. На рис. 195 приведена схема построения кривых усталости при мягком и жестком нагружениях в соответствии с этим методом. На рисунке мягкому нагружению соответствует кривая усталости Л 5. Кривые 2, 2, 3 характеризуют изменение напряжений при жестком нагружении соответственно для циклически упрочняющихся, стабильных и разупрочняю-щихся материалов. [c.284]

Прогнозирование кривых усталости и влияние пористости на кинетику усталостного разрушения. Предлагаемый подход позволяет строить на ЭВМ непосредственно кривые усталости материалов, т.е., задаваясь уровнем напряжений Отах. фиксировать количество циклов до макроразрушения, прослеживая при этом кинетику усталостного разрушения. Кривые усталости были построены для слоистых материалов, полученных диффузионной сваркой пакета тонких фолы (6ц = 0,2 мм) из алюминиевого сплава (6% Mg) (рис. 130), и материалов, полученных сваркой взрывом пакета стальных листов ( ц = 0,8 мм) (рис. 131). Исходные данные о свойствах фольг и структуре границ между слоями брались из работы [c.245]

Следует отметить, что деление на малоцикловую и многоцикловую усталость материалов довольно условно, хотя в целом оправдано. Тем не менее, на рис. 1.11-1,15 приведены экспериментальные кривые усталости с резким физическим пределом выносливости, ветвь ограниченной выносливости которых почти целиком лежит в малоцикловой области (в интервале от 2 10 до 8 10 циклов). Область многоцикловой усталости которая по ГОСТУ начинается с 5 Ю", на этих рисунках практически отсутствует. Перегиб у этих кривых усталости расположен в конце малоцикловой области и далее кривая сразу выходит на физический предел выносливости. Такой эффект наблюдается в случае аморфных материалов, высокопрочных материалов или при испытании образцов с острым надрезом, когда с первых циклов нагружения в области надреза образуется локальная зона пластической деформации. В этой зоне металл быстро упрочняется и постепенно плотность дислокаций достигает критического значения, которое соответствует зарождению усталостной трещины [13-17]. [c.15]

Повышение температуры испытания до температуры отпуска или температуры старения стали или сплава может повысить их сопротивление усталости вследствие деформационного старения при более высоких температурах сопротивление усталости снижается. Форма кривых усталости отражает сложные процессы структурных превращений в материале под действием переменных напряжений, температуры и времени (рис. 2). Так же, как и при комнатной температуре, испытания на усталость при высоких температурах характеризуются значительным рассеянием долговечности. [c.134]

Кривые усталости, называемые также кривыми Велера [31], бывают двух типов кривые, которые, начиная с известного числа циклов, практически переходят в горизонталь, подобный тип кривых характерен для многих сталей при невысоких температурах испытания (рис. 21.2, кривая /) кривые, которые непрерывно понижаются, что характерно для многих сплавов, для сталей и других материалов при высоких температурах испытания и для всех материалов в коррозионной среде (рис. 21.2, кривая 2). [c.178]

Очевидно, такой предел может быть установлен только для материалов, имеющих кривую усталости с горизонтальным участком. [c.179]

Первую машину для усталостных испытаний в середине XIX в. построил немецкий ученый А. Велер, который занимался исследованием усталостной прочности осей подвижного состава железных дорог. Хотя сам Велер не пользовался кривой усталости, в последующем ее стали называть кривой Велера, отмечая тем самым его вклад в решение проблемы усталости материалов. [c.505]

Кривые усталости материала по контактным напряжениям подобны кривым усталости по напряжениям изгиба, растяжения — сжатия и другим (см. курс Сопротивление материалов и рис. 8.39). Здесь так же, как и при других напряжениях, имеется точка перелома кривой усталости при числе циклов N но и соответствующий предел вы- [c.104]

На ограниченную долговечность рассчитывают детали, изготовленные из материалов, не обладающих отчетливо выраженным пределом выносливости или имеющих круто падающую кривую усталости (концентра,-ционно-чувствительные материалы), а также детали, которым по условиям габарита или массы нельзя придать размеры, определяемые пределом выносливости. Так же рассчитывают машины и механизмы, работающие с низкой частотой циклов, й механизмы, у которых периоды работы чередуются с длительными перерывами или работой при малых нагрузках (грузоподъемные машины периодического действия), т. е. механизмы, у которых общее число циклов за весь период службы меньше числа циклов, соответствующего пределу выносливости. [c.282]

Для многих материалов, в частности для легированных сталей и ряда сплавов цветных металлов, кривая усталости не имеет горизонтального участка. Поэтому для этих материалов нельзя говорить [c.316]

ГЛАВА 1. ПОЛНАЯ КРИВАЯ УСТАЛОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ [c.10]

Для случаев, когда кривая усталости не имеет горизонтального участка ( в частности, некоторые легированные стали, сплавы цветных металлов), вводят понятие предела ограниченной выносливости. Это наибольшее значение максимального (по абсолютной величине) напряжения цикла, при действии которого образец еще не разрущается при определенном (задаваемом) числе циклов. Для указанных материалов, согласно ГОСТ 2860—76, принимают Ао=10 циклов. Безусловно, указанные сведения должны быть сообщены учащимся. Особенно обращаем внимание преподавателей на строгое разграничение понятий предел выносливости и предел ограниченной выносли- [c.175]

Далее возникает вопрос о влиянии концентрации напряжений на прочность деталей в условиях циклически изменяющихся во времени напряжений. Здесь надо сказать, что наличие местных напряжений снижает прочность деталей как из хрупких, так и из пластичных материалов (правда, не одинаково). Это снижение прочности можно установить только экспериментально, испытывая на сопротивление усталости образцы с различными концентраторами напряжений. При этом надо подчеркнуть, что экспериментальные данные относятся к симметричным циклам. Можно схематически показать две кривые усталости — для гладких образцов и для образцов с каким-либо концентратором напряжений (рис. 15,3). Отношение ординат горизонтальных участков этих кривых даст величину эффективного коэффициента [c.179]

Кривые усталости для цветных металлов и сплавов и некоторых легированных сталей не имеют горизонтальной асимптоты, и, следовательно, такие материалы могут разрушиться при достаточно большом числе циклов, даже при сравнительно малых напряжениях. [c.550]

При испытании образцов из углеродистых сталей на кривой усталости есть горизонтальный участок. Это означает, что испытываемые образцы, несмотря на длительность испытания, не проявляют склонности к разрушению. Значит, при каком-то числе циклов испытание образцов необходимо прекратить. Это число циклов Nq принято называть базой испытаний. Для стальных образцов jVo = 10 (это продолжительность испытаний примерно 54 ч при 3000 об/мин). У цветных металлов и их сплавов, а также у высокопрочных легированных сталей кривая усталости не имеет горизонтального участка, т. е. имеет ниспадающий характер. Для таких материалов не удается установить такое число циклов, выдержав которое, образец не разрушился бы в дальнейшем. Поэтому в подобных случаях за базу испытаний принимают Nq = 0 . [c.18]

А. Вёлер ввел понятие о физическом пределе выносливости — максимальном циклическом напряжении, при котором нагрузка может быть приложена неограниченное число раз, не вызывая разрушения при выбранной базе (числе циклов до разрушения К). Для металлических материалов, не имеющих физического предела выносливости, предел выноашлости (7ц - значение максимального по абсолютной величине напряжения цикла, соответствующее задаваемой долговечности (числу циклов до разрушения). Для металлов и сплавов, проявляющих физический предел выносливости, принята база испытаний Ю циклов, а для материалов, ординаты кривых усталости которых по всей длине непрерывно уменьшаются с ростом числа циклов, - 10 циклов (рис. 2). Первый тип кривой особенно характерен для ОЦК - металлов и сплавов, хотя может наблюдаться при определенных условиях у всех металлических материалов с любым типом кристаллической решетки, второй тип -преимущесгвеипо у П (К - металлов и сплавов (алюминиевые сплавы, медные сплавы и др.). N(11 и N( 2 на рис.2 обозначают базовые числа циклов нагружения. На рис. 3 представлены основные параметры цикла при несимметричном нагружении и возможные варианты циклов при испытаниях на усталость. [c.7]

Впервые циклическая долговечность для симметричного цикла была исследована Велером, который установил, что каждой амплитуде Оа соответствует своя циклическая долговеч-ность N, т. е. число циклов напряжений, Е1ыдерживаемых кон- О N струкцией до усталостного разрушения. График, характери- Рис. 8.20 зующий зависимость между амплитудами цикла Оа и циклической долговечностью N для одинаковых образцов, построенный по параметру коэффициента асимметрии цикла (рис. 8.20), носит название кривой усталости. Для сталей кривая усталости при некотором напряжении a/j, называемом пределом выносливости, имеет тенденцию выхода на асимптоту, параллельную оси ON. При N 10 кривая усталости практически приближается к этой асимптоте. Таким образом, при а с практически разрушение не происходит при очень большом числе циклов. Однако у материалов типа алюминия, меди и других не существует определенного предела выносливости и кривая усталости приближается к оси ON при большом числе циклов. Для таких материалов назначается предел ограниченной выносливости а/ лг — наибольшее напряжение цикла, которое материал выдерживает при заданном Обычно yV ,p = ]0 (рис. 8.21). [c.173]

Для исследования сопротивления термической усталости материалов, работающих в этих условиях, проводят опыты, при которых максимальную и минимальную температуры -цикла не изменяют в течение серии опытов при этом термические напряжения (под действием разности Д/=7тах— mm) действуют в течение заданного времени Тв. В других сериях опытов варьируют жесткость системы нагружения и, следовательно, величину термонапряжений, что позволяет получить семейство кривых термической усталости по параметрам max, [c.68]

Для закалённых сталей, обычно применяемых для рабочих тел, а также для других материалов, не имеющих в диапазоне практически встречающихся циклов нагружений постоянного предела усталости, коэфициент долговечности может быть как больше, так и меньше единицы. Для незакалённых сталей и других материалов, имеющих кривую усталости, аналогичную таковой для незакалённых сталей, коэфициент долговечности может быть меньше или равен единице. Если по расчёту он получается больше единицы, то принимается равным единице. Это означает, что эквивалентное число циклов нагружения, соответствующее требуемой долговечности передачи, больше 10 , и, следовательно, работа деталей протекает в зоне, где кривая усталости параллельна оси чисел циклов нагружений. [c.421]

В случае малоцикловой усталости деформационная анизотропия играет определяющую роль, поэтому от соотношений (2.31) приходится отказываться. Для циклического нагружения при линейном напряженном состоянии кривые деформирования в конкретных циклах могут быть исследованы экспериментально, причем рекомендуется [18, 41, 79 J отсчитывать деформации обратного хода каждый раз от того состояния, в котором путь нагружения меняет свое направление. Применительно к ряду исследованных материалов подобные кривые, представленные схематически на рис. 2.5, оказываются общими для всех уровней напряжений [18, 42, 65], хотя могут зависеть при этом от коэффициента асимметрии цикла нагружения. Располагая наборомтаких кривых, можно определять в соответствующих циклах ширину петель гистерезиса. Для определения деформации циклической ползучести необходимо располагать еще и набором кривых деформирования в каждом цикле при прямом ходе нагружения, причем и здесь деформация отсчитывается от состояния, в котором путь нагружения изменяет свое направление (ср. рис. 1.10). Как при прямом ходе нагружения, так и при обратном (рис. 2.5, 2.6) односторонне накопленная пластическая деформация в N-u цикле равна сумме деформаций +. .. + [c.54]

Для проведения расчетов на циклическую долговечность при переменных нагрузках, помимо характеристик сопротивления усталости материалов, представленных в виде кривых и поверхностей усталости, необходима также информация о закономерностях накопления усталостных повреждений по мере увеличения числа циклов нагружения. Считается, что мера усталостного повреждения V равна нулю для начального состояния материала и равна единице для момента появления заметной усталостной трещины. Ее появление означает, что процесс разрушения переходит из стадии накопления собственно усталостных повреждений (из инкубационной стадии) в стадию роста усталостной трещины. Задача заключается в получении зависимости v = v (а, п), где о — уровень амплитуд напряжений, устанавливаемый при испытаниях постоянным /г число циклов нагружения (рис. 2.1). Когдаэта зависимость в координатах [v, n/N (а) ], где N (о) — число циклов до разрушения при уровне напряжений а, описывается одним и тем же уравнением и не зависит явно от уровня напряжений а, процесс накопления усталостных повреждений называется автомодельным [4]. Такой процесс показан на рис. 2.2. Так, в случае степенного закона накопления усталостных повреждений [c.16]

I4l. Взаимодействие поверхностей трения уже случайно их микрогеометрия (шероховатость) может быть описана только при помощи функций распределения участков поверхности по высоте опорными кривыми [6]. Так как выступы на поверхностях имеют различную высоту и форму (не говоря уже о возможной неоднородности свойств материала), то и величина напряжений и деформаций, возникающих при их взаимодействии, также будет характеризоваться определенным спектром [17]. Сам процесс усталостного разрушения вследствие его природы также случаен [32]. В процессе износа, протекающего по усталостному механизму, возникает фрикционно-контактная усталость материалов. То, что в поверхностном слое в период разрушения наблюдаются физические, физико-химические, механо-химические и химические процессы (окисление, деструкция, фазовые переходы и т. п.), не противоречит представлениям об усталостной природе износа, а, наоборот, подтверждает их, так как аналогичные процессы происходят и при динамической усталости материалов (в обычном понимании этого явления). Современная флуктуационная теория прочности твердых тел 7] рассматривает в единстве влияние термических и механических факторов на вероятность флуктуации, приводящей к разрушению материала. Применительно к износу данный термоактивационный механизм разрушения подтверждается последними исследованиями 129]. Усталостная теория износа не исключает возможности разрушения в результате одного акта взаимодействия выступов шероховатых поверхностей трения, когда возникающие деформации или напряжения велики и достаточны, чтобы сразу наступило разрушение. При этом наблюдается абразивный износ (микрорезание) или износ в результате когезионного отрыва (схватывание). Но и в этих случаях характер взаимодействия и разрушения поверхностей случаен. Условия работы пары трения всегда характеризуются определенным спектром нагрузок, скоростей и подобных параметров, что также оказывает влияние на износ [17]. [c.6]

Представляет значительный интерес сравнить значения неупругих деформаций для различных классов материалов в области, соответствующей многоцикловым кривым усталости на базе 10 циклов. Для некоторых материалов такое сравнение выполне но на рис. 123, на котором представлены начальные участки диаграмм деформирования при циклическом нагружении 1 и кривые усталости 2 [131]. Линия 3 соответствует продолжению упругого участка. Для других материалов такие данные были представлены ранее на рис. 97. На рис. 97 и 123 имеет место общая закономерность, состоящая в том, что для всех исследованных материалов многоцикловая кривая усталости соответствует области перехода от упругого к неупругому деформированию, если кривые деформирования в случае циклического нагружения строить при тех же условиях, что и кривые усталости. Наблюдающееся для некоторых классов материалов (сплавы на основе алюминия, титана и никеля) отсутствие неупругих деформаций в области многоцикловой кривой усталости может быть объяснено тем, что используемая методика имеет недостаточную чувствительность для их измерения. Из исследованных сплавов такими являлись алюминиевые сплавы В95, АВ, АК4-1, никелевый сплав ЭИ437БВД и некоторые другие. В то же время можно отметить, что уровень не-унругих деформаций, имеющих место для металлов и сплавов, в области многоцикловой кривой усталости может быть весьма различным. [c.165]

В главе 5 систематизированы варианты применения метода структурноимитационного моделирования на ЭВМ для решения некоторых характерных задач, возникающих при прогнозировании прочностных и деформационных свойств композиционных материалов в различных условиях и режимах нагружения. Строятся кривые ползучести и прогнозируется длительная прочность направленно кристаллизованных эвтектических композиционных материалов. Прогнозируются кривые длительной прочности углеалюминия и кривые усталости слоистых металлических композитов. Приведены примеры моделирования процессов разрушения бороалюминия и углеалюминия при наличии макронеоднороднык полей напряжений, в частности в образцах с надрезами, а также моделируются процессы накопления повреждений в условиях трехосного напряженного состояния при некоторых видах обработки давлением композиционных материалов. [c.10]

Определение характеристик фрикционной усталости материалов. Анализ формул для вычисления износа показывает, что значения износа можно определить, если известен показатель кривой фрикционной усталости. Существует несколько методов определения этого параметра (73, 103]. Однако эти методы достаточно трудоемки. Анализ показывает, что методику определения показателя кривой фрикционной усталости можно существенно упростить, проводя эксперименты при нагрузках, соответствующих минимальному коэффициенту внешнего трения при упругом ненасыщенном контакте. Методика определения показателя кривой фрикционной усталости основана на том, что поверхностные слои твердых тел обладают постоянными усталостными характеристиками при трении без смазочного материала с использованием инактивной смазки. Методика определения показателя I заключается в следующем. Проводят испытания при нагрузках, вычисляемых по формуле (76) гл. 1 и соотвегствующих минимальному коэффицне.чту трения при упругих деформациях в зонах касания н различных То и р в течение определенного времени, достаточного для определения линейного или весового износа (например, в течение [c.62]

Экспериментальное определение характеристик сопротивления усталости материалов в условиях асимметричных циклов напряжений обычно осуществляется не при изгибе, а на растяжение - сжатие или на кручение (однородное напряжённое состояние). Кривая усталости в координатах lg N получается аналогичной (рис. 1.6). По полученным данным строят диаграмму предельных напряжений цикла в координатах (диаграмма Смита) или диаграмму предельных амплитуд цикла (диаграмма Хейя). В практических расчетах на прочность удобнее пользоваться диаграммой предельных амплитуд в координатах (рис. 1.7). [c.17]

Сопротивление материалов усталостному разрушению характеризуют кривой усталости, которую можно построить, если испытать серию одинаковых образцов, подвергающихся периодическому нагружению в одинаковых внешних условиях, но с различной амплитудой напряжений. По оси абсцисс откладывается максимальное количество циклов N, которое выдерживает образец до разрушения, а по оси ординат — максимальное значение напряжения р, осуществляемое в этих циклах. ТипичнаяJ кpивaя усталости приведена на рис. 146. [c.420]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...