Циклы переменных напряжений и усталость материалов

Обычно 70—90% общего числа циклов, необходимых для разрушения детали при неизменной амплитуде напряжений, деталь работает без видимой трещины, и только в оставшиеся циклы развивается трещина, приводящая к излому детали. В зависимости от величины переменных напряжений изменения в материале детали происходят различными темпами и число циклов повторения напряжений до разрушения оказывается тем меньше, чем выше напряжения. В тех случаях, когда происходят изменения свойств материала детали в условиях эксплуатации под действием высоких или низких температур, коррозии и других факторов, сопротивление усталости может резко измениться. [c.223]

Вторая группа включает параметры, оценивающие сопротивление материалов переменным и длительным статическим нагрузкам. При повторном нагружении в области многоцикловой усталости определяется предел выносливости на базе 10 -н2-10 циклов. Малоцикловая усталость отделяется от многоцикловой условно выбранной базой испытания (Л >5-10 циклов) и отличается пониженной частотой нагружения ( = 0,1-н5 Гц). Сопротивление малоцикловой усталости оценивается по долговечности при заданном уровне повторных напряжений или пределом малоцикловой усталости на выбранной базе испытаний. Сопротивление длительным статическим нагрузкам определяют, как правило, при температуре выше 20°С. Критериями сопротивления материалов длительному действию постоянных напряжений и температуры являются пределы ползучести (То,2/-с и длительной прочности Сх. Предел длительной прочности определяют при заданной базе испытаний, обычно 100 и 1000 ч, предел ползучести — по заданному допуску на остаточную (обычно 0,2%) или общую деформацию при установленной базе испытаний. [c.46]

Многочисленными опытами было установлено, что при переменном напряжении, превышающем определенную величину для данного материала, после некоторого числа перемен напряжений в материале появляется трещина. Как установлено последними исследованиями, процесс усталости связан с постепенным накоплением дефектов кристаллической решетки и, как следствие этого, с постепенным развитием усталостных повреждений. Дефект кристаллической решетки постепенно превращается в микротрещину, которая через определенное число циклов нагружения переходит в макротрещину, захватывающую все большую толщину металла. Пластическая деформация сосредоточивается только в устье трещины, поэтому заметных остаточных деформаций при разрушении не обнаруживается. [c.337]

Под действием повторно-переменных напряжений происходит изменение состояния и свойств материалов, что приводит к появлению трещин и разрушению, возникает усталость металлов. Следует иметь в виду, что повторяемая знакопеременная нагрузка по сравнению с просто повторяемой заметно усиливает развитие усталостных процессов. Причем для данного максимального напряжения более опасным является симметричный цикл по сравнению с асимметричным. [c.18]

Усталость — это постепенное накопление повреждений в материале под действием повторно-переменных напряжений, максимальное значение которых меньше прочности материала при испытаниях на одноосное растяжение. Усталостная долговечность, определяемая числом циклов перед разрушением при определенном напряжении, складывается из числа циклов до зарождения треш,ины и числа циклов распространения усталостной трещины. [c.219]

Появившиеся в материале трещины (вследствие усталости, ползучести или других причин) при приложении переменных нагрузок развиваются от начального состояния до критического размера. Скорость их роста определяется тремя факторами номинальными напряжениями в области трещины, ее длиной и свойствами материала, из которого сделана деталь. Чем меньше диапазон измерения внешних нагрузок, чем больше трещина и меньше сопротивление материала развитию трещины, тем больше скорость ее роста от цикла к циклу нагружения. [c.63]

Теория сопротивления усталости подшипниковых сплавов разработана слабо. Высказываются сомнения в возможности усталостного разрушения при пульсирующем цикле сжатия, поскольку разрушение непосредственно под действием сжимающих напряжений противоречит нашим представлениям. Однако оно может быть обусловлено касательными напряжениями, относительным удлинением, сопровождающим приложение сжимающей силы, остаточными напряжениями растяжения, возникающими в сплаве в итоге накапливающейся микропластической деформации с увеличением числа циклов, либо совместным влиянием этих факторов. В реальном подшипнике напряженное состояние металла в слое определяется не только приложенной нагрузкой, но и характером деформации корпуса подшипника в целом. Это означает, что если в материале слоя на жестком основании возникали бы под действием радиального усилия только напряжения сжатия, то изгиб корпуса подшипника с переменой знака кривизны вызывал бы растягивающие напряжения. [c.230]

Представления о статистической природе усталостного разрушения и двух мехаЕШзмах усталостного повреждения конструкционных материалов легли в основу гипотезы о бимодальном распределении логарифма числа циклов до разрушения при действии переменных напряжений с постоянной амплитудой. Кривые распределения Ig N по вероятности разрушения Р при На = onst были построены по результатам испытаний на усталость гладких образцов из конструкционной стали с пределом прочности Оц — 1200 МПа (рис. 1). Искажение линейной зависимости Р = / (Ig N) объясняется появлением разрыва кривой усталости в области относительно малых значений амплитуды переменных напряжений и высоких значений числа циклов до разрушения iV lO . [c.74]

Более полный расчет на усталость при нестационарной переменной напряженности основывается на экспериментальных данных о кривой усталости при режимах нагружения со спектром, подобным спектру действующих напряжений. Приняв одно из напряжений спектра (например, минимальное) кривой усталости и обозначив сум — общее число циклов, выдерживаемое материалом до разрушения, при изменении амплитуд позаданному спектру строят кривую зависимости от N yM-Эта кривая, связывающая величину с разрушающим числом циклов, позволяет определять запас прочности как отношение для данного N jm разрушающего напряжения [c.525]

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]

Влияние переменных напряжений на деформационную способность материала при асимметричном цикле нагружения. Наложение переменных напряжений на статические оказывает влияние не только на процесс прогрессирующего разрушения, но и на формирование деформаций ползучести и пластичности. Форма кривых ползучести при асимметричном цикле подобна форме кривых ползучести, полученных при постоянном статическом напряжении (рис. 2.39). Повышение сга приводит к ускоренному накоплению деформаций в основном на первой стадии ползучести, на которой основным механизмом является сдвиг по плоскостям скольжения. Заметим, что небольшие напряжения а , которые не превышают 0,2(Тт, вызывают торможение процесса ползучести в сплаве ХН62МВКЮ при Т = 850° С. На кривых усталости сплава ХН62МВКЮ область таких значений da совпадает с участком кривой за переломом (вертикальные линии на рис. 2.26). Выход диаграммы усталости, построенной в координатах 0а/а-ь 0ш/(Тдл за предел ат/одл=1 (рис. 2.31) является следствием упрочняющего влияния наложения переменных напряжений в связи со снижением уровня ползучести в материале. [c.71]

Способность материала и изделий сопротивляться процессу усталости называют выносливостью материала. Толчком для начала исследований усталости материалов послужили участившиеся поломки колесных осей на железнодорожном транспорте в середине XIX в. Основываясь на анализе этих поломок, управляющий парком подвижного состава и локомотивного депо Нижнесилезской железной дороги во Франкфурте-на Одере (Германия) инженер А. Велер (А. Wohler) разработал оборудование и методику для определения количества максимальных изгибающих моментов в осях от приложенной нагрузки на милю пути. Оборудование, разработанное А. Велером, с 70-х гг. XIX в. и до наших дней является стандартным оборудованием, которым оснащаются лаборатории механических испытаний. Исследования показали, что изменение нагрузки связано с характером железнодорожного пути [2], а наибольшие напряжения достигаются в среднем один раз на милю пути. Полученные результаты А. Велер представил на графике, по оси абсцисс которого было отложено минимальное напряжение цикла, а по оси ординат — максимальная разность переменных напряжений (размах напряжения). [c.5]

При испытаниях на усталость некоторые образцы разрушались по основному материалу. Другие образцы разрушались по сварке. В некоторых образцах с поперечными прорезями излом проходил частично по мате-талу сварного шва и частично по материалу пластин. Разрушение большинства образцов с продольными прорезями, испытанных при симметричном цикле или при пульсирующем цикле с максимальным напряжением, превышающем 8,4 кГ1мм , происходило по материалу сварного шва. При других условиях нагружения образцы разрушались обычно по внешним пластинам. Таким образом, примененное соотношение размеров сварных соединений с прорезными швами приблизительно обеспечивает равнопрочность сварных швов и соединяемых пластин при переменных напряжениях. [c.221]

Усталость материалов. В технике, и особенно в машиностроении, часто встречаются такие условия нагружения, при которых напряжения в детали непрерывно меняются, колеблясь между некоторыми предельными значениями. Такой переменный характер напряжений может быть или следствием переменности во времени самой нагрузки (усилие в штоке и шатуне паровой машины), или следствием периодически меняющегося положения детали по отношению к нагрузке (ось железнодорожного вагона, вращающийся вал, изгибаемый натяжением ремней передачи). Такие напряжения часто называют циклическими напряжениями. Совокупность всех значений, которые последовательно принимает напряжение в данной точке — от наибо льшего значения до наименьшего и вновь до наибольшего, называется циклом напряжения. [c.287]

Для учета заданного срока службы и переменности режима работы фрикционных передач со стальными закаленными телами качения, работающими в масле при начальном контакте по линии, можно использовать методику [80], основанную на использовании уравнения кривой усталости и принципе линейного сумми- рования повреждений. Суть этого принципа состоит в том, что общее количество повреждений, накопленных за весь срок службы в материале детали, приводящее к усталостному ее разрушению, равно сумме повреждений, развившихся в различные периоды работы детали при различных напряжениях и соответ-ствующих циклах нагружений. [c.144]

Не всякая экспериментальная работа по коррозионной усталости имеет своей целью дать объяснение этому сложному процессу. Большая часть ценных и обширных работ Мак Адама была посвящена обеспечению конструкторов данными по поведению конкретных важных конструкционных материалов в характерных коррозионных средах. В испытаниях на усталость частота циклических напряжений мало влияет на окончательную кривую усталости, хотя при очень высоких частотах наблюдается значительный рост температуры образца вследствие более короткого времени для рассеяния тепла, генерированного в каждом из циклов. При корро ишпной усталости полное время испытания — важный фактор [16—18], поскольку коррозия определяется длительностью испытаний. Мак Адам взял этот фактор (время) в своих испытаниях в качестве дополнительной переменной величины. Первоначально усталостные испытания проводили для серии образцов при заданной частоте и нагрузке, для данного времени испытания в коррозионной среде. Затем определяли предел усталости на воздухе (т. е. напряжение, ниже которого образец не разрушается при бесконечном числе циклов) и результаты наносили на график зависимости предела усталости на воздухе от длительности испытаний на коррозионную усталость. Таким образом была получена серия графиков для различных нагрузок и частот в [c.288]

Нестационарное изменение переменных напряжений в деталях машин, когда максимальные и минимальные напряжения переменны во времени, встречается часто. Закономерности изменений прочностных СВОЙСТВ материалов при нестационарных нагружениях изучены пока недостаточно. Известно, напри-мер, что можно предел усталости /О материала значительно повысить пу-тем тренирования, т. е. предварительным ступенчатым циклическим нагружением с постепенно возра-стающими напряжениями. В дей-ствительных условиях не встречается постепенного ступенчатого повышения напряжений в деталях во мно- 28 гих случаях напряжения ниже пре-дела усталости чередуются с напряжениями выше предела усталости, действующими ограниченное 22 время. Перегрузки, действующие непродолжительное время, но систематически повторяющиеся много раз за время работы детали могут повышать и понижать предел усталости. Пример кривой повреждаемости для стали 5 (по Н. П. Щапову), т. е. кривой, отделяющей область, в которой циклические перегрузки на участке ограниченных чисел циклов, не вызывают снижения предела усталости показан на фиг. 1 кривая эта лежит значительно ниже кривой выносливости. [c.327]

Явление разрушения металла под действием переменных напряжений в течение некоторого времени (или количества циклов) называется сяю/госотныл разрушением. Под усталостью материалов понимается изменение механических и физических свойств материалов при длительном действии циклически изменяющихся по времени напряжений. [c.79]

Старение деталей машин, их несущая способность и прочность при переменной нагруженности зависят от концентрации напряжений, абсолютных размеров, свойств материалов и качества поверхностного слоя деталей, окружающей среды п других факторов. Металлографические, рентгеновские и исследования, выполненные с помощью электронных микроскопов, позволили открыть ряд новых явлений, сопровождающих повторную деформацию и последующее (часто внезонное) разрушение материалов под действием повторных нагрузок. Это явление называется пределом выносливости металлов. Субми-кроскопические трещины усталости образуются на ранней стадии деформирования, после числа циклов, составляющего 10—20% общей долговечности. Видимая трещина образуется незадолго до окончательного разрушения детали. С помощью методов дефектоскопии в ряде случаев можно контролировать величину и скорость распространения трещин в деталях машин и определять пределы безотказной работы при медленно развивающихся трещинах усталости. [c.223]

Термической усталостью называется процесс длительного разрушения, протекающий при периодических теплосменах (термических циклах), но в отсутствие внешних силовых воздействий на рассматриваемый конструкционный элемент, В реальных эксплуатационных условиях эти теплосмены обычно вызывают некоторое переменное поле макроскопических напряжений, которым сопутствует рассмотренная выше механическая усталость материала. Вместе с тем, теплосмены и сами по себе отражаются на механических свойствах металла, в частности, они могут приводить к постепенному снижению сопротивления хрупкому и усталостному разрушению. При отсутствии всяких макроскопических напряжений (например, в условиях свободных температурных деформаций равномерно нагреваемого и охлаждаемого стержня) уже десять—двадцать тысяч термоциклов с размахом температуры в 600—700° могут приводить к растрескиванию некоторых материалов, причем поверхностные трещины видны при небольшом увеличении микроскопа или простым глазом. К этому явлению целесообразно применять недавно возникший термин термоструктурная усталость в отличие от более общего случая стесненных температурных деформаций, который мы будем называть термомеханическая усталость . [c.28]

Смотреть страницы где упоминается термин Циклы переменных напряжений и усталость материалов : [c.94] [c.68] [c.383] [c.19] [c.428] [c.30] [c.316]

Смотреть главы в:

Прикладная механика -> Циклы переменных напряжений и усталость материалов

ПОИСК

173 — Материалы 179 — Напряжения

Напряжения переменные 380384 —

Переменные напряжения. Усталость

Усталость

Усталость материалов

Цикл напряжений

Циклы переменных напряжени

Циклы переменных напряжений

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...